Цілі та показники перемішування
Перемішування — обов’язкова умова успішного проведення багатьох найрізноманітніших технологічних операцій. При перемішуванні частинки рідини або сипучого матеріалу багаторазово переміщаються в об’ємі апарата одна відносно другої під дією імпульсу, що передається перемішуваному середовищу, від механічної мішалки або струменя рідини, пари або газу. Перемішування може також йти мимовільно, наприклад за рахунок дифузії. Мимовільне перемішування відбувається дуже повільно, тому в промисловості майже не застосовується.
Перемішування широко застосовується в харчової промисловості для покращення процесу бродіння (біоенергетичних реакторів) та приготування розчинів і пульп. За допомогою перемішування досягається тісне зіткнення частинок та безперервне оновлення поверхні взаємодії речовин.
> прискорення перебігу хімічних реакцій і процесів розчинення твердих речовин;
> забезпечення рівномірного розподілу твердих частинок в об’ємі рідини або забезпечення рівномірного розподілу і дроблення до заданої дисперсності газу або рідини в об’ємі рідини;
> інтенсифікація теплообмінних (нагрівання або охолоджування) та масообмінних (дифузійних) процесів в гомогенних і гетерогенних середовищах.
В результаті перемішування можна отримувати однорідні розчини, емульсії і суспензії, пульпи.
Перемішування проводиться як в реакційних апаратах (автоклавах), так і в спеціальних апаратах (апаратах з мішалками), а також в проміжних апаратах, у трубопроводах і сховишах. На цю операцію витрачається велика кількість електроенергії.
Перемішування проводиться при здійсненні як періодичних, так і безперервних процесів.
Основними показниками будь-якого процесу перемішування є ступінь перемішування, інтенсивність та ефективність перемішування, а також витрата енергії на проведення процесу.
Під ступенем перемішування звичайно розуміють взаємний розподіл двох (або більше) речовин після закінчення перемішування всієї системи. Існує багато статистичних методів для оцінки ступеня перемішування на основі аналізу узятих проб. Ступінь перемішування (що іноді називається показником перемішування або ступенем однорідності) може бути використана для визначення ефективності, а також і інтенсивності перемішування.
Інтенсивність перемішування виражають кількісно за допомогою наступних показників:
1) частота обертання мішалки п
2) потужність N, що витрачається на перемішування, приведена до одиниці об’єму V рідини, що перемішується, (N/V) або до одиниці маси Мрідини, шо перемішується, (N/Mабо N/(p — V), дер — густина рідини).
У промисловості інтенсивність перемішування визначають часом досягнення конкретного технологічного результату (або однакової якості перемішування) при постійній частоті обертання, а також частотою обертання мішалки при постійній тривалості процесу. Наприклад, якщо гомогенізація двох взаємно розчинних рідин може бути досягнута при будь-якій частоті обертання мішалок за різний час, інтенсивність роботи мішалок оцінюється необхідною тривалістю перемішування: більшу інтенсивність має мішалка, що забезпечує гомогенізацію розчину за коротший час. Іншими словами, інтенсивність перемішування може визначатися швидкістю зміни ступеня перемішування в часі.
Ефективність перемішування визначається можливістю досягти необхідного технологічного результату при здійсненні визначеної роботи. Таким чином, із двох апаратів з мішалками більш ефективно працює той, у якому необхідна якість перемішування досягається при більш низькій витраті енергії.