Пневматическое перемешивание

Справочная информация

Барботаж (от фр. barbotage — «перемешивание»), или барботирование, — это процесс пропускания газа или пара через слой жидкости. Газ продавливается через слой жидкости с помощью труб с мелкими отверстиями (3–6 мм), называемых барботёрами, ситчатых или колпачковых тарелок абсорберов и ректификационных колонн. При барботировании создаётся большая межфазная поверхность на границе жидкость — газ, что способствует интенсификации тепло- и массообменных процессов, а также более полному химическому взаимодействию газов с жидкостями.

Плюсы и минусы пневматического перемешивания.

Плюсы:

Пневматическое перемешивание сжатым инертным газом или воздухом используют, когда перемешиваемая жидкость отличается большой химической активностью и быстро разрушает механические мешалки.
Надежность конструкции, т.к. нет движущихся механизмов.
Простота обслуживания (по сравнению с механическими мешалками).
Низкая стоимость (по сравнению с механическими мешалками).

Минусы:

Процесс пневматического перемешивания является малоинтенисивным процессом, в связи с этим расход энергии при перемешивании сжатым газом или воздухом значительно больше, чем при механическом перемешивании.
Пневматическое перемешивание не применимо для обработки летучих жидкостей в связи со значительными потерями перемешиваемого продукта.
Перемешивание воздухом может сопровождаться окислением или осмолением веществ.
Наличие пневматической линии (если перемешивание происходит при помощи воздуха).
Дополнительные расходы на приобретение инертного газа и на оборудование для работы с инертными газами.

Виды пневматического перемешивания.

Выделяют два вида устройств, которые устанавливают в аппараты:

барботер;
центральная циркуляционная труба.

Барботер представляет собой расположенные по дну аппарата трубы с отверстиями, с помощью которых осуществляется барботаж газа через слой обрабатываемой жидкости.

При циркуляционном перемешивании (эрлифтовом) газ подают в циркуляционную трубу. Пузырьки газа увлекают за собой вверх по трубе жидкость, находящуюся в сосуде, которая затем опускается вниз в кольцевом пространстве между трубой и стеками аппарата, обеспечивая циркуляционное перемешивание жидкости.

Барботер

Эрлифт

Расчет пневматических мешалок.

При расчете пневматических мешалок определяют необходимое давление и расход газа.
Давление газа может быть рассчитано с помощью уравнения Бернулли:

где H — высота столба перемешиваемой жидкости;

ω — скорость воздуха в трубе (обычно принимают от 20 до 40 м/с);

ρж и ρг — плотность перемешиваемой жидкости и газа;

Σξм.с — сумма коэффициентов местных сопротивлений;

λ — коэффициент трения;

l и d — длина и диаметр трубы;

ρ0 — давление над жидкостью в аппарате.

p = H p_{ж} g + \frac{p_{г} ω^{2}}{2} (1 + λ \frac{l}{d} + \sum ξ_{м . с}) + p_{0}

Для ориентировочных расчетов потери давления в трубопроводе можно принимать равным ~20% сопротивления столба жидкости. Тогда уравнение Бернулли принимает вид

p = 1,2 H p_{ж} g + p_{0}

Объемный расход газа V (м³/ч) можно определить по эмпирической формуле

V = kFp

где F — поверхность спокойной жидкости в аппарате, м2;

ρ — давление воздуха, бар;

k — опытный коэффициент.

Значения коэффициента k варьируются от интенсивности перемешивания:

от 0,24 до 0,30 - при слабом перемешивании;
от 0,35 до 0,50 - при малоинтенсивном перемешивании;
от 0,45 до 0,60 - при интенсивном перемешивании.

При расчете барботеров расход воздуха на 1 м² свободной поверхности можно принимать равным:

для слабого перемешивания - 0,4 м³/мин;
для средного перемешивания - 0,8 м³/мин;
для интенсивного перемешивания - 1 м³/мин.