Конструкции мешалок (стр. 1 из 2)
Содержание
Введение
1. Лопастные мешалки
2. Пропеллерные мешалки
3. Турбинные мешалки
4. Специальные мешалки
5. Выбор мешалки
Список использованных источников
Введение
Для приготовления суспензии, эмульсий и однородных физических смесей в химической промышленности широко применяют процессы перемешивания. Перемешивание способствует интенсификации процессов тепло- и массообмена, сопутствующих перемешиванию или необходимых для успешного проведения многих химических реакций [1-3].
Наиболее распространенный способ перемешивания в жидких средах - механическое перемешивание; производят иногда и пневматическое перемешивание, однако в связи с присущими этому способу специфическими недостатками применение его в химической промышленности ограничено.
Механические мешалки разделяются по устройству лопастей на следующие группы: 1) лопастные — с плоскими лопастями, 2) пропеллерные - с винтовыми лопастями, 3) турбинные, 4) специальные (якорные и др.).
В данной работе рассматриваются основные виды механических мешалок.
1. Лопастные мешалки
Простейшие лопастные мешалки имеют две плоские лопасти, установленные в вертикальной плоскости, т. е. перпендикулярно к направлению вращения (рисунок 1). Лопасти укреплены на вертикальном валу, который приводится во вращение от зубчатой или червячной передачи и делает 12 — 80 об/мин. Диаметр лопастей составляет примерно 0,7 диаметра сосуда, в котором вращается мешалка. При малых числах оборотов мешалки жидкость совершает круговое движение, т. е. вращается по окружностям, лежащим в горизонтальных плоскостях, в которых движутся лопасти. В этих условиях отсутствует смешивание различных слоев жидкости и интенсивность перемешивания низкая [1].
Интенсивное перемешивание достигается в результате появления вторичных потоков и вихревого движения жидкости. Вторичные потоки возникают под действием центробежных сил, вызывающих движение жидкости в плоскости вращения лопасти от центра сосуда к его стенкам. Вследствие этого в центре сосуда возникает пониженное давление, причем в область пониженного давления всасывается жидкость из слоев, лежащих выше и ниже лопасти. В результате в сосуде происходит циркуляция жидкости, показанная стрелками на рисунке 2 [2]. Вторичные потоки, складываясь с основным круговым движением жидкости, создают сложное движение, при котором происходит интенсивное перемешивание отдельных слоев. Интенсивность перемешивания возрастает с увеличением числа оборотов; однако еще быстрее увеличивается мощность, потребляемая мешалкой.
Рисунок 1 - Лопастные мешалки а - стальная; б - чугунная
.
Рисунок 2 - Циркуляция жидкости при перемешивании лопастными мешалками
При круговом движении жидкости на ее поверхности под действием центробежной силы образуется воронка (рисунок 2), глубина которой возрастает с увеличением числа оборотов. Образование воронки ведет к ухудшению использования емкости сосуда.
Для каждого случая опытным путем можно найти оптимальное число оборотов, при котором достигается необходимая эффективность перемешивания. Дальнейшее увеличение числа оборотов вызывает излишний расход энергии.
Вихревое движение жидкость приобретает при установке в сосуде с мешалкой отражательных перегородок в виде вертикально поставленных полос (рисунок 3). При обтекании жидкостью перегородок за ними образуется зона пониженного давления, в которой возникают вихри. При возрастании числа оборотов вихри отрываются от перегородок и движутся в направлении вращения лопасти. В случае дальнейшего увеличения числа оборотов возникает беспорядочное вихревое движение жидкости, при этом вихри соударяются друг с другом по всему объему жидкости. В этих условиях достигается высокая равномерность и интенсивность перемешивания. В то же время при наличии перегородок, препятствующих вращению всей массы жидкости, резко снижается глубина воронки. Обычно достаточно четырех симметрично установленных радиальных перегородок для улучшения перемешивания. Однако с установкой перегородок возрастает расход энергии на перемешивание.
Рисунок 3 - Перемешивание жидкости в сосудах с перегородками
Для лучшего перемешивания всего объема жидкости в сосуде на валу устанавливают несколько пар горизонтальных лопастей, т. е. применяют многолопастные, а также рамные мешалки (рисунок 4), состоящие из нескольких горизонтальных и вертикальных, а иногда и наклонных плоских лопастей. Рамные мешалки отличаются прочностью и пригодны для перемешивания вязких жидкостей [3, 4].
Достоинства лопастных мешалок:
1) простота устройства и дешевизна изготовления;
2) вполне удовлетворительное перемешивание умеренно вязких жидкостей.
Недостатки:
1) малая интенсивность перемешивания вязких жидкостей,
2) непригодность для перемешивания легко расслаивающихся веществ.
Рисунок 4 - Рамная мешалка
Основные области применения лопастных мешалок:
1) перемешивание жидкостей небольшой вязкости;
2) растворение и суспендирование твердых веществ;
3) грубое смешение жидкостей.
Лопастные мешалки простого типа наиболее эффективны при перемешивании маловязких сред (до 100 спз).
Для перемешивания жидкостей с вязкостью свыше 2500 спз более пригодны рамные мешалки или лопастные мешалки в сосудах с отражательными перегородками.
В указанных областях применения лопастные мешалки обеспечивают хорошее перемешивание при небольшом расходе энергии. Лопастные мешалки непригодны для быстрого растворения, тонкого диспергирования, а также для получения суспензий, содержащих твердую фазу большой плотности.
Диаметры лопастей нормализованных лопастных мешалок: 400, 500, 550, 700, 850, 950, 1000 и 1400 мм [1].
Рамные мешалки выпускаются с рамами следующих размеров: 550X550; 650X600; 750X650; 950X850; 1140X900; 1340X950; 1540X1000; 1740X1200 мм (первая цифра - диаметр рамы D., вторая - высота рамы Н).
2. Пропеллерные мешалки
Лопасти пропеллерных мешалок (рисунок 5) изогнуты по профилю судового винта, т. е. с постепенно меняющимся наклоном, почти от 0° у оси до 90° на конце лопасти. Вращаясь в жидкости, лопасти действуют наподобие винта, а жидкость, окружающая пропеллер, как бы является гайкой и перемещается в направлении оси мешалки. Это осевое движение складывается с круговым перемещением жидкости, благодаря чему возникает ее винтовое движение. Если винтовая поверхность пропеллера правая, а вращение его происходит по часовой стрелке, то осевое движение жидкости направлено вверх и в сосуде возникает циркуляция жидкости, показанная на рисунок 5 (справа) [4].
Пропеллер имеет обычно три лопасти, причем на вертикальном валу, в зависимости от высоты слоя жидкости, устанавливают один или несколько пропеллеров. Диаметр лопастих веществ, обладающих малой плотностью; пропеллера равен 0,25—0,3 диаметра аппарата. Скорость вращения пропеллера составляет 160—1000 об/мин.
Рисунок 5 - Пропеллерная мешалка
Рисунок 6 - Пропеллерная мешалка с диффузором
Пропеллерные мешалки создают более интенсивные осевые потоки жидкости, чем лопастные, и, следовательно, более интенсивно перемешивают жидкость. Перемешивание пропеллерными мешалками улучшается при установке в аппарате отражательных перегородок или диффузора - короткого цилиндрического (иногда слегка конического) стакана, в котором помещается пропеллер (рисунок 6). Диффузор направляет циркуляцию жидкости в осевом направлении и благоприятно влияет на перемешивание в аппаратах с большим отношением высоты к диаметру, а также в аппаратах со змеевиками и другими внутренними устройствами [2].
Эффективность перемешивания в аппаратах большой емкости возрастает при эксцентричной установке пропеллеров или расположении вала пропеллерной мешалки под углом 10 - 20° к вертикали.
Достоинства пропеллерных мешалок:
1) интенсивное перемешивание,
2) умеренный расход энергии, даже при значительном числе оборотов,
3) невысокая стоимость.
Недостатки:
1) малая эффективность перемешивания вязких жидкостей,
2) ограниченный объем интенсивно перемешиваемой жидкости.
Пропеллерные мешалки применяются главным образом для следующих, целей:
1) интенсивное перемешивание маловязких жидкостей;
2) приготовление суспензий и эмульсий;
3) взмучивание осадков, содержащих до 10% твердой фазы, состоящей из частиц размером до 0,15 мм.
Пропеллерные мешалки перемешивают жидкость быстрее и интенсивнее лопастных мешалок, при умеренном расходе энергии, превышающем, однако, расход ее для лопастных мешалок.
Пропеллерные мешалки пригодны для проведения непрерывных процессов, но неприменимы для гомогенного смешивания, для смешивания вязких жидкостей (более 6000 спз), а также для смешивания жидкостей с твердыми веществами большой плотности.
Нормализованные пропеллерные мешалки выпускают с диаметром пропеллера 150, 200, 250, 300, 400, 500 и 600 мм [1].
3. Турбинные мешалки
Турбинные - мешалки бывают двух типов: открытые (рисунок 7, а и б) и закрытые (рисунок 7, в), имеющие лопастное в: колесо с каналами (наподобие рабочего колеса центробежного насоса). Турбинные мешалки работают при 100 - 350 об/мин и производят интенсивное перемешивание жидкости.
