Перемешивание. Типы мешалок

Перемешивание в жидкой среде осуществляется следующими способами: механическим с помощью мешалок различной конструкции; пневматическим - сжатым воздухом или инертным газом с пульсацией или без нее; гравитационным; перемешиванием в трубопроводе; акустическим (ультразвуковым); циркуляционным.

Наиболее распространенным является механическое перемешивание с помощью мешалок различной конструкции. Они различаются в зависимости от скорости вращения на тихоходные (0,2-1,3 об/с) и быстроходные (2-30 об/с). Рабочей частью их являются лопасти различной формы, которые крепятся на валу и приводятся во вращательное движение от электродвигателя через передаточные механизмы (ременные, зубчатые, шестереночные и т. д.). По устройству лопастей различают мешалки лопастные, пропеллерные, турбинные и др.

Лопастные мешалки состоят из двух или большего числа лопастей, расположенных перпендикулярно или наклонно к оси вала. Скорость конца лопасти составляет 1-5 м/с, поэтому перемешиваются только слои, находящиеся в непосредственной близости от лопастей, создавая ламинарные, радиальные потоки жидкости. Они применяются для перемешиваемых жидкостей с малой вязкостью. Для увеличения объема перемешиваемых слоев создаются многорядные (многоярусные) мешалки, когда на одном валу крепится несколько лопастей на разной высоте. Для увеличения осевых потоков лопасти делают наклонными. К лопастным относятся мешалки специального назначения: якорные, рамные и планетарные.

Якорные мешалки имеют форму, соответствующую внутренней поверхности реактора. Их диаметр близок к внутреннему диаметру аппарата. Они служат для перемешивания вязких жидкостей. При вращении лопасти постоянно очищают стенки и дно аппарата. Скорость вращения in) небольшая и составляет 1,3 об/с.

Рамные мешалки как и якорные прочны и предназначены для вязких жидкостей. Состоят из нескольких лопастей, соединенных в виде рамы для перемешивания широких по всей толщине аппарата слоев жидкости (п = 1,3 об/с).

Планетарные мешалки состоят из центральной и боковых, связанных с главной системой зубчатых передач. Боковые мешалки вращаются вместе с центральной, а также имеют собственное вращение - вокруг своей оси. Обеспечивают равномерное перемешнвание вязких и густых жидкостей во всех слоях аппарата.

Пропеллерные мешалки, принцип работы которых представлен на рис. 12.1, имеют винтообразно изогнутые лопасти - угол наклона по длине от 45° у ступицы вала до 20» на конце лопасти. Поэтому разные участки лопасги под разным углом встречают жидкость и создают интенсивные осевые вертикальные потоки, что приводит к захвату всех ее слоев и обеспечивает перемешивание во всем объеме аппарата. Скорость вращения для вязких, жидкостей составляет 2-8 об/с, для подвижных - 3-30 об/с.

Турбинные мешалки могут быть открытого и закрытого типа с плоскими и наклонными лопастями. Они создают преимущественно радиальные и осевые потоки жидкости, обеспечивая интенсивное перемешивание во всем объеме (п = 2 - 30 об/с). Круговое (тангенциальное) движение жидкости постепенно начинает преобладать, образуя «воронку» и может наступить момент, когда скорость вращения мешалки будет равна скорости кругового движения жидкости. В этом случае эффективность перемешивания будет сведена к минимуму. Поэтому скорость вращения мешалок не должна превышать минимального значения.

V_крит = 1/R ·√1800n

где R - радиус сосуда, м; п - расстояние от поверхности жидкости до верхнего края сосуда, м.

Для уменьшения этих явлений на стенках аппаратов укрепляются неподвижные перегородки или мешалка помещается в специальный диффузор.

Перемешивание с помощью сжатого воздуха или инертного газа (пневматическое) применяется _ для агрессивных сред и получения инъекционных растворов в атмосфере инертного газа. Для интенсификации перемешивания используются пульсаторы, которые подают воздух или газ в виде пульсирующего потока. Сжатый воздух или инертный газ подается под давлением до 2 атм по перфорированной трубе - барбо-теру.

Перемешивание, основанное на различной плотности растворителя и раствора (гравитационное). Оно осуществляется самопроизвольно, например растворение йода и канифоли в этаноле. Растворяемое вещество помещают в сетку или тканевые мешки в верхних слоях растворителя. Образующийся более «тяжелый» раствор опускается на дно, а чистый растворитель поднимается вверх и омывает вещество. Возникают циркулирующие потоки с разной концентрацией, растворение при этом значительно ускоряется.

Перемешивание в трубопроводе обычно проводят в Y-образном устройстве. По двум трубам подают две жидкости, которые попадают в третью - смеситель, где за счет большой скорости потоков и турбулентного, вихреобразного движения происходит их перемешивание.

Рис. 12.1. Принцип работы пропеллерной мешалки.	Рис. 12.2. Устройство смесителя РПА.

Перемешивание с помощью генераторов ультразвука (акустическое). Оно достигается с применением магнитострикционных или гидродинамических типов жидкостных свистков и роторно-пульсационного аппарата РПА (рис. 12.2). В этом случае за счет кавитаций, механического воздействия измельчается твердая фаза, что значительно ускоряет процесс растворения.

Перемешивание перекачиванием жидкости (циркуляционное). Оно осуществляется с помощью насоса из емкости и возвращением в нее через разбрызгивающее устройство. Циркуляцию внутри сосуда можно создать подачей пара в жидкость через сопло, при этом одновременно производя нагревание.