Смесительное оборудование - мешалки: лопастные (многолопастные), пропеллерные, турбинные, специальные. Описание и принцип работы

Механические мешалки делятся по строению лопастей на следующие группы:

Пропеллерные (с винтовыми лопастями)

Лопастные (с плоскими лопастями)

Специальные (якорные и тд.)

Турбинные

Лопастные мешалки

Наиболее простой по конструкции тип мешалок. Рабочая часть состоит из 2 плоских лопастей, установленных в горизонтальной плоскости. Лопасти закрепляются на вертикальном валу, который приводится в движение от червячной или зубчатой передачи и может совершать от 12 до 80 оборотов в минуту. Диаметр, очерчиваемый вращающимися лопастями, составляет около 0, 7 диаметра всего сосуда, в котором работает мешалка.

При малом количестве оборотов мешалки жидкость совершает круговые движения (обороты) в горизонтальной плоскости, в которой работают лопасти. При таких условиях интенсивность перемешивания довольно низкая и смешивание разных слоев жидкости отсутствует. Интенсивное перемешивание достигается, в том случае, если движение жидкости принимает вихревой характер, и образуются вторичные потоки. Последние возникают вследствие действия центробежных сил, заставляющих жидкость двигаться в плоскости движения лопастей от центра сосуда к его стенкам. Это приводит к понижению давления в центральной части сосуда, куда устремляются потоки жидкости из слоев, лежащих выше и ниже лопастей мешалки.

Как следствие, в сосуде создается поток циркулирующей жидкости. Вторичные потоки, складывающиеся с основными, создают сложное движение, под действием которого происходит активное перемешивание отдельных слоев. При увеличении числа оборотов активность перемешивания возрастает, но также это приводит к чрезмерному росту потребляемой мощности.

При движении жидкости по окружности на её поверхности из-за действия центробежной силы возникает воронка, глубина которой возрастает при увеличении числа оборотов. Возникновение воронки приводит к осложнению использования ёмкости сосуда.

Для отдельного случая экспериментально можно установить оптимально число оборотов, при котором достигается необходимая эффективность перемешивания. Дальнейшее повышение числа оборотов сверх оптимального значения приведет к возникновению дополнительных нежелательных потерь мощности.

Для создания дополнительных вихревых потоков при перемешивании в сосуде могут быть установлены специальные отражательные перегородки, представляющие собой вертикальные пластины, закрепленные на стенке сосуда. При обтекании жидкостью перегородок возникает область пониженного давления, за счет которой и происходит вихреобразование.

С увеличением числа оборотов вихри отделяются от перегородок и направляются в область вращения лопасти. При дальнейшем увеличении количества оборотов возникает хаотичное вихревое движение жидкости, сопровождаемое столкновениями вихрей друг с другом по всей площади жидкости.

В таких условиях возможно достижение высокой интенсивности и равномерности перемешивания. Кроме того, вертикальные перегородки способствуют уменьшению величины воронки. Зачастую для улучшения перемешивания достаточно четырех радиальных перегородок, установленных симметрично. Основным недостатком такого способа интенсификации процессе перемешивания является рост затрат энергии.

Другим способом интенсификации процесса перемешивания является установка на валу дополнительных лопастей, то есть применяются многолопастные или рамные мешалки. Рамные мешалки отличаются от обычных повышенной прочностью, что делает их пригодными для перемешивания вязких жидкостей.

Преимущества:

Возможность перемешивания умеренно вязких жидкостей

Дешевое изготовление

Легкость установки

Недостатки:

Плохая применимость для перемешивания легко расслаиваемых жидкостей

Низкая интенсивность перемешивания сильновязких жидкостей и жидкостей с большим числом твердых включений с высокой плотностью

Не подходят для тонкого диспергирования и приготовления суспензий

Сферы применения лопастных мешалок:

суспендирование и растворение твердых веществ с малой плотностью

резкое смешивание жидкости

размешивание жидкостей, обладающих малой вязкостью

Наиболее эффективными для перемешивания маловязкой среды являются лопастные мешалки простого типа. Для перемешивания жидкостей с вязкостью более 2500 сПз желательно использовать лопастные мешалки в емкости с зеркальными перегородками или же рамные мешалки.

Пропеллерные мешалки

В пропеллерных мешалках лопасти имеют дугообразный вид по профилю судового винта, то есть угол наклона лопасти меняется по ее длине, около 90° у конца лопасти и почти что 0° у оси. Совершая круговые движения, лопасти выполняют работу схожую с работой винта, за счет чего в аппарате создается поток жидкости вдоль оси мешалки.

Обычно пропеллер изготавливают с тремя лопастями, причем на одном валу может быть расположено несколько пропеллеров. Скорость вращения мешалки варьируется в пределах 150-1000 оборотов в минуту. Диаметр пропеллера составляет от 0, 25 до 0, 3 диаметра самого аппарата.

В сравнении с лопастными мешалками пропеллерные обеспечивают более интенсивное перемешивание, которое, в свою очередь, также может быть улучшено путем установки зеркальной перегородки или диффузора. Тем самым обеспечивается направление потока вдоль оси мешалки и улучшение условий циркуляции в аппарате. Результативность перемешивания в устройствах с большой емкостью может быть увеличена путем размещения вала мешалки под углом от 10° до 20° по вертикали или при эксцентрически установленном пропеллере.

Плюсы пропеллерных мешалок:

Низкая стоимость

Активное перемешивание

Низкий расход энергии даже при значительном увеличении числа оборотов

Минусы:

Ограниченное количество перемешиваемой жидкости

Плохое перемешивание вязких жидкостей

Лопастные мешалки перемешивают жидкость медленнее и не так интенсивно, как пропеллерные, однако расход энергии пропеллерных мешалок превышает расход лопастных.

Основные области применения пропеллерных мешалок:

Изготовление эмульсий и суспензий

Взмучивание осадков с содержанием твердой фазы до 10%

Активное перемешивание невязких жидкостей

Пропеллерные мешалки нельзя применять для гомогенного смешивания, для смешивания жидкостей, содержащих твердые вещества высокой плотности, а так же для смешивания жидкостей, обладающих высокой вязкостью (более 6000 сПз).

Турбинные мешалки

Турбинные мешалки делятся на два типа: закрытые и открытые, представляющие собой лопастное колесо с каналами, похожее на рабочее колесо центробежного насоса. Турбинные мешалки производят активное перемешивание жидкостей и работают с частотой 100 - 350 оборотов в минуту.

Открытые турбинные мешалки являются результатом дальнейшего улучшения конструкции обычных лопастных мешалок. Работа нескольких лопастей, закрепленных под углом и расположенных в вертикальной плоскости, вместе с радиальными потоками создает осевые потоки, что приводит к активному перемешиванию жидкости в больших объемах. При условии установки в емкости зеркальных перегородок возрастает интенсивность перемешивания.

Закрытые турбинные мешалки зачастую располагают внутри направляющего аппарата, представляющего из себя фиксированное кольцо с лопатками, имеющими дугообразную форму под углом 45°-95°. Такие мешалки создают, главным образом, радиальные потоки жидкости. Жидкость, проходящая через мешалку по центральному отверстию, выходит к колесу по касательной, где меняет направление с вертикального на горизонтальное, а затем с большой скоростью выбрасывается из колеса.

Достоинства турбинных мешалок:

Эффективное перемешивание вязких жидкостей в сравнении с пропеллерными и лопастными мешалки

Применимы для непрерывных процессов

Высокая скорость перемешивания

Недостатки турбинных мешалок:

Высокая стоимость производства и относительная сложность изготовления

Области применения турбинных мешалок:

Взмучивание осадков в жидкостях, содержащих до 60% твердой фазы

Активное перемешивание вязких и невязких жидкостей

Быстрое растворение и тонкое диспергирование

Специальные мешалки

Для перемешивания вязких жидкостей используют якорные мешалки с дугообразными лопастями. В процессе работы они очищают стенки устройства от налета, с помощью чего усиливается теплообмен, а так же предупреждается перегрев вещества в аппарате.

Другим видом специальных мешалок является барабанная мешалка, представляющая из себя лопастной барабан (беличье колесо). Такие мешалки способны создавать большую подъемную силу и из-за этого активно используются для получения суспензий, обработки эмульсий и быстрого взмучивания осадков, а так же при проведении реакций между жидкостью и газом. Наиболее благоприятными условиями для использования таких мешалок являются отношения диаметра барабана к высоте жидкости и к диаметру сосуда приблизительно 1: 5.

Циркуляционные смесители

Циркуляция вещества в замкнутом контуре может обеспечить эффективное перемешивание. Данный процесс реализуется при помощи центробежного или струйного насоса, который выступает в качестве локального турбулизатора.

Перемешивание путем циркуляции жидкости осуществляется двумя способами. Так, в больших аппаратах, работающих с жидкостью, компоненты которой имеют различную плотность, нижние слои всасываются центробежным насосом. Более тяжелый слой проходит насос и через нагнетательный патрубок подается в циркуляционную трубу, выходящую на свободную поверхность уровня жидкости в аппарате через разбрызгиватель. По мере увеличения производительности насоса возрастает циркуляция жидкости в перемешиваемом объеме.

Сочетание циркуляционного насоса с эжектором обеспечивает более интенсивное перемешивание вещества. Центробежный насос всасывает верхний слой жидкости и нагнетает в сопло эжектора. Вытекающий из сопла поток вещества смешивается с окружающей жидкостью, после чего образовавшаяся смесь выбрасывается наверх. Следовательно, циркуляционные потоки вещества создаются не только по контуру, но и внутри объема перемешиваемой жидкости.

Схемы циркуляционных смесителей

⇐ Предыдущая891011121314151617Следующая ⇒

Поделиться: