2.3. Вспомогательные процессы Перемешивание

Перемешивание - это обязательное условие успешного проведения многих самых разнообразных технологических операций. При перемешивании частицы жидкости или сыпучего материала многократно перемещаются в объеме аппарата друг относительно друга под действием импульса, который передается перемешиваемой среде от механической мешалки или струи жидкости, пара или газа. Перемешивание может также идти самопроизвольно, например за счет диффузии. Самопроизвольное перемешивание происходит очень медленно, поэтому в технике почти не применяется. На производстве, в зависимости от целей и условий, размешивание проводят в аппаратах с перемешивающими устройствами различных конструкций.

Под степенью перемешивания обычно понимают взаимное распределение двух (или более) веществ после окончания перемешивания всей системы. Существует много статистических методов для оценки степени перемешивания на основе анализа взятых проб. Степень перемешивания (называемая иногда показателем перемешивания или степенью однородности) может быть использована для определения эффективности, а также и интенсивности перемешивания.

Интенсивность перемешивания выражают количественно с помощью следующих величин:

1) частоты вращения мешалки;

2) расходуемой на перемешивание мощности, приведенной к единице объема или массы перемешиваемой жидкости.

Эффективность перемешивания определяется возможностью достигнуть требуемого технологического результата при совершении определенной работы. Таким образом, из двух аппаратов с мешалками более эффективно работает тот, в котором необходимое качество перемешивания достигается при более низкой затрате энергии.

Оценку режима движения перемешиваемой cреды производят при помощи безразмерного комплекса величин, называемого критерием Рейнольдса, в котором скорость жидкости выражена через частоту вращения мешалки и ее диаметр. Считают, что критическое значение этого критерия Re  50.

Если число Рейнольдса для данной мешалки меньше 50, то это значит, что жидкость перемешивается недостаточно интенсивно и наблюдается так называемый ламинарный режим ее движения. При ламинарном гидродинамическом режиме частицы жидкости движутся параллельно друг другу в направлении движения потока, не переходя из одного слоя жидкости в другой.

При значениях числа Рейнольдса более 50 интенсивность перемешивания возрастает. В жидкости возникают вихри, хаотически перемешивающиеся в объеме движущейся жидкости и вызывающие перемешивание отдельных слоев. Такой гидродинамический режим носит название турбулентного. Именно он обеспечивает вынужденную циркуляцию потока в аппарате.

При значениях Re  10000 вынужденная циркуляция обеспечивает в аппарате с мешалкой интенсивное трехмерное течение всей массы жидкости (наступает развитый турбулентный режим).

Механическое перемешивание осуществляют с помощью мешалок различных типов: лопастных, пропеллерных, винтовых, турбинных; пневматическое (аэролифтное) - с помощью сжатого воздуха. Аппараты, в которых проводят перемешивание, обычно называют агитаторами. Так, агитаторы с механическим перемешиванием используют при флотации, с пневматическим - для перемешивания пульпы в процессах выщелачивания (агитаторы Пачука). Известны также перемешивающие пневматические устройства пульсационного типа.

Перемешивание среды применяют и в процессах получения суспензий, экстракции, растворения и др. Электромагнитное перемешивание жидкого металла осуществляется за счет взаимодействия с электромагнитным полем, создаваемым наводимыми вихревыми токами.

На Николаевском глиноземном заводе при автоклавном выщелачивании бокситов для перемешивания пульпы используют лопастные мешалки. На переделе декомпозиции (разложения) алюминатного раствора с выделением в твердую фазу гидроксида алюминия применяют воздушное перемешивание через центрально установленный в декомпозере аэролифт.