технол лек 1. Учебник соответствует учебной программе и предназначен для студентов фармацевтических высших учебных заведений и факультетов

• Название: Учебник соответствует учебной программе и предназначен для студентов фармацевтических высших учебных заведений и факультетов
• Анкор: технол лек 1.pdf
• Дата: 27.02.2018
• Размер: 11.39 Mb.
• Имя файла: технол лек 1.pdf
• Тип: Учебник; #15993
• страница: 12 из 32

???????
????????

??????????
????????
1 Спиральный фильтрующий элемент показан на рис 9.38. Пакет из двух полупроницаемых мембран 1 с расположенным между ними
К недостаткам аппаратов с трубчатыми фильтрующими элементами следует отнести следующее более сложный монтаж трубчатых элементов,
чем у фильтр-прессов, и сравнительно невысокую удельную поверхность мембран, равную ч м
2
/м
3
Аппараты со спиральными фильтрующими элементами имеют значительно более высокую, чем предыдущие, плотность упаковки мембран, составляющую ч мм (рис. Высокая удельная поверхность мембран в таких аппаратах достигается за счет спиральных фильтрующих элементов в виде рулонов 1, помещаемых в трубе или в цилиндрическом корпусе 2 высокого дав- ления.
Рис. 9.37. Схема аппарата со спиральным фильтрующим элементом – спиральный фильтрующий элемент 2 – корпус аппарата
Рис. 9.38. Схема спиральной укладки полупроницаемых мембран в спиральном фильтрующем элементе – мембраны 2 – дренажный слой для отвода фильтрата – фильтроотводящая перфорированная труба 4 – сетка-сепаратор дренажным слоем 2 в виде спирали накручивается на фильтро- отводящую трубу 3. Вместе с пакетом накручивается сетка- сепаратор 4, образующая спиральный канал, в который под давлением вводится исходный раствор. В процессе навивки спирального фильтрующего элемента кромки пакета для его герметизации проклеивают.
Исходный раствор течет в межмембранном канале с сет- кой-сепаратором 4 вдоль оси навивки и выходит с противоположного конца в виде концентрата. Проникший через мембраны

2 0 фильтрат движется по спиральному дренажному пористому слою к центральной оси и попадает в фильтроотводящую трубу, по которой и выводится из аппарата.
Аппарат со спиральными фильтрующими элементами в сборе представлен на рис. 9.39. Он состоит из корпуса 4, выполненного в виде трубы из нержавеющей стали, в которой размещается от одного до четырех рулонных модулей 8. Модуль формируется навивкой пяти мембранных пакетов на пермеатоотводящую трубку. Пакет образуют две мембраны 11, между которыми расположен дренажный слой 13. Мембранный пакет герметично соединен с пермеатоотводящей трубкой, кромки его также герметизируют,
чтобы предотвратить смешение разделяемого раствора с пермеатом.
Для создания необходимого зазора между мембранными пакетами при навивке модуля вкладывают крупно- ячеистую сетку-сепаратор 12, благодаря чему образуются напорные каналы для прохождения разделяемого раствора.
Герметизация пермеатоотводящих трубок в аппарате обеспечивается резиновыми кольцами 7. Герметизация корпуса осуществляется с помощью крышек резиновых колец 10 и упорных разрезных колец 2, помещаемых в прорези накидного кольца 1, привариваемого к корпусу Исходный раствор через штуцер поступает в аппарат и проходит через витки модуля (напорные каналы) в осевом направлении. Последовательно проходя все модули, раствор концентрируется и удаляется из аппарата через штуцер отвода концентрата. Прошедший через мембраны пермеат транспортируется по дренажному слою к пермеатоотводящей трубке, проходит через отверстия в ее стенке и внутри трубки движется к выходному штуцеру.
С целью предотвращения телескопического эффекта, возникающего вследствие разности давлений у торцов модулей и приводящего к сдвигу слоев навивки в осевом направлении, у заднего торца модуля устанавливают антителескопическую решетку в которую он упирается.
Байпасирование жидкости в аппарате предотвращено резиновой манжетой перекрывающей зазор между рулонным модулем и внутренней стенкой корпуса.
Рис. 9.39. Аппарат рулонного типа в сборе – накидное кольцо – упорное кольцо – крышка 4 – корпус – решетка 6 – трубка для отвода пермеата;
7 – резиновое кольцо – рулонный модуль – резиновая манжета – резиновое кольцо – мембраны – сетка-сепаратор;
13 – дренажный слой

2 1 Увеличение производительности аппаратов со спиральными фильтрующими элементами достигается максимальным развитием площади мембран за счет увеличения их ширины (до 900 мм) и длины (дом, присоединения к фильтроотводящей трубе нескольких пакетов и установки в аппарате нескольких спиральных фильтрующих элементов.
К достоинствам аппаратов со спиральными фильтрующими элементами относятся большая плотность упаковки мембран, малая металлоемкость, механизированная сборка спиральных фильтрующих элементов и главное – высокая производительность всего аппарата.
Аппараты с мембранами в виде полых волокон для процессов обратного осмоса и ультрафильтрации занимают особое место, так как имеют очень высокую плотность укладки полупроницаемых мембран, равную 20 ч 000 мм. Это достигается использованием мембран в виде полых волокон малого диаметра (ч мкм) с толщиной стенки ч мкм. Полые волокна-мембраны способны выдержать рабочее давление, равное десяткам мегапаскалей,
поэтому аппараты с такими мембранами не требуют дренажных и поддерживающих устройств, что значительно снижает капитальные затраты, упрощает их сборку и эксплуатацию.
В аппаратах см ем бра нами в виде полых волокон предусматривается подача исходного раствора с наружной поверхности волокон или внутрь капилляра полого волокна.
Следовательно, фильтрат в данных аппаратах отводится по капилляру полого волокна или собирается с наружной поверхности волокон.
Разработано много конструкций аппаратов с мембранами в виде полых волокон. Рассмотрим устройство и принцип действия таких аппаратов на примере фильтра с образным расположением волокон (рис. Фильтрующий элемент этого аппарата состоит компактны и высокопроизводительны. Например, один аппарат диаметром мм и длиной 1220 мм с образными из образного пучка полых волокон длиной
1,5
ч2 ми шайбы 2, служащей для склеивания всех открытых концов полых волокон (обычно эпоксидной смолой. Шайба опирается напористую подложку 3. Шайба с подложкой зажаты посредством фланцевого соединения болтами 4 между корпусом и крышкой 6 аппарата.
Аппараты с мембранами в виде полых волокон
Рис. 9.40. Схема аппарата с мембранами из
U
-образных полых волокон – полупроницаемые мембраны в виде полых волокон 2 – шайба 3 – пористая подложка – болты 5 – корпус аппарата – крышка аппарата

2 1 фильтрующими элементами в виде полых волокон позволяет обессоливать и получать 50 м в сутки чистой воды, что недостижимо при таких габаритах в аппаратах других типов. Разрабатываются установки, которые обеспечат опреснение болеем воды в сутки.
Все рассмотренные выше типы мембранных аппаратов могут эксплуатироваться как непрерывно действующие и как периодически действующие. Выбор режима работы аппарата определяется условиями проведения и технико-экономическими показателями процесса. Расчет аппарата с полупроницаемой мембраной
Процессы мембранного разделения обычно проводят при постоянной температуре и постоянном давлении Р. Известны производительность по исходному раствору L
0
кг/ч и состав растворах кг/кг. Расчет мембранного аппарата сводится к определению поверхности мембраны F м (рис. По выходу фильтрата а определяют его количество (кг/ч):
W = aL
0
. (Из уравнения материального баланса по общим потокам = к + W (находят количество концентрата, выходящего из аппарата (кг/ч):
L
к
= L
0
– W. (Из уравнения материального баланса по концентрируемому компоненту = к к + Wy к (с учетом (9.70) определяют состав концентрата (кг/кг):
x к = (L
0
x
0
– Wy к – W). (Преобразовав уравнение (9.72) к виду 0
?
1
L
W
y
L
W
x x
?
?
=
(9.73)
и выразив, согласно (9.67), отношение W/L
0
через выход фильтрата,
окончательно находят состав концентрата на выходе из аппарата:
Характеристику процесса ввиду большой сложности механизма находят эмпирически
(прямым экспериментом или,
если возможно, по справочным данным).
При расчете мембранного аппарата обычно заданы выход фильтрата a
= W/L
0
(и его конечный состав – y к кг/кг.
Рис. 9.41. К расчету аппарата с полупроницаемой мембраной

2 1 2
a ay x
x
?
?
=
1
?
0
?
. (По концентрациям x к и y к, характеризующим составы над мембраной (концентрат) и под мембраной (фильтрат, определяют селективность мембраны = (x к – y к к. (По найденному значению селективности
? для заданного раствора из справочной литературы подбирают материал и толщину полупроницаемой мембраны.
Для этой мембраны по справочным данным находят зависимость проницаемости G от состава заданного раствора над мембраной = f
1
(x). (По проницаемости G для концентрации x к с учетом (9.68) по уравнению (9.55) находят рабочую поверхность полупроницаемой мембраны = W/G = a L
0
/f
1
(x к. (9.77)
9.3.4.7. Схемы установок с мембранными аппаратами
В качестве примера производственных установок с мембранными аппаратами рассмотрим непрерывно действующую обессоливающую установку (рис. использования энергии при сбросе давления концентрата.
Подобные установки под названием Шарья-500, Шарья-200 и другие используют на фармацевтических предприятиях в производстве высокоочищенной воды для инфузионных растворов, иммунобиологических препаратов и инъекционных растворов в ампулах.
Установка Шарья-500 (производительность по питающей воде –
500 л/ч) предназначена для получения высокоочищенной воды,
Рис. 9.42. Схема обессоливающей опреснительной установки с мембранными аппаратами – емкость для исходного раствора 2 – насос – песчаный фильтр 4 – деаэратор; 5 – насос высокого давления 6 – мембранные аппараты – сборник фильтрата 8 – турбина для рекуперации энергии 9 – сборник концентрата
Исходный раствор из емкости 1 насосом 2 нагнетается через песчаный фильтр 3 и деаэратор аппарат для удаления из воды воздуха, откуда насосом высокого давления направляется в аппараты мембранного разделения 6. В этих аппаратах раствор делится на два потока. Фильтрат направляется в сборника концентрат идет через рекуперационную турбину в сборник 9. Турбина предназначена для свободной от механических примесей, органических и неорганических веществ. Она применяется в медицинской, микробиологической,
электронной и других отраслях промышленности.
Блок-схема получения высокоочищенной воды Блок предфильтрации предназначен для удаления механических примесей размером более 5 мкм. Блок обратного осмоса предназначен для удаления молекул и ионов растворенных веществ
(не менее 70 %). Блок финишной очистки включает стадии ионного обмена и ультрафильтрации.
Принцип работы основан на последовательной очистке водопроводной воды от примесей при использовании мембранных и сорбционных методов предфильтрация – очистка водопроводной воды от механических частиц обратный осмос – очистка от растворенных солей,
органических веществ, бактерий и твердых веществ ионный обмен – доочистка от ионов ультрафильтрация – доочистка от коллоидных частиц и макромолекул.
Схема получения высокоочищенной воды на установке
Шарья-500 представлена на рис. 9.43. Водопроводная вода поступает на блок предфильтрации, включающий два патронных фильтра Рис. 9.43. Схема установки получения высокоочищенной воды Шарья-500:
1 – патронные фильтры 2 – насос высокого давления 3 – элементы рулонные обратноосмотические; 4 – манометр электроконтактный 5 – вентиль – фильтр катионитный; 7 – фильтр анионитный; 8 – ультрафильтрационный аппарат на полых волокнах 9 – разделительный модуль с манометром – вентиль 11 – кондуктометр
Освобожденная от механических частиц вода насосом высокого давления 2 подается на блок обратного осмоса, состоящий из шести параллельно соединенных элементов рулонных обратноосмотических
3. Очищенная вода после фильтров обратного осмоса (фильтрат

2 1 поступает на доочистку в фильтр катионитный 6, а затем – в анионитный 7, заполненные катионитообменной и анионитообменной смолами. Окончательная очистка воды проводится на двух ультрафильтрационных аппаратах 8. После ультрафильтрации высокоочищенная вода подается на производство. Концентрат после обратноосмотических элементов 3 и ультрафильтрационных аппаратов используется как техническая вода в производстве.
Установка обратного осмоса может быть использована для концентрирования растворов неорганических солей.
Схема установки для концентрирования растворов представлена на рис. 9.44. Исходный раствор неорганической соли из емкости подается насосом 2 на песчаный фильтр 3, где очищается от взвесей твердых частиц. Далее раствор насосом высокого давления подается в аппараты обратного осмоса 5, где его концентрация повышается в несколько раз. Концентрат подогревается в теплообменнике 6 и направляется для окончательного концентрирования в выпарной аппарат 7, работающий под избыточным давлением. Упаренный раствор стекает в емкость 8.
Пермеат (фильтрат) из аппаратов обратного осмоса возвращается для использования в производстве либо сбрасывается в канализацию (в зависимости от качества. Вторичный пар из выпарного аппарата 7 направляется на обогрев других производственных аппаратов, в том числе теплообменника Использование установки позволяет существенно снизить общие затраты на процессе концентрирования, поскольку большая часть воды удаляется этим высокоэкономичным методом и лишь малая часть сравнительно дорогим методом
(выпариванием).
Установка ультрафильтрации может быть использована для концентрирования растворов высокомолекулярных соединений (ВМС). Концентрирование растворов ВМС
путем традиционных методов
(например, выпариванием) обычно неэффективно вследствие разрушения ВМС (особенно биохимических препаратов).
Технологическая схема установки представлена на рис. Разбавленный раствор
Рис. 9.44. Схема установки для концентрирования растворов с применением обратного осмоса – емкость для исходного раствора – насос низкого давления – фильтр 4 – насос высокого давления 5 – аппараты обратного осмоса 6 – теплообменник – выпарной аппарат – емкость для упаренного раствора

2 1 5
ВМС, содержащий также неорганическую соль, из емкости насосом 2 подается на песчаный фильтр 3, где очищается от взвесей твердых частиц. Далее раствор насосом высокого давления перекачивается в аппарат ультрафильтрации 5, где концентрируется ратов, в том числе теплообменника 8.
9.3.5. Метод термодиффузионного разделения
Если к гомогенному раствору, содержащему два компонента с различными молекулярными массами, приложить температурный градиент, тов таком растворе возникает градиент концентраций.
Это явление называется термодиффузией. Температурный градиент вызывает поток, величина которого определяется соотношением j
1
= –
?D
12
(grad x
1
–
? x
1
x
2
grad lnT), (где
? – плотность смеси – коэффициент концентрационной диффузии, x
2
– молярные доли компонентов в смеси – термодиффузионная постоянная – температура.
Если правую часть этого уравнения приравняем к нулю, что будет соответствовать условию равновесия между термодиффузией и концентрационной диффузией, то придем к максимальному эффекту разделения, который определяется уравнением x
x x
?
=
?
?
=
, (до заданной концентрации
ВМС. Пермеат собирается в промежуточной емкости откуда насосом 7 подается в теплообменник 8. Здесь он нагревается и подается в выпарной аппарат 9, работающий под небольшим избыточным давлением. В
выпарном аппарате концентрация неорганической соли в пермеате доводится до требуемого значения.
Упаренный раствор стекает в емкость Концентрат из аппарата ультрафильтрации возвращается в технологический процесс. Вторичный пар из выпарного аппарата 9 направляется на обогрев других производственных аппа-
Рис. 9.45. Схема установки для концентрирования растворов с применением ультрафильтрации – емкость для исходного раствора – насос 3 – фильтр 4 – насос – аппарат ультрафильтрации – промежуточная емкость 7 – насос – теплообменник 9 – выпарной аппарат – емкость для упаренного раствора

2 1 где индекс г относится к горячей области термодиффузионной колонны, а индекс х – к холодной.
Значение
? для газов вычисляют по формуле 5
,
1 1
2 1
2
, (где ММ молекулярные массы компонентов – показатель степени в уравнении
µ = кТ
n
;
µ – вязкость газа.
Для реализации процесса термодиффузионного разделения газовую или жидкую смеси подают в колонный аппарат между двумя стенками, одна из которых нагрета, а другая – охлаждена.
У охлажденной стенки концентрируются молекулы с большой молекулярной массой или большого размера. Степень разделения. Разделение газовых систем. Общие сведения
Очистка отходящих промышленных газов является одной из важнейших технологических и экологических задач большинства фармацевтических производств.
Очистка газов от взвешенных в них твердых или жидких частиц проводится для уменьшения загрязненности выбрасываемого в атмосферу воздуха, улавливания из газа ценных продуктов или удаления вредных примесей, отрицательно влияющих на дальнейшую переработку газа и применяемую аппаратуру.
Твердые и жидкие частицы образуются в результате механического измельчения твердых тел (частицы размерами
3
ч70 мкм, при конденсации паров (размеры частиц – ч мкм).
По способу улавливания различают следующие виды очистки газов (рис. 9.47):
— гравитационная очистка – осаждение под действием силы тяжести (а);
весьма малая по теоретическим расчетам, может быть значительно усилена вследствие возникновения противоточного движения нагретого и холодного компонентов. Такие потоки действительно возникают в аппарате вследствие градиента плотности.
На рис. 9.46 изображена схема потоков в термодиффузионной колонке.
Термодиффузионный метод нашел применение для разделения изотопов в газовой фазе.
Рис. 9.46. Схема потоков в термодиффузионной колонке

2 1 7
— осаждение под действием инерционных и центробежных сил (б, в фильтрование (д мокрая очистка (е электрическая очистка (г).
Рис. 9.47. Основные способы улавливания частиц из газового потока:
а
– гравитационная очистка б – осаждение под действием инерционных сил;
в
– осаждение под действием центробежных сил г – осаждение под действием сил электрического поля д – фильтрование е – мокрая очистка
Для получения необходимой степени очистки обычно применяют различные способы обработки газов. Эффективность работы пылеулавливающего аппарата характеризуется степенью очистки 1
2 1
?
?
=
?
, (где G
1
, G
2
– масса взвешенных частиц в исходном и очищенном газе.
Выделенная из потока газа частица осаждается на рабочей поверхности аппарата и выводится из системы. Очистка газов под действием гравитационных,
инерционных и центробежных сил
П ы л е осадительные камеры. Простейшим типом газоочистительных аппаратов являются пылеосадительные камеры (рис. 9.48), в которых улавливаемые частицы удаляются из потока газа под действием силы тяжести.
Запыленный газ поступает в камеру 1, внутри которой расположены горизонтальные перегородки, расстояние между которыми ч м. Такая небольшая высота между перегородками уменьшает путь осаждающихся частиц пыли, увеличивает поверхность осаждения, что способствует уменьшению времени осаждения. Производительность камеры ограничена скоростью потока газа в каналах между полками, так как частицы пыли должны успеть осесть до того, как они пройдут всю полку по ее длине

2 1 Расчет основных габаритных размеров камеры (длина, ширина,
высота), которые определяют поверхность отстаивания, аналогичен расчету отстойников для жидкости.
Пылеосадительные камеры имеют сравнительно большие габариты и используются обычно для удаления наиболее крупных частиц (> 100 мкм. Степень очистки газа от пыли в этих аппаратах не превышает ч %, и поэтому они используются только для предварительной грубой очистки газов.
Инерционные пылеуловители. Действие пылеуловителя такого типа основано на использовании инерционных сил, возникающих прирезком изменении направления газового потока. Поток очищаемого газа со скоростью ч мс вводится в аппарат (рис, жалюзи 3 которого представляют собой набор наклонных колец, установленных с зазором ч мм для прохождения газа.
на доочистку в первичный жалюзийный пылеуловитель. Пыль удаляется из циклона через патрубок Газ, пройдя полки,
огибает отражательную перегородку 3 (способствующую более равномерному распределению газа по каналам, ограниченным горизонтальными полками)
и удаляется из камеры.
Пыль, осевшая наго- риз он таль н ы х полках периодически удаляется специальными скребками через дверцы 4 или смывается водой.
Рис. 9.48. Пылеосадительная камера – корпус 2 – горизонтальные перегородки
(полки); 3 – отражательная перегородка – дверцы
Частицы пыли, ударяясь о кольца жалюзи,
отбрасываются коси конуса, а освобождаемый от наиболее крупных частиц пыли газ проходит через зазоры в конусе иуда- ляется через патрубок Небольшая часть газа
(примерно 10 %), в которой концентрируется основная масса частиц, поступает в циклон 2, где под действием центробежных сил освобождается от основной массы пыли и возвращается
Рис. 9.49. Инерционный пылеуловитель – первичный жалюзийный пылеуловитель – циклон 3 – жалюзи 4 – патрубок для очищенного газа 5 – пылеотводящий патрубок

2 1 Инерционные пылеуловители отличаются простотой устройства, компактностью и не имеют движущихся частей, однако в них достигается невысокая степень очистки (примерно 60 пыли (размер удаляемых частиц – более 25 мкм. К недостаткам инерционных пылеуловителей относятся сравнительно большое гидравлическое сопротивление, быстрый износи забивание жалюзей.
Циклоны. В циклон запыленный газ вводится со скоростью
15
ч25 мс тангенциально и получает вращательное движение (рис. Частицы пыли или капли под действием центробежной силы движутся к периферии и, достигнув стенки, оседают на ней,
направляясь далее в бункер. Газ, проделав несколько оборотов в циклоне, поворачивается вверх и выводится через центральную выхлопную трубу dr w
oc или
?
?
=
?
2 1
0
oc r
r dr
, (ас подстановкой (9.83) в (9.84), получим выражение для определения времени осаждения частицы под действием центробежной силы 2
?
?
2 2
?
?
?
2 2
?
??
ln
18 18 2
1
r r
w d
r dr w
d r
r
?
?
?
µ
=
?
?
?
µ
=
?
?
. (Степень очистки газа в циклонах зависит от величины фактора разделения. Из этого выражения (см. (9.53)) видно, что степень
В циклонах центробежная сила зависит от скорости вращения газа, которую в первом приближении можно принять равной скорости газа во входном патрубке.
Тогда центробежное ускорение равно r
W
a
2 2
?
?
=
=
, (где r – радиус циклонам скорость газа во входном патрубке, мс – угловая скорость вращения газа в циклоне, с
–1
Тогда скорость осаждения частиц с учетом (9.12) и заменой движущей силы при гравитационном осаждении g на центробежную такая 2
?
?
2
?
oc r
d w
. (Так как осаждение частиц происходит вдоль радиуса циклона, то
Рис. 9.50. Циклон – корпус 2 – коническое днище – входной патрубок – выхлопная труба

2 2 очистки газа в циклонах может быть повышена либо путем уменьшения радиуса вращения потока запыленного газа, либо путем увеличения скорости газа.
Чрезмерно большая скорость движения газа в циклоне приводит к повышению сопротивления аппарата и уменьшению степени очистки. Поэтому степень очистки газа в циклонах может быть повышена за счет уменьшения радиуса циклона, что приводит к снижению его производительности. В связи с этим часто для очистки большого количества запыленного газа вместо циклона большого диаметра применяют несколько циклонных элементов значительно меньшего диаметра.
Циклоны всех видов отличаются простотой конструкции. Они имеют более высокую степень очистки газа, более компактны и требуют меньших капитальных затрат.
К недостаткам циклонов относятся сравнительно высокое гидравлическое сопротивление
? ч Па, чувствительность к колебаниям нагрузки по газу, механическое истирание корпуса аппарата частицами пыли. Эффективное улавливание пыли происходит при размере частиц не более 10 мкм. Очистка газов фильтрованием
При очистке газов фильтрованием, содержащих взвешенные твердые частицы, применяются пористые перегородки, пропускающие
Рис. 9.51. Рукавный фильтр – вход газа – распределительная камера 3 – рукава – встряхивающее устройство – выхлопная труба – шнек – шлюзовый затвор газ и задерживающие на поверхности твердые частицы. Пористые фильтровальные перегородки делятся на гибкие, жесткие и с зернистым слоем.
К числу наиболее широко применяемых фильтров с гибкими пористыми перегородками относятся рукавные фильтры (рис. 9.51). Запыленный газ нагнетается вентилятором через входной газоход 1 в камеру 2 фильтра. Далее газ проходит через рукава 3, нижние концы которых закреплены на патрубках распределительной решетки. Пыль осаждается в порах ткани, а очищенный газ через выхлопную трубу 5 удаляется из аппарата. Периодически фильтр отключают для очистки ткани от накопившейся пыли. Для этого рукав продувают очищенным газом в направлении, обратном движению запыленного газа. Одновременно с продувкой производится механическое встряхивание рукавов, для чего специальный механизм приподнимает и опускает раму, к которой подвешены верхние концы рукавов. Пыль падает в распределительную камеру 2 и выгружается шнеком 6 через шлюзовый затвор 7.

2 2 Гидравлическое сопротивление наиболее распространенных фильтровальных тканей обычно не превышает ч Па. При этом достигается высокая степень очистки газа (ч) от тонкодисперсной пыли с размером частиц более 2 мкм.
Недостатками этих фильтров являются сравнительно быстрый износ ткани и закупорка пор в ней.
Выбор ткани для рукавов определяется ее механической прочностью, химической и термической стойкостью. Для изготовления рукавов применяют синтетические и натуральные ткани органического и неорганического происхождения хлопок,
лен (до 80 С шерсть (до 110 С полиэтиленовые волокна (140 0
С);
фторопластовые (до 280 С стекловолокно (до 400 С. Мокрая очистка газов
Мокрая очистка газов применяется для тонкой очистки от пыли,
но при этом происходит их увлажнение, что не всегда допустимо.
Чтобы повысить степень улавливания, воду или любую другую жидкость вместе с твердыми частицами направляют из пылеуловителей в отстойники для осветления с последующим ее использованием. В тех случаях, когда одновременно с очисткой требуется охлаждение газа, промывную жидкость предварительно охлаждают в градирнях или холодильниках.
Мокрая очистка газов проводится в аппаратах различных конструкций – скрубберах, башнях орошения, барботажных пылеуловителях. На рис. 9.53 представлен барботажный
Для очень тонкой очистки газов фильтрованием используют фильтры с жесткими перегородками из керамических,
металлокерамических и пластмассовых пористых материалов (рис. 9.52). Высокая степень очистки газов в них достигается вследствие малого размера и извилистости пор в фильтрующем материале.
Гильзы металлокерамических фильтров изготавливаются из гранул, порошка или стружки металлов путем прессования и спекания. Они отличаются высокой механической прочностью и химической стойкостью, а также хорошо противостоят резким колебаниям температуры. Поэтому металлокерамические фильтры применяют для очистки химически агрессивных горячих газов. С помощью металлокерамических фильтров можно отделять твердые частицы размером более 0,5 мкм.
Рис. 9.52. Металлокерамический фильтр – вход запыленного газа – выход очищенного газа – решетка для крепления гильз 4 – металлокерамические гильзы 5 – корпус – коллектор сжатого воздуха 7 – бункер

2 2 пылеуловитель, состоящий из корпуса 4, внутри которого расположена перфорированная тарелка 6. Запыленный газ поступает под перфорированную тарелку через входи, проходя через отверстия тарелки (скорость газа в отверстиях
? ч м/с),
барботирует сквозь жидкость и превращает всю ее в слой подвижной пены. Электрическая очистка газов
Электрическая очистка газов основана на ионизации молекул газа и сообщении частицам пыли электрического заряда.
Электрически заряженные частицы под действием электрического поля осаждаются на противоположно заряженном электроде,
теряют свой заряди удаляются из газового потока. При повышении разности потенциалов между электродами до нескольких десятков тысяч вольт кинетическая энергия ионов и электронов возрастает настолько, что они при своем движении,
сталкиваясь с нейтральными молекулами газа, будут расщеплять их на положительные ионы и свободные электроны. В результате образование ионов происходит лавинообразно и газ полностью ионизируется.
Степень очистки газа в электрофильтре в значительной степени зависит от проводимости пыли. С этой целью осевшую на электродах пыль удаляют периодическим встряхиванием электродов или увеличивают проводимость пыли путем увлажнения газа перед
В слое пены пыль поглощается жидкостью, основная часть которой %) удаляется вместе с пеной через штуцер 5. Оставшаяся часть жидкости %) сливается через отверстия в тарелке и улавливает в подтарелочном пространстве более крупные частицы.
Образующаяся при этом суспензия удаляется через сливной штуцер 7. В
таких аппаратах применяют также несколько перфорированных тарелок,
причем число их зависит от требуемой степени очистки газов.
В барботажных аппаратах такого типа степень улавливания равна ч а диаметр улавливаемых частиц – более мкм. Наиболее существенным недостатком является образование большого количества сточных вод,
которые вызывают коррозию аппаратуры и должны подвергаться дальнейшему разделению или очистке.
Рис. 9.53. Барботажный пылеуловитель – вход запыленного газа – вход жидкости 3 – выход очищенного газа 4 – корпус аппарата 5, 7 – штуцер отвода жидкости 6 – перфорированная тарелка

2 2 входом в электрофильтр водой, не допуская, однако, снижения температуры ниже ее конденсации.
Электрофильтры работают только на постоянном токе, так как при переменном токе заряженные частицы, испытав ряд импульсов, направляющих их тов одну, тов другую сторону, могут быть вынесены из аппарата раньше, чем они успевают достичь поверхности электрода.
В зависимости от формы электродов различают электрофильтры трубчатые и пластинчатые.
Трубчатый электрофильтр представлен на рис. ударным приспособлением и собираются в нижней части аппарата.
Очищенный газ удаляется через газоход Аналогично предыдущему устроен пластинчатый электрофильтр (рис. 9.55). В этом случае коронирующими
Запыленный газ поступает в аппарат через газоход и распределяется по трубчатым электродам, внутри которых находятся корониру- ющие электроды 2 из проволоки диаметром
1,5
ч2 мм. Они подвешены на общей раме 3, опирающейся на изоляторы. Осаждающиеся на внутренней поверхности трубчатых электродов частицы стряхиваются
Рис. 9.54. Схема трубчатого электрофильтра – осадительный электрод 2 – коронирующий электрод 3 – рама 4 – корпус 5 – изолятор 6 – выходной газоход
Рис. 9.55. Схема пластинчатого электрофильтра – осадительный электрод 2 – коронирующий электрод 3 – корпус 4 – рама 5 – изолятор – выходной газоход отрицательными электродами служат проволоки 2, а осадительными пластины, выполненные из проволочной сетки.
В некоторых случаях электрофильтры секционируют и тогда газ пропускают через ряд последовательно соединенных друг с другом секций.
Скорость движения газа в электрофильтре обычно принимают равной ч мс для трубчатых и ч мс — для пластинчатых. Сила тока составляет от 0,05 до 0,5 мА на один метр длины электрода. Средняя напряженность электрического поля находится в пределах ч кВ/см. При этих параметрах работы фильтра обеспечивается практически полная очистка газа от взвешенных в нем частиц. Сопротивление электрофильтров составляет ч Па.
Степень очистки газа в электрофильтре рассчитывают по уравнению oc oc
1
?
?
=
?
, (где F
oc
– поверхность осадительных электродов, м – производительность электрофильтрам с ос – скорость осаждения частиц, м/с.
Поскольку в электрофильтре осаждаются мелкие частицы,
может быть принят ламинарный режим их движения. Тогда,
заменяя силу тяжести силой, с которой на заряженную частицу действует электрическое поле, скорость осаждения определится из выражения w
, (где n – число зарядов, полученных частицей;
е
0
– величина элементарного заряда;
Е
– напряженность электрического поля, кВ/см;
d
– диаметр частицы, м – вязкость газа в рабочих условиях.
Степень очистки электрофильтров достигает 99 %, а иногда –
99,9 %, диаметры улавливаемых твердых частиц – более 0,005 мкм.
Их можно применять для различных рабочих условий (горячий,
влажный, химически активный газ и т.п.), что делает этот вид газоочистительного оборудования весьма эффективным.
Поскольку электрофильтры работают под высоким напряжением, необходимо соблюдать правила монтажа и эксплуатации, разработанные для электроустановок. Осадительные электроды и корпус электрофильтра должны быть тщательно заземлены. Необходимо следить за состоянием и целостностью изоляции кабелей и выводов коронирующих электродов.
Список литературы. Стабников В.Н., Попов В.Д., Лысянский В.М. Процессы и аппараты пищевых производств. М Пищ. пром-сть, 1976. С. 147 – 230.
2. Жужиков В.А. Фильтрование. М Госхимиздат, 1961. С. 86 – 101.
3. Плановский АН, Рамм В.М., Коган С.З. Процессы и аппараты химической технологии. М Госхимиздат, 1962. С. 230 – 314.
4. Касаткин Л.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. М Химия, 1971. С. 183 – 255.

2 2 5 5. Соколов В.И. Современные промышленные центрифуги. М.:
Машиностроение, 1967.
6. Дытнерский Ю.И. Мембранные методы разделения жидких смесей. М Химия, 1975. 229 с. Дытнерский Ю.И. Обратный осмос и ультрафильтрация. М.:
Химия, 1976.
8. Николаев НИ. Диффузия в мембранах. М Химия, 1980.
9. Хванг СТ, Коммермеер К. Мембранные процессы разделения.
Пер. с англ. М Химия, 1981.
10. Технологические процессы с применением мембран. Перс англ.
/Под ред. Ю.А. Мазитова. М Мир, 1976. 369 с. Биргер МИ, Вальдберг А.Ю., Мягков Б.И. и др. Справочник по пыле- и золоулавливанию. Под ред. А.А. Русанова. М Энергия, 1975.
296 с. Гордон ГМ, Пейсаков ИЛ. Пылеулавливание и очистка газов.
М.: Металлургия, 1968. 499 с. Канторович З. Б. Машины химической промышленности. М.:
Машиностроение, 1965. 416 с

2 2 Глава 10. ПЕРЕМЕШИВАНИЕ В ЖИДКИХ
СРЕДАХ
10.1. Общие сведения
Перемешивание широко применяется в химико-фармацевтическом производстве для равномерного распределения составных компонентов в жидких материалах и, кроме того, для ускорения тепловых,
диффузионных и биохимических процессов. На практике используются следующие способы) механическое перемешивание – с помощью мешалок, с лопастями определенной формы, которые применяются для перемешивания жидких и сыпучих смесей) циркуляционное перемешивание осуществляется путем многократного перекачивания жидкости насосом или с помощью сопел через аппарат) пневматическое перемешивание – перемешивание с помощью сжатого воздуха или другого газа) перемешивание в трубопроводах.
Основными показателями любого процесса перемешивания в жидкой среде являются интенсивность, эффективность, расход энергии.
Эффективность перемешивания отражает качественную характеристику процесса, и ее выражают по-разному. Например,
при получении суспензий эффективность перемешивания характеризуется равномерностью распределения твердой фазы во всем объеме и скоростью достижения необходимой равномерности.
При использовании перемешивания для интенсификации теплообмена эффективность перемешивания определяется увеличением коэффициента теплоотдачи в перемешиваемой среде.
При оценке расхода энергии перемешивающим устройством следует учитывать общий расход энергии за время, необходимое для обеспечения заданного результата перемешивания.
Рассмотрим вышеуказанные показатели при перемешивании в наиболее часто применяемых процессах фармацевтического производства. Механическое перемешивание
Механическое перемешивание в жидкой среде осуществляется чаще всего лопастными, пропеллерными и турбинными мешалками. Иногда для перемешивания используют специальные мешалки, например якорные и барабанные.
В зависимости от конструкции аппарата и расположения вала мешалки могут быть установлены горизонтально, вертикально и наклонно. Устройство мешалок
Лопастные мешалки используются для перемешивания жидкостей с небольшой вязкостью (до 0,1 Пас. Обычная

2 2 7 1
3 2
4 5
1 Рис. 10.3. Различный наклон лопастей
Эффективное перемешивание суспензий и вязких сред во всем объеме аппарата достигается использованием рамной мешалки лопастная мешалка (рис. 10.1) состоит из двух плоских лопастей, укрепленных навалу перпендикулярно к нему. Вал вращается электродвигателем с помощью зубчатой или червячной передачи и совершает от 20 до 120 об/мин.
В зависимости от высоты слоя перемешиваемой жидкости навалу устанавливают соответствующее количество рядов таких лопастей. Диаметр лопастей составляет ч диаметра аппарата, а ширина лопастей – чих диаметра.
Эффективность перемешивания увеличивается с интенсивностью числа оборотов и образованием вихревых потоков в жидкости, что приводит к углублению воронки на поверхности размешиваемой массы, последнее уменьшает рациональное использование всего объема аппарата. Вследствие этого вынуждены находить оптимальное число оборотов мешалки для каждого варианта опытным путем.
Чтобы создать вихревые потоки, в жидкости устанавливают отражательные перегородки (рис.10.2).
Для перемешивания суспензий с твердыми частицами используют мешалки с наклонными к плоскости вращения лопастями (рис. 10.3), что способствует усилению вертикальных токов жидкости и поднятию частицы со дна аппарата.
Рис. 10.1. Аппарат с лопастной мешалкой – привод 2 – корпус – вал 4 – лопасть – подпятник
Рис. 10.2. Перемешивание жидкости в сосуде с перегородками – отражательная перегородка

2 2 Планетарная мешалка (рис) состоит из емкости 1, в которую помещена мешалка, имеющая центральный вали два находятся в других плоскостях в отличие от центральной мешалки. Планетарная мешалка другой конструкции (рис. имеет вал 1, проходящий через неподвижное зубчатое колесо Навалу укреплено водило 3, ведущее вал 4. Навалу закреплены зубчатое колесо 5, входящее в зацепление с неподвижным зубчатым колесом 2, и лопасти мешалки При вращении вала 1 водило 3 увлекает за собой вали зубчатое колесо 5, которое катится по колесу 2, заставляя при этом вращаться вокруг своей оси вали насаженные на нем лопасти 6. Лопасти совершают сложное движение, вращаясь вокруг оси вала 4 и вместе с ней – вокруг вала 1. Каждая точка лопасти
(рис. 10.4), состоящей из вертикальных,
горизонтальных и наклонных лопастей.
Стандартные лопастные мешалки имеют диаметр лопасти 400, 500, 550, 700, 850, 950,
1000 и 1400 мм.
Планетарные мешалки применяются для перемешивания крайне густых жидкостей вязкостью до 20 кгс•с/м
2
В фармацевтическом производстве планетарные мешалки применяют при получении мазей, суспензий, эмульсий, которые легко образуются из их компонентов. В производстве каучукового пластыря планетарной мешалкой перемешивают пасту антистарителя, цинковую основу и резиновый клей до однородного распределения компонентов в течение 6 ч.
Рис. 10.4. Аппарат срамной мешалкой
Рис. 10.5. Схема планетарной мешалки – емкость 2 – центральный вал – боковые валы 4 – лопасти – центральное зубчатое колесо – редуктор 7 – малые зубчатые колеса боковых вала сна саженными на них лопастями. Центральный вал жестко соединен сцен тральным зубчатым колесом 5, приводимым в движение через редуктор 6. В зацепление с центральным зубчатым колесом входят два малых зубчатых колеса 7, жестко соединенных со своими валами. При вращении центральной мешалки приходят во вращение вокруг своей оси и вокруг оси центрального вала боковые мешалки.
Лопасти боковых мешалок

2 2 описывает при этом сложную кривую, форма которой зависит от положения точек на лопасти и непрерывно меняется. Меняются направление и величина скоростей.
Благодаря непрерывному изменению скорости и направления движения частичек перемешиваемых материалов происходит эффективное и равномерное распределение их во всем объеме.
Конструкция планетарной мешалки в комбинации с якорной приведена на рис. Пропеллерные мешалки используют для скоростного перемешивания растворов с небольшой вязкостью. Лопасти пропеллерных мешалок (рис. 10.8) имеют профиль гребного винта сменяющимся наклоном от 0 до она конце лопасти, поэтому перемешиваемая жидкость отбрасывается лопастью по многим направлениям, при этом возникают встречные потоки, что улучшает перемешивание.
Пропеллер состоит из двух или трех лопастей, диаметр их составляет ч диаметра аппарата, а скорость вращения ч об/мин. Один пропеллер позволяет проводить интенсивное перемешивание массы в зоне высотой, равной диаметру аппарата.
При условии рабочей высоты,
превышающей диаметр аппарата, навалу устанавливают несколько пропеллеров.
Чтобы придать осевое направление потоку, пропеллер размещают в диффузоре (рис. 10.9) – коротком цилиндре с раструбом.
Пропеллерные мешалки интенсивнее осуществляют перемешивание жидкости, но расходуют много электроэнергии. Обычно
Рис. 10.6. Схема планетарной мешалки – вал 2 – неподвижное зубчатое колесо 3 – водило 4 – вал – подвижное зубчатое колесо – лопасти
Рис. 10.7. Якорная планетарная мешалка – корпус 2 – якорная мешалка – крышка 4 – шкив – траектория вращения
Рис. 10.8. Пропеллерные мешалки

2 3 0 изготовлении, поэтому они дороже. Стандартные турбинки изготавливаются диаметром 300, 400, 500 и 600 мм.
Рис. 10.11. Турбинные мешалки закрытого типа турбинка; 2 – направляющий аппарат (статора б
Рис. 10.9. Пропеллерные мешалки с диффузором:
а
– эксцентричное расположение вала мешалки по оси аппарата б – вал мешалки по оси аппарата 1 – диффузор пропеллерные мешалки имеют диаметр 150, 200, 250, 300, 400,
500 и 600 мм.
Турбинные мешалки хорошо перемешивают вязкие жидкости и суспензии со взвешенными частицами. Турбины бывают открытого и закрытого типов. Диаметр турбинок составляет ч диаметра аппарата, они вращаются со скоростью ч об/мин.
Турбинные мешалки открытого типа (рис. 10.10) состоят из рабочих колес с прямыми и изогнутыми лопастями, а турбинные мешалки закрытого типа (рис. 10.11) имеют рабочее колесо с каналами. Закрытая турбинка, в отличие от открытой,
создает при работе радиальные потоки. Жидкость входит в мешалку по центральному отверстию и выбрасывается по касательной к колесу. При многократном повторяющемся движении жидкости достигается эффективное перемешивание.
Турбинные мешалки сложнее в а б
Рис. 10.10. Турбинные мешалки открытого типа:
а
– с прямыми лопатками;
б
– с изогнутыми лопатками

2 3 Якорные мешалки применяются для перемешивания густых и липких масс, когда дно котла имеет сферическую форму.
Обычная якорная мешалка (на риса) состоит из корпуса аппарата 1 и якоря 2. Якорь может быть выполнен в различных вариантах (рис. 10.12, баб Рис. 10.12. Якорные мешалки 1– корпус аппарата 2 – якорь. Расход энергии при механическом перемешивании
При расчете расхода энергии в процессе механического перемешивания различают пусковой и рабочий периоды. В момент пуска энергия тратится в основном на выведение жидкости из состояния покоя на преодоление сил инерции. В рабочий момент энергия расходуется на преодоление сил трения вращающейся
Рис. 10.13. Барабанная мешалка, 2 – цилиндрические кольца 3 – лопасти
Находясь на расстоянии ч мм от стенки, якорная лопасть в период работы очищает внутреннюю стенку аппарата от прилипшей к ней массы, вследствие этого улучшается теплообмен и исключается перегрев массы. Мешалка совершает 50
ч
60
об/мин.
Барабанная мешалка (рис) состоит из двух цилиндрических колец 1 и соединенных между собой вертикальными лопастями 3 прямоугольного сечения.
Высота мешалки составляет ч ее диаметра.
Мешалки этой конструкции создают значительный осевой потоки применяются
(при отношении высоты столба жидкости в аппарате к диаметру барабана не менее для проведения газожидкостных реакций,
получения эмульсий и взмучивания осадков

2 3 лопасти о жидкость и, кроме того, на образование завихренных потоков. Пусковая мощность может быть выше рабочей не более чем в 2 раза и расходоваться в очень малом периоде. Поэтому использование электродвигателя с мощностью, значительно превышающей пусковую в рабочий период, экономически невыгодно. В связи с этим электродвигатели к мешалке выбирают по расходу энергии в рабочий период с учетом кратковременной перегрузки нач для лопастных мешалок и нач для пропеллерных и турбинных мешалок.
Как следует из обобщенного уравнения гидродинамики (гл.6,
уравнение (6.61)), вынужденное стационарное движение жидкости в условиях, когда действием силы тяжести пренебречь нельзя,
описывается критериальным уравнением:
Еu = f (Re, Fr, Г, Г
2
...),
где Г, Г – симплексы геометрического подобия.
Для описания процесса перемешивания применяют модифицированные критерии Эйлера (Ем, Рейнольдса (Re ми Фруда (Fr м, которые могут быть получены путем преобразования обычных выражений этих критериев. Вместо линейной скорости жидкости, среднюю величину которой при перемешивании установить практически невозможно, в модифицированные критерии подставляется величина nd, пропорциональная окружной скорости мешалки w окр окр
?
nd
, (где n – число оборотов мешалки в единицу времени – диаметр мешалки.
Во всех вышеприведенных критериях определяющим линейным размером является диаметр мешалки Подставляя эти величины в соответствующие критерии,
получим выражения модифицированных критериев подобия d
n d
d n
; (10.2)
g d
n gd d
n
?
=
=
2 2
2
?
Fr
; (10.3)
2
?
)
(
Eu nd
P
?
?
=
. (В критерии Эйлера входит разность давлений Р между передней (со стороны набегания потока) и задней лопастями мешалки. Этот перепад давлений, преодолеваемый усилием Р,
приложенным к валу мешалки, выражают через полезную мощность N, сообщаемую жидкости. Величина мощности пропорциональна произведению усилия навалу и окружной скорости, те

2 3 Перепад давления Р можно заменить пропорциональной величиной
P
S
:
?P P
S
=

N
nd S
( )
N
nd
3
, (где S
? d
2
– площадь, на которой распределено усилие Р.
Если в выражении для Eu м подставим значение Р, то получим n
N
nd d
n
N
=
?
?
=
?
?
=
5 3
2 3
?
)
(
Eu
. (Критерий Eu м, записанный в виде уравнения (10.6), называют критерием мощности и обозначают через Обобщенное уравнение гидродинамики для процессов перемешивания принимает вид =f (Re мм, Г, Г) (или p
n m
N
2 1
?
?
Fr
Re
?
=
(Влияние силы тяжести сказывается на образовании воронки и волн на поверхности перемешиваемой жидкости. Если в аппарате имеются отражательные перегородки (см, например, рис. или эксцентрично расположен вал мешалки относительно оси аппарата (см, например, риса, то влиянием силы тяжести можно пренебречь. В таком случае из уравнения (10.8) исключается критерий Фруда:
K
N
=
?(Re м, Г, Г) (или p
m
N
?
?
?
?
=
2 1
?
Re
. (Уравнения (10.7), (10.8), (10.9) и (10.10) применяются для расчета мощности N, потребляемой мешалкой.
Значения коэффициентов Аи и показатели степеней определяются из опытных данных они зависят от типа мешалки,
конструкции аппарата и режима перемешивания.
Для упрощения расчетов опытные данные о величинах мощности,
затрачиваемой на перемешивание, приводят в виде графической зависимости критерия мощности K
N
от модифицированного критерия Рейнольдса Re мс геометрическими симплексами Г, Г
2
и критерием Фруда Fr м в качестве параметров. Для геометрически подобных мешалок и аппаратов в случае соблюдения подобия условий на входе жидкости в аппарат и выходе из него величина критерия мощности K
N
и, следовательно, мощность, затрачиваемая на перемешивание, зависит только от величины критерия Re м
График зависимости K
N
от Re м для основных типов нормализованных перемешивающих устройств, построенный на основании многочисленных экспериментальных данных, приведен на рис. 10.14.

2 3 Рис. 10.14. Зависимость критерия мощности
K
N
от критерия М для различных мешалок

2 3 5
??
??
??
?? ?
??.
?
??
?
??
???
?
?
??
??
???
????
??
?
??
???
?
?
??
??
???
????
??
10.
14
D
/db
/dS
/d
??
??
??
12 3
4 5
6 1
??
??
??
??
??
??
?
30
,2 5
–
?
??
??
??
?????
??
2
??
?
?
3 0,167
–
?
4-
?
? ?
???
??
??
??
??
? ?
???
???
0,
1?
D
3
??
?
?
2 0,885
–
?
??
??
??
?????
??
4
??
?
?
2 0,885
–
?
? ?
?
??????
?
(
d
??
=1
,9
, d
??
= 0,
066
d,
t=
0,
12 d)
5
?
????
??
???
??
??
1,
11 0,
066
–
?
??
??
??
?????
??
6
?
???
??
??
???
?
3–
1
??
?
?
7
??
?
?
3–
1
?
4-
?
? ?
???
??
??
??
??
? ?
???
???
0,
1?
D
8
??
?
?
3–
2
?
??
??
??
?????
??
9
??
?
?
3–
2
?
4-
?
? ?
???
??
??
??
??
? ?
???
???
0,
1?
D
10
?
??
??
??
? ?
???
??
??
? ?
6-
?
??
??
??
?
? ?
???
??
??
??
?
?
?
??
??
??
??
?
30
,2
(
l/d
= =0
,2 5)
–
?
??
??
??
?????
??
11
??
?
?
30
,2
(
l/d
= =0,
25)
–
?
4-
?
? ?
???
??
??
??
??
? ?
???
???
0,
1?
D
12
?
??
??
??
? ?
???
??
??
? ?
8-
?
??
??
??
?
? ?
???
??
??
?
?
??
??
??
??
?
3 0,125
–
??
?
?
13
??
??
?
???
?
??
????
??
? 6
-?
??
??
??
??
?
3–
–
?
??
??
??
?????
??
14
??
??
?
???
?
??
????
??
? 6
-?
??
??
??
??
? ? ??
???
??
??
?
??
???
??
??
??
? 2 0-
?
??
??
??
??
?
3–
–
??
?
?
15
?
????
??
1,
11 0,
066
–
??
?
?
16
?
???
??
??
?
6
-?
??
???
??
?
?
2,
5 0,1
–
?
4-
?
? ?
???
??
??
??
??
? ?
???
???
Таблица Характеристики мешалок

2 3 Геометрические характеристики мешалок и аппаратов, для которых построен график K
N
=
? (Re м, приведены в табл. 10.1, а их схематическое изображение – на рис. 10.15.
d
10
b d
b d
b d
t d
d
??
??
b
0,3 65
d d
l
11 12
b
0,4 4d d
b d
0,35d
1 2
3 4
5 6 ? 8 7 ? 9 13 14 15 Рис. 10.15. Мешалки (к рис. При перемешивании механическими мешалками различают два режима перемешивания ламинарный и турбулентный. Ламинарный режим (Re м < 30) соответствует неинтенсивному перемешиванию,
при котором жидкость плавно обтекает кромки лопасти мешалки,
захватывается лопастями и вращается вместе сними. При ламинарном режиме перемешиваются только те слои жидкости,
которые непосредственно примыкают к лопастям мешалки.
С увеличением числа оборотов мешалки возрастает сопротивление среды вращению мешалки, вызванное турбулизацией пограничного слоя и образованием турбулентного кормового следа в пространстве за движущимися лопастями. При М > 10 2
возникает турбулентный режим перемешивания, характеризующийся менее резкой зависимостью критерия мощности K
N
от МВ области развитой турбулентности (Re м > 10 5
) критерий практически не зависит от Re мВ этой области, которая называется автомодельной, расход энергии определяется только инерционными силами. Дальнейшее увеличение числа оборотов, хотя и приводит к более интенсивному перемешиванию среды, часто оказывается нецелесообразным вследствие того, что возрастание затрат мощности в этом случае не компенсируется достигаемым эффектом.
Необходимо отметить, что приведенные выше критические значения критериям, определяющие границы режимов, являются грубо ориентировочными. Их числовые значения существенно зависят от конструкции и геометрических размеров мешалки и аппарата.
При перемешивании гетерогенных систем в выражения для критериями критерия мощности K
N
подставляют величину плотности сплошной среды, если плотности перемешиваемых фаз отличаются не более чем на 30 %. В остальных случаях необходимо подставлять среднюю плотность смеси см, определяемую по правилу аддитивности

2 3 Вид уравнения для определения вязкости смеси см зависит от назначения и условий проведения процесса. Так, если при перемешивании в системах жидкость – жидкость вязкость дисперсной фазы д больше вязкости сплошной фазы си доля дисперсной фазы в перемешиваемом объеме
? > 0,3, тов выражение для критериям подставляется значение см, которое можно вычислить из соотношения 1
1
. (При д < си. (Если перемешивают взаимно растворимые жидкости при
? > и вязкостях перемешиваемых жидкостей, различающихся более чем в 2 раза, то вязкость смеси можно вычислить из соотношения
µ
см
= с д . (Если при перемешивании твердые частицы в жидкости находятся во взвешенном состоянии, то вязкость смеси определяют при объемной концентрации твердой фазы не более 10 см = с + 2,5
?) . (При объемной концентрации твердой фазы более 10 вязкость смеси равна:
µ
см
= с + 4,5
?). (В остальных случаях в выражение для критерия Рейнольдса
Re м можно подставлять значения с сплошной фазы.
По графику (рис. 10.14) определяют K
N
при соответствующем значении Re м. Полученные значения K
N
подставляют в формулу, из которой определяют N, те. мощность навалу мешалки.
Полученная величина мощности справедлива только для геометрически подобных мешалок. При отклонении от указанного условия расход энергии изменяется. Поэтому при отсутствии геометрического подобия значение мощности N, вычисленное по формуле (10.6), следует умножить на соответствующие поправочные коэффициенты h
H
D
H
f
?
?
?
?
?
?
=
; k
b d
b f
?
?
?
?
?
?
?
=
; m
l d
l f
?
?
?
?
?
?
=
25
,
0
;
P
S
d
S
f
?
?
?
?
?
?
=
; r
t
D
t f
?
?
?
?
?
?
=
1
,
0
; n
N
N
f
?
?
?
?
?
?
=
4
, (где D – диаметр аппарата – диаметр мешалки – отношение для модельной мешалки (см. табл. 10.1);

2 3 Н – высота уровня жидкости в сосуде – отношение d
b для модельной мешалки (см. табл. 10.1);
b, l
– ширина и длина лопасти – ширина перегородки – число перегородок – шаг винта мешалки.
Значения показателей степеней в выражениях для поправочных коэффициентов принимают из табл. Таблица Значения показателей степеней в формулах (10.16)