перемешивание газ — жидкость

В процессах механического смешения газожидкостных сред наи­более подходящими являются пропеллерная и турбинная открытая мешалки. Открытая турбинная мешалка создает высокие сдвиговые напряжения, эффективно диспергирующие газ. Пропеллерная мешал­ка создает интенсивное циркуляционное течение в осевой плоско­сти, позволяющее эффективно суспендировать твердые частицы, при перемешивании трехфазных сред.

Также широко используется открытая турбинная мешалка, в ко­торой лопасти установлены под углом 45 градусов к вертикали. Данная мешалка позволяет объединить преимущество открытой тур­бинной (высокие сдвиговые напряжения) и пропеллерной (интен­сивное циркуляционное течение) мешалок.

Существенной особенностью механического смешения газожид­костных систем является наличие обширных газовых каверн за ло­пастями мешалок. На рисунке показаны три типа газовых поло­стей, образующихся за лопастями мешалки в зависимости от скорости вращения мешалки. При небольшой скорости образуется большая газовая полость, занимающая практически всю область за лопастью мешалки (рис. а). С возрастанием угловой скоро­сти вращения мешалки газовая полость уменьшается и превращает­ся в вихревые газовые образования, сходящие с лопастей мешалки (рис. б). Если продол­жать увеличивать ско­рость, то область газовой полости перемес­тится с внешнего края лопасти мешалки к внутреннему краю (рис. в).

Влияние газовой фазы на потребляемую мощность велико. На рисунке а показано влияние скорости подачи газа на потребля­емую мощность при постоянной скорости вращения мешалки. Как видно из рисунка, с увеличением скорости подачи потребляемая мощ­ность мешалки падает.

Наличие диспергированных газовых пузырьков приводит к уменьшению усредненной плотности среды, что снижает воздействие лопасти мешалок на среду и приводит к падению потребляемой мощ­ности.

На рисунке б представлены изменения потребляемой мощно­сти при постоянной подаче газа в зависимости от скорости враще­ния мешалки.

Из рисунка б видна зависимость потребляемой мощности от типа образующейся за лопастью газовой полости. При низких ско­ростях вращения внешние концы лопастей окружены жидкостью и потребляемая мощность (а значит, и степень воздействия лопастей на среду) велика. Следует отметить, что потребляемая мощность зависит от радиуса мешалки в пятой степени, поэтому очень важно учитывать то воздействие, которое оказывают на среду именно внешние концы лопастей мешалки. При увеличении скорости вра­щения образуется газовая полость, охватывающая всю тыловую поверхность лопасти, и происходит снижение потребляемой мощ­ности, так как мешалка порождает крупномасштабные вихревые образования, срывающиеся с лопастей из газовой среды (см. предыдущий рис.а), на что требуется существенно меньше энергии (при мень­шей скорости срывающие вихреобразования состоят в основном из жидкости, и для придания им необходимой кинетической энергии требовалось затратить большее количество энергии). Дальнейшее увеличение скорости приводит к тому, что размеры газовой поло­сти уменьшаются (см. предыдущий рис. б) и возрастает потребляемая мощность. Дальнейшее увеличение скорости приводит к смещению газовой полости к внутреннему краю лопасти (см. предыдущий рис. в), вследствие чего потребляемая мощность еще более возрастает.