Классификация и конструкции мешалок

ГЛАВА 10. ПЕРЕМЕШИВАНИЕ В ЖИДКИХ СРЕДАХ

     Перемешивание в жидкой фазе – процесс многократного относительного перемещения макроскопических элементов жидкой среды под действием импульса, передаваемого среде механической мешалкой, потоком газа или жидкости. Перемешивание используют для интенсификации химических и тепло – и массообменных процессов; для приготовления эмульсий, суспензий, гомогенных растворов.

     Поскольку перемешивание применяют в различных технологи-ческих процессах, то и цель перемешивания определяется назначением процесса. Так, при приготовлении эмульсии для интенсивного дробления дисперсной фазы необходимо создавать в перемешиваемой среде значительные срезающие напряжения, зависящие от градиента скорости. В тех зонах аппарата, где градиент скорости жидкости имеет наибольшее значение, происходит наиболее интенсивное дробление дисперсной фазы.

     В случае гомогенизации целью перемешивания является снижение концентрационных градиентов в объеме аппарата.

     При использовании перемешивания для интенсификации тепло – и массообменных процессов в гетерогенных системах создаются лучшие условия для подвода соответствующей субстанции к границе раздела фаз. Турбулизация системы, достигаемая обычно при перемешивании, приводит к возникновению дополнительного механизма переноса, что вызывает существенное ускорение процессов тепло – и массообмена.

     Процесс перемешивания может осуществляться различными способами. Наиболее широко применяется способ механического перемешивания с помощью мешалок различных конструкций, создающих вращательное движение жидкости. Применяются также способы пневматического перемешивания (барботаж газа через слой жидкости); перемешивание в трубопроводах путем установки в них специальных устройств; перемешивание с помощью сопел и насосов.

     Основными характеристиками процесса перемешивания являются эффективность и интенсивность перемешивания, а также расход энергии на проведение процесса.

     Эффективность перемешивания характеризует технологи-ческий эффект процесса перемешивания. В зависимости от назначения процесса перемешивания эту характеристику выражают различным образом. При использовании перемешивания для интенсификации тепло – и массообменных процессов его эффективность можно оценить соотношением кинетических коэффициентов при перемешивании и без него. При получении суспензий и эмульсий эффективность перемешивания можно охарактеризовать равномерностью распределения дисперсной фазы в сплошной.

     Интенсивность перемешивания определяется количеством энергии, подводимой в единицу времени N к единице объема V перемешиваемой жидкости  или к единице массы перемешиваемой жидкости . Интенсивность перемешивания обусловливает характер движения жидкости в аппарате. Повышение интенсивности всегда связано с увеличением энергозатрат, а технологический эффект от увеличения интенсивности перемешивания ограничен строго определенными пределами. Поэтому оптимальную интенсивность перемешивания следует определять исходя из условий достижения необходимого технологического эффекта при минимальных затратах.

Механическое перемешивание

     Механическое перемешивание осуществляется с помощью мешалок, которым сообщается вращательное движение от электродвигателя. Мешалка, находящаяся в сосуде с жидкостью, передает количество движения от двигателя к жидкости и вызывает тем самым ее движение, при котором происходит перемешивание.

Классификация и конструкции мешалок

     Классификация перемешивающих устройств осуществляется по ряду характерных признаков:

     а) конструктивному устройству лопастей мешалки (лопастные, пропеллерные, турбинные и специальные);

     б) скорости вращения мешалки ( тихоходные – окружная скорость конца лопастей примерно 1 м/с, быстроходные – окружная скорость порядка 10 м/с);

     в) типу создаваемого мешалкой потока жидкости в аппарате (обеспечение преимущественно тангенциального, радиального или осевого течения).

     Ниже приведены схемы конструкций наиболее часто встречающихся в промышленности мешалок и области их применения.

     Лопастная. Условия работы: перемешивание взаимо-растворимых жидкостей, взвеши-вание твердых и волокнистых частиц в жидкости, взмучивание легких осадков, медленное растворение криста-ллических и волокнистых веществ; w_окр =1,5¸5 м/с при m £0,5 Па с;w_окр =1,5¸3,2 м/с при m =0,5¸ 3 Па×с.

.

     Рамная. Условия работы: перемешивание вязких и высокоплот-ных жидкостей, предотвращение выпадения осадка на стенках и днище, суспензирование в вязких средах, интенсификация теплообмена; w_окр =0,5¸4,0 м/с при m £10 Па×с.

 Рис. 10.2. Рамная мешалка:

 1 – мешалка; 2 – сосуд.

     Турбинная. Условия работы: взвешивание и растворение твер-дых кристалллических частиц (с массовым содержанием до 80%); эмульги-рование жидкостей с большой разностью плотностей, дисперги-рование газа в жидкости; переме-шивание ньютоновских жидкостей; w_окр =2,5¸10 м/с при m £10 Па×с; w_окр =2,5¸7 м/с при m =10¸40 Па×с.

Рис. 10.4. Пропеллерная мешалка:

1 – мешалка; 2 – отражательная перегородка; 3 – сосуд

     Пропеллерная. Условия работы: взвешивание твердых (с массовым содержанием до 50%) и волокнистых частиц; взмучивание шламов; эмульгирование жидкостей; интенсификация теплообмена; w_окр =
3,8¸16 м/с при m £0,1 Па×с; w_окр =
3,8¸10 м/с при m =0,1¸4 Па×с.