Конструкція мішалок
Механічні мішалки по конструкції дуже різноманітні; нижче будуть розглянуті лише деякі поширені типи мішалок.
Лопатеві мішалки. Найбільш простими пристроїм є мішалки з плоскими лопатями зі смугової або кутової сталі, встановленими перпендикулярно або похило до напрямку їх руху.
Мал. 176. Лопатева мішалка:
/ - Лопаті; 2-вал; 3-накладка; 4-шпонка; 5-підп'ятник; в-зубчаста передача.
Така мішалка (рис. 176) складається із шести пар лопатей 1, встановлених похило до горизонтальної площини, причому кожна пара лопатей розташована під прямим кутом до сусідньої пари. Лопаті укріплені на валу 2 накладками 3 на болтах і на шпонках 4. Вертикальний вал мішалки внизу спирається на підп'ятник 5 і забезпечений зубчастою передачею 6, що приводиться в рух від трансмісії через ремінну передачу.
Горизонтальні лопаті мішалок створюють переважно горизонтальні струми рідини.
Для поліпшення перемішування рідини частіше застосовують мішалки з горизонтальними та вертикальними лопатями або так звані рамні мішалки (рис. 177), у яких нижня горизонтальна лопата має радіус кривизни, що відповідає радіусу кривизни днища апарату.
У тих випадках, коли при перемішуванні необхідно видаляти осад або рідину зі стінок апарату, для інтенсифікації процесу теплообміну застосовують якірні мішалки (рис. 178), зовнішній контур яких відповідає обрисам днища та корпусу апарату.
Мал. 177. Рамна мішалка.
Плоскі лопаті мішалок, поверхня опору яких перпендикулярна напрямку руху рідини, що перемішується, не можуть забезпечити хорошого перемішування у всіх шарах рідини, так як створюють в нійголовним чином горизонтальні струми. Хоча частинки рідини, що зустрічаються на шляху руху лопаті, при ударах об лопату будуть відштовхуватися від неї в різних напрямках (під дією відцентрової сили, що діє при обертальному русі, що діє в радіальному напрямку, і сили тяжіння, що діє по вертикалі вниз), але виникають при При цьому струми рідини не будуть інтенсивними. При встановленні плоскої лопаті під деяким кутом до напрямку її руху виникають також і вертикальні струми рідини, напрямок яких залежить (рис. 179) від кута нахилу лопаті.
Мал. 178. Якірна мішалка.
Мал. 179. Кут нахилу лопатей: - більше 90 °; // менше 90 °.
При куті нахилу а, більшому за 90° (рис. 179, /), частинки рідини, ударяючись об лопату, відбиваються після удару у напрямку вгору; при куті нахилу а меншому 90° (179, //), навпаки, частинки рідини після удару відбиваються вниз.
Тому в тих випадках, коли при перемішуванні необхідно змучувати з дна резервуара важкий осад, лопаті встановлюють з кутом нахилу, більшим 90°, і, навпаки, коли осад знаходиться у верхніх шарах рідини, для кращого перемішування встановлюють лопаті з кутом нахилу меншим 90° .
Забезпечивши мішалку кількома парами лопатей, що мають нахил у різні боки, можна створити перехресні струми і таким чином здійснити інтенсивне перемішування рідини.
Іноді для тієї ж мети на стінках апарату встановлюють відбивні перегородки. Лопаті мішалок виготовляються, залежно від властивості середовища, що перемішується, та умов роботи мішалки, з різних матеріалів: вуглецевої та спеціальної сталі, чавуну, дерева та ін.
Лопатеві мішалки обертаються з невеликоюшвидкістю і роблять 20—80 об/хв., але у визначених умовах число оборотів їх може бути збільшено. За наявності похилих лопатей або відбивних перегородок вони можуть ефективно застосовуватися для розчинення, а також для суспендування деяких речовин.
Лопатеві мішалки відрізняються простотою конструкції та порівняно низькою вартістю виготовлення.
Для інтенсивного перемішування рідини в судинах великого діаметра застосовують лопатеві мішалки з так званою планетарною передачею (планетарні мішалки).
Планетарна мішалка, обертаючись навколо власної осі, одночасно за допомогою зубчастої передачі здійснює круговий рух близько другої вертикальної осі. Таким чином, лопаті мішалки роблять складний рух і виробляють енергійне перемішування рідини.
Залежно від кількості валів планетарні мішалки можуть бути одинарними, подвійними та потрійними.
В одинарній планетарній мішалці (рис. 180) вертикальний вал проходить через нерухоме зубчасте колесо 2. На нижньому кінці валу укріплено водило 3. На іншому кінці водила вільно обертається в під - ^-т т тт шипнику вал 4, який же
Стко з'єднаний із зубчастим колесом 5, що знаходиться в зачепленні з колесом 2. На цьому ж валу знаходяться лопаті 6 мішалки.
Пропелерні мішалки. Для створення інтенсивної циркуляції рідини, що перемішується, широко застосовують пропелерні мішалки (рис. 181).
Лопаті пропелерної мішалки є елементом геометричного гвинта, а поверхня елемента є частиною гвинтової поверхні. Пропелер насаджений на маточину і укріплений навалу, причому зазвичай він має три лопаті; число пропелерів на валу мішалки може бути різним, залежно від умов перемішування та висоти шару, що перемішується.рідини.
Крок гвинта або висоту лопаті визначають за формулою
H = 2irr tg а (1-264)
Мал. 181. Пропелерна мішалка :
/-пропелер; 2-вал; 3-шпонка; 4-шплінт; 5-ковпачок.
Де г-радіус кола, омітається лопатою: а-кут нахилу лопаті.
-g----- діаметр апарату, в якому
Діаметр гвинта складає проводиться перемішування.
Гвинт, що обертається за годинниковою стрілкою, якщо дивитися у напрямку руху, називають правим, а обертовий проти годинникової
Стрілки-лівим.
Розрізняють гвинти з постійним кроком та гвинти зі змінним кроком по довжині лопаті.
Обертання пропелера у вигляді гвинта зі змінним кроком викликає інтенсивне перемішування лише безпосередньо у сфері дії пропелера. Для створення інтенсивної циркуляції рідини у всьому обсязі апарату більш доцільним є пропелер з постійним кроком, тобто з поступово зменшуючимся нахилом лопаті. Такі пропелери типу гребного гвинта створюють інтенсивне перемішування внаслідок нерівності швидкостей струменів рідини та багаторазової зміни напрямку їхнього руху при ударах об дно апарату та вільну поверхню рідини.
Для того щоб поліпшити циркуляцію рідини, пропелер часто встановлюється в дифузорі, що є склянкою зазвичай у формі циліндра. Дифузори застосовують головним чином в апаратах, з трубами, змійовиками, і в апаратах з великим числовим значенням відношення висоти до діаметру.
Для поліпшення перемішування маси рідини по всій висоті (часто необхідно при проведенні безперервних процесів) застосовують пропелерні мішалки (рис. 182) з кількома пропелерами 1 і дифузором 2 у вигляді змійовика з витками, щільно прилеглими один до одного. Такий пристрій дифузорадозволяє легко регулювати температурний режим перемішування.
Енергійна циркуляція рідини створюється, коли пропелерні мішалки працюють при 400-1750 об/хв., але на в'язких рідинах (що мають в'язкість 500 сантипуаз і вище) рекомендується робота мішалок зі швидкістю не більше 400 оборотів за хв. При перемішуванні в'язких рідин, а також рідин, що містять суспензії і утворюють піну, кількість обертів пропелерних мішалок коливається в межах 150-400 хв.
^ Орієнтовно число оборотів пропелерної мішалки, виходячи з умови роботи пропелера без кавітації, можна визначити за графіком, складеним Н. Є. Вишневським (рис. 183).
Мал. 182. Подвійна пропелерна мішалка з дифузором: I-пропелер;2-Дифузор.
Пропелерні мішалки придатні для перемішування в'язкістю рідин до 4000 сантипуаз, і вони мало ефективні при перемішуванні рідин з більшою в'язкістю.
Внаслідок невеликих розмірів пропелера ці мішалки зазвичай встановлюють в апаратах порівняно невеликого об'єму. У апаратах великої ємності збільшення інтенсивності перемішування пропелерные мішалки встановлюють похило до осі апарату (під кутом 10—15° до вертикалі). ■
Пропелерні мішалки прості за пристроєм, недорогі у виготовленні та відрізняються швидкохідністю при відносно невеликій споживаній потужності.
У хімічній промисловості ці мішалки широко застосовуються для перемішування малов'язких рідин, приготування емульсій та змучування опадів у розчинах, що містять до 10% твердої фази.
Перемішування в'язких рідин проводять стрічковими мішалками, які при своєму обертанні очищають стінки реактора від реакційної маси, що налипає. Таку мішалку, встановлену в автоклаві, зображено на рис. 184.
Турбінні мішалки. У хімічній промисловості велике поширення набули також турбінні мішалки.
Турбінна мішалка складається з одного або кількох відцентрових
Коліс (турбінок), укріплених на вертикальному валу; число лопаток кожного колеса дорівнює 6-16 і більше.
^ На рис. 185 зображена турбінна мішалка з прямими лопатками для рухомих рідин. При перемішуванні в'язких рідин застосовують турбінні мішалки, забезпечені нерухомим напрямним.
Апаратом (рис. 186). При обертанні турбінки закритого типу рідина засмоктується до неї по осі через центральний отвір; відцентровою силою рідина проштовхується по внутрішніх каналах від центру к'пері-
184. Стрічкова в автоклаві.
18 а. м. Касаткін.
Ферії і з великою швидкістю виводиться з турбінки щодо її зовнішнього кола. Іноді канали влаштовують так, що через верхній канал рідина виходить у напрямку зверху вниз, а з нижнього каналу в горизонтальному напрямку, внаслідок чого потоки стикаються і відбувається інтенсивне перемішування рідини (рис. 187).
Таким чином, у турбінних мішалках напрямок руху рідини може плавно змінюватися від вертикального до радіального (в горизонтальній площині) при невеликій втраті кінетичної енергії потоку; рідинні потоки, що виходять з великою швидкістю з колеса, поширюються за численними напрямками і при цьому відбувається інтенсивне перемішування всього обсягу рідини.
Турбінні мішалки застосовують для швидкого розчинення та емульгування. У поєднанні з напрямним апаратом їх використовують для диспергування і в поєднанні з барботером-для процесів взаємодії газу з рідиною.
Вартість турбіннихмішалок вище, ніж пропелерних. Їх застосовують замість пропелерних у тих випадках, коли внаслідок великої в'язкості рідин, що перемішуються, або специфічної форми судини (наприклад, її дуже малої висоти) не можуть бути встановлені пропелерні мішалки. Турбінні мішалки придатні для перемішування рідин, що мають в'язкість до 200 пуаз, для інтенсивного перемішування та диспергування рідин у великих обсягах (до 4,5-6 м8), для перемішування суспензій з твердими частинками великих розмірів (до 25 мм) і для змучування опадів, що містять до 60% твердої фази.
Спеціальні мішалки. Крім мішалок загального типу, є різні спеціальні конструкції мішалок.
Мал. 187. Перемішування турбінною мішалкою.
На рис. 189 зображена дискова мішалка, що застосовується для перемішування рідин з різною питомою вагою. Мішалка складається з; двох дисків 1, укріплених на невеликій відстані один від одного на вертикальному валу і обертаються з великою швидкістю в напрямних циліндрах 2. Кожен з дисків забезпечений отворами спеціальної форми. Для того, щоб усунути обертання рідини, на кришці судини, в якій ведеться перемішування, укріплені три вертикальні перегородки 3.
При обертанні дисків шари рідини, що знаходяться під нижнім диском, з великою швидкістю піднімаються по осі нижнього напрямного циліндра, а шари рідини, що знаходяться вище верхнього диска,