Конструкції мішалок
1. Лопатеві мішалки
2. Пропелерні мішалки
3. Турбінні мішалки
4. Спеціальні мішалки
5. Вибір мішалки
Список використаних джерел
Для приготування суспензії, емульсій та однорідних фізичних сумішей у хімічній промисловості широко застосовують процеси перемішування. Перемішування сприяє інтенсифікації процесів тепло- і масообміну, що супроводжують перемішування або необхідні успішного проведення багатьох хімічних реакцій [1-3].
Найбільш поширений спосіб перемішування в рідких середовищах – механічне перемішування; виробляють іноді і пневматичне перемішування, однак у зв'язку з властивими цьому способу специфічними вадами застосування його в хімічній промисловості обмежене.
Механічні мішалки поділяються за влаштуванням лопатей на наступні групи: 1) лопатеві - з плоскими лопатями, 2) пропелерні - з гвинтовими лопатями, 3) турбінні, 4) спеціальні (якорні та ін.).
У цій роботі розглядаються основні види механічних мішалок.
1. Лопатеві мішалки
Найпростіші лопатеві мішалки мають дві плоскі лопаті, встановлені у вертикальній площині, тобто перпендикулярно до напрямку обертання (рисунок 1). Лопаті укріплені на вертикальному валу, який приводиться у обертання від зубчастої або черв'ячної передачі і робить 12 - 80 об/хв. Діаметр лопатей становить приблизно 0,7 діаметра судини, в якій обертається мішалка. При малих числах оборотів мішалки рідина здійснює круговий рух, тобто обертається по колам, що лежать у горизонтальних площинах, у яких рухаються лопаті. У цих умовах відсутнє змішування різних шарів рідини та інтенсивність перемішування низька [1].
Інтенсивне перемішування досягається внаслідок появи вторинних потоків та вихрового руху рідини. Вторинні потоки виникають під дією відцентрових сил, що викликають рух рідини в площині обертання лопаті від центру судини до стінок. Внаслідок цього в центрі судини виникає знижений тиск, причому в область зниженого тиску всмоктується рідина з шарів, що лежать вище та нижче лопаті. В результаті в посудині відбувається циркуляція рідини, показана стрілками малюнку 2 [2]. Вторинні потоки, складаючись з основним круговим рухом рідини, створюють складне рух, у якому відбувається інтенсивне перемішування окремих верств. Інтенсивність перемішування зростає зі збільшенням числа обертів; проте ще швидше збільшується потужність, що споживається мішалкою.
Малюнок 1 - Лопатеві мішалки а - сталева; б - чавунна
Рисунок 2 - Циркуляція рідини при перемішуванні лопатевими мішалками
При круговому русі рідини на її поверхні під дією відцентрової сили утворюється лійка (рисунок 2), глибина якої зростає зі збільшенням числа обертів. Утворення вирви веде до погіршення використання ємності судини.
Для кожного випадку досвідченим шляхом можна знайти оптимальну кількість обертів, при якому досягається необхідна ефективність перемішування. Подальше збільшення кількості обертів викликає надмірну витрату енергії.
Вихровий рух рідина набуває при встановленні в посудині з мішалкою відбивних перегородок у вигляді вертикально поставлених смуг (рисунок 3). При обтіканні рідиною перегородок по них утворюється зона зниженого тиску, у якій виникають вихори. При зростанні числа оборотів вихори відриваються від перегородок і рухаються у напрямі обертання лопаті. В разіподальшого збільшення числа оборотів виникає безладний вихровий рух рідини, при цьому вихори стикаються один з одним по всьому об'єму рідини. У умовах досягається висока рівномірність і інтенсивність перемішування. У той же час, за наявності перегородок, що перешкоджають обертанню всієї маси рідини, різко знижується глибина воронки. Зазвичай, достатньо чотирьох симетрично встановлених радіальних перегородок для поліпшення перемішування. Однак із встановленням перегородок зростає витрата енергії на перемішування.
Малюнок 3 - Перемішування рідини в судинах з перегородками
Для кращого перемішування всього об'єму рідини в посудині на валу встановлюють кілька пар горизонтальних лопатей, тобто застосовують багатолопатеві, а також рамні мішалки (рисунок 4), що складаються з декількох горизонтальних і вертикальних, а іноді і плоских плоских лопатей. Рамні мішалки відрізняються міцністю та придатні для перемішування в'язких рідин [3, 4].
Переваги лопатевих мішалок:
1) простота пристрою та дешевизна виготовлення;
2) цілком задовільний перемішування помірно в'язких рідин.
1) мала інтенсивність перемішування в'язких рідин,
2) непридатність для перемішування речовин, що легко розшаровуються.
Малюнок 4 - Рамна мішалка
Основні сфери застосування лопатевих мішалок:
1) перемішування рідин невеликої в'язкості;
2) розчинення та суспендування твердих речовин;
3) грубе змішування рідин.
Лопатеві мішалки простого типу найбільш ефективні при перемішуванні малов'язких середовищ (до 100 спз).
Для перемішування рідин з в'язкістю понад 2500 спз більш придатні рамні мішалки або лопатеві мішалки в судинах з відбивнимиперегородками.
У зазначених областях застосування лопатеві мішалки забезпечують хороше перемішування при невеликій витраті енергії. Лопатеві мішалки непридатні для швидкого розчинення, тонкого диспергування, а також для отримання суспензій, що містять тверду фазу великої густини.
Діаметри лопатей нормалізованих лопатевих мішалок: 400, 500, 550, 700, 850, 950, 1000 та 1400 мм [1].
Рамні мішалки виготовляються з рамами таких розмірів: 550X550; 650X600; 750X650; 950X850; 1140X900; 1340X950; 1540X1000; 1740X1200 мм (перша цифра – діаметр рами D., друга – висота рами Н).
2. Пропелерні мішалки
Лопаті пропелерних мішалок (рисунок 5) вигнуті по профілю суднового гвинта, тобто з нахилом, що поступово змінюється, майже від 0° у осі до 90° на кінці лопаті. Повертаючись у рідини, лопаті діють на зразок гвинта, а рідина, що оточує пропелер, ніби є гайкою і переміщається в напрямку осі мішалки. Цей осьовий рух складається з круговим переміщенням рідини, завдяки чому виникає гвинтовий рух. Якщо гвинтова поверхня пропелера права, а обертання його відбувається за годинниковою стрілкою, то осьовий рух рідини спрямований вгору і в посудині виникає циркуляція рідини, показана на рисунок 5 (праворуч) [4].
Пропелер зазвичай має три лопаті, причому на вертикальному валу, залежно від висоти шару рідини, встановлюють один або кілька пропелерів. Діаметр лопатих речовин, що мають малу щільність; пропелера дорівнює 0,25-0,3 діаметра апарату. Швидкість обертання пропелера становить 160-1000 об/хв.
Малюнок 5 - Пропелерна мішалка
Малюнок 6 - Пропелерна мішалка з дифузором
Пропелерні мішалки створюють більш інтенсивні осьові потоки рідини, ніж лопатеві, і,отже, інтенсивніше перемішують рідину. Перемішування пропелерними мішалками покращується при встановленні в апараті відбивних перегородок або дифузора - короткого циліндричного (іноді злегка конічного) склянки, в якому міститься пропелер (рисунок 6). Дифузор спрямовує циркуляцію рідини в осьовому напрямку та сприятливо впливає на перемішування в апаратах з великим ставленням висоти до діаметра, а також в апаратах зі змійовиками та іншими внутрішніми пристроями [2].
Ефективність перемішування в апаратах великої ємності зростає при ексцентричній установці пропелерів або розташуванні валу мішалки пропелерної під кутом 10 - 20° до вертикалі.
Переваги пропелерних мішалок:
1) інтенсивне перемішування,
2) помірна витрата енергії, навіть за значної кількості оборотів,
3) низька ціна.
1) мала ефективність перемішування в'язких рідин,
2) обмежений об'єм рідини, що інтенсивно перемішується.
Пропелерні мішалки застосовуються головним чином для наступних цілей:
1) інтенсивне перемішування малов'язких рідин;
2) приготування суспензій та емульсій;
3) змучування опадів, що містять до 10% твердої фази, що складається з частинок розміром до 0,15 мм.
Пропелерні мішалки перемішують рідину швидше та інтенсивніше лопатевих мішалок, при помірному витраті енергії, що перевищує, проте, витрата її для лопатевих мішалок.
Пропелерні мішалки придатні для проведення безперервних процесів, але не застосовні для гомогенного змішування, для змішування в'язких рідин (більше 6000 спз), а також для змішування рідин з твердими речовинами великої густини.
Нормалізовані пропелерні мішалки випускають із діаметром пропелера150, 200, 250, 300, 400, 500 та 600 мм [1].
3. Турбінні мішалки
Турбінні - мішалки бувають двох типів: відкриті (рисунок 7, а і б) і закриті (рисунок 7, в), що мають лопатевий: колесо з каналами (на зразок робочого колеса відцентрового насоса). Турбінні мішалки працюють при 100 - 350 об/хв і виробляють інтенсивне перемішування рідини.