Перемешивание в трубопроводах.

 

       Перемешивание в трубопроводах является наиболее простым видом осуществления этого процесса. В этом случае используется энергия турбулентного потока жидкости (газа), движущейся в трубе, где за счет турбулентных пульсаций скорости осуществляется перемешивание

Рис.12 Схема устройств для перемешивания в потоке.

 а) вставка из полуперегородок; б) диафрагмовая вставка; в) винтовая вставка;

1,2 - входы компонентов смеси; 3 - выход смеси.

 

В ряде случаев перемешивание жидкостей и газов осуществляют в трубопроводах путем создания искусственной турбулизации потока. Для этой цели в трубопроводе после ввода компонентов 1 и 2 (рис.12) размещаются соответствующие неподвижные детали, обеспечивающие многократное изменение величины и направления скорости потока с целью получения смеси исходных компонентов 3. В качестве таких деталей, вызывающих турбулизацию потока, используют полуперегородки (рис.12,а) и диафрагмы со смещенными по оси трубы отверстиями (рис.12,б); здесь поток многократно расширяется, сужается и изменяет свое направление. Размещение в трубопроводе винтовых вставок, часто с чередованием направления винтового хода (вправо и влево), приводит к многократному разнонаправленному закручиванию потока (рис.12,в).

Указанные методы перемешивания применимы в случае взаимной растворимости и невысокой вязкости компонентов смеси при больших скоростях их движения и достаточной длине трубопровода. Они требуют значительных затрат энергии при сравнительно невысокой эффективности смешения. В расчете такого трубопровода используемые турбулизаторы рассматриваются как местные сопротивления.

 

Перемешивание инжекционными смесителями.

 

       Инжекционные смесители, как и струйные насосы, работают по принципу трубы Вентури (рис.13) в сочетании с винтовыми вставками для закрутки потока при его дальнейшем движении

Рис.13 Инжекционный смеситель

1,2 - входы компонентов; 3 - выходы смеси; 4 - винтовая вставка.

 

Закручивание потока смеси повышает процесс перемешивания. Инжекционные смесители рационально использовать можно в тех случаях, когда одновременно требуется и перекачивание жидкостей и их перемешивание.

 

Циркуляционное перемешивание.

 

       Смесители циркуляционного типа (рис.14) широко распространены в промышленности. Они состоят из емкости (резервуара) и центробежного насоса, который забирает жидкость из нижней части емкости и подает в верхнюю часть осуществляя ее циркуляцию. Для усиления турбулизации в емкость иногда помещают решетку или перфорированный трубопровод, что обеспечивает еще и равномерное распределение жидкости по сечению емкости. В ряде случаев, циркулирующая жидкость после насоса подается для нагревания в теплообменный аппарат, а затем уже поступает в емкость. Такой способ вынужденной циркуляции жидкости в сочетании с ее нагреванием, используют для поддержания в резервуаре определенной температуры.

Рис.14 Схема циркуляционного смесителя

1 - резервуар; 2 - циркуляционный насос.

 

Режимы движения газов и жидкостей в слое

Зернистого материала

Системы со слоем твердого материала, состоящего из гранул различного размера в форме сферических или цилиндрических частиц, через которые проходят газы (пары) или жидкости, нашли широкое применение в различных процессах нефтегазопереработки: каталитическом крекинге, гидроочистке, сушке, адсорбции и т. п.

В зависимости от скорости движения газа или жидкости через слой твердых частиц возможны следующие его основные состояния (рис.15): плотный слой, псевдоожиженный (кипящий) слой, транспортируемый слой и фонтанирующий слой

 

Рис. 15 Различные состояния слоев твердых частиц

        при прохождении потока газа (жидкости):

а — плотный слой; б — псевдоожиженный слой;

в — транспортируемый слой; г — фонтанирующий слой.

 

Плотный слой  характерен тем, что твердые частицы соприкасаются одна с другой и остаются неподвижными при изменении скорости движения газа или жидкости; объем слоя также не изменяется.

Псевдоожиженный (кипящий) слой возникает при некоторой скорости газа или жидкости. Его отличительной особенностью является то, что твердые частицы под влиянием движущегося потока газа получают возможность перемещаться одна относительно другой и расстояния между частицами увеличиваются, объем слоя возрастает.

Зернистый материал оказывается взвешенным в восходящем потоке газа или жидкости и напоминает внешне кипящую жидкость. Отсюда и различные названия такого слоя: псевдоожиженный, кипящий, взвешенный.

Псевдоожиженный слой может существовать лишь в определенном диапазоне скоростей газа или жидкости. Первая критическая скорость w_KP1, называемая скоростью начала псевдоожижения, соответствует переходу слоя из неподвижного в псевдоожиженное состояние. Вторая критическая скорость w_KP2 соответствует раз­рушению псевдоожиженного слоя и его транспортированию (уносу). Отношение рабочей скорости потока ожижающего агента w к скорости начала псевдоожижения w_KPl называется числом псевдоожижения и обозначается W

                                                          W = w / w_{Kp 1}

Вследствие интенсивного перемещения частиц в кипящем слое значительно увеличивается скорость различных процессов (теплообменных, массообменных и др.).

Структура псевдоожиженного слоя. Псевдоожиженный слой представляет собой систему твердых частиц и газа (жидкости), которые находятся в интенсивном относительном движении. Структура такого слоя зависит от ряда факторов: скорости ожижающей среды, диаметра аппарата и высоты слоя, формы частиц и их гранулометрического состава, плотностей частиц и среды. На рис. 16 даны основные типы структур псевдоожиженного слоя. При относительно небольшой разности плотностей твердых частиц и ожижающей среды (случай псевдоожижения жидкостью) псевдоожиженный слой имеет однородную структуру.

 

                                           а         б         в          г

 

Рис. 16 Основные типы структур псевдоожиженного слоя (ПС):

а — однородный ПС; б — ПС с борботажом газовых пузырей; в — ПС с поршнеобразованием; г — слой с каналообразованием.

 

Ожижающий агент достаточно равномерно распределен в слое твердых частиц (рис. 16, а). Такая же структура слоя возникает сразу после перехода слоя в псевдоожиженное состояние при ожижении газом (паром). В случае ожижения газом, движущимся с большой скоростью, однородная структура слоя нарушается, и псевдоожиженный слой становится неоднородным. В первую очередь в нем появляются газовые полости (пузыри), которые вызывают интенсивное перемешивание частиц слоя и сильные колебания его верхней границы (рис. 16, б).

При относительно небольшом диаметре аппарата и большой высоте слоя пузыри газа могут образовать значительные газовые включения (пробки), которые могут распространиться на все поперечное сечение аппарата (рис. 16, в). По высоте слоя образуются слои твердого материала или «поршни» и газовые пробки, которые создают весьма неравномерное и неэффективное контактирование обеих фаз.

Существенное влияние на структуру псевдоожиженного слоя оказывает размер, форма и полидисперсный состав частиц. Крупные монодисперсные частицы способствуют образованию крупных пузырей. Увеличение полидисперсности такого слоя добавками более мелких частиц способствует повышению однородности псевдоожиженного слоя.

Слишком мелкие частицы, склонные к агрегатированию, образуют при малых числах псевдоожижения сквозные каналы (рис. 16, г), которые при больших скоростях газа могут исчезнуть или сохраняются вблизи газораспределительной решетки. Увеличение давления (плотности) газа способствует повышению однородности псевдоожиженного слоя.

123	Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: