Механическое перемешивание

При механическом перемешивании интенсивное движение сред в аппарате осуществляется специальным устройством, получающим вращательное или более сложное движение от внешнего при вода.

Механические смесители можно разделить на лопастные, пропеллерные и турбинные.

Лопастные мешалки имеют одну или несколько плоских вертикальных пластин, укрепленных на вертикальном валу (рис. XIX-1). Такие лопасти сообщают жидкости в основном вращательное движение. Чтобы обеспечить перемещение жидкости в вертикальном направлении, устанавливают также наклонные лопасти под углом к горизонту от 45 до 60°. Диаметр лопастей d_м= (0,3 — 0,5) D, где D — диаметр корпуса смесителя. Окружную скорость на концах лопастей обычно принимают равной до 5 м/с.

Поскольку на поверхности жидкости при вращении мешалки может образоваться воронка, ухудшающая условия перемешивания контактирующих фаз, к стенкам внутри корпуса крепят вертикальные перегородки высотой Н≈0,1 D, число перегородок обычно равно четырем. Эти перегородки разбивают горизонтальное вращающееся кольцо жидкости и способствуют развитию циркуляции в вертикальном направлении (рис. XIX-2).

Рис. XIX-1. Лопастная мешалка

Рис. XIX-2. Схема потоков жидкости в аппарате с мешалкой:

а — без отражательных перегородок; б — с перегородками.

Для перемешивания жидкости во всем объеме применяют рамные мешалки (рис. XIX-3). Перемешивающее устройство таких смесителей представляет собой плоскую рамную конструкцию.

Рис. XIX-3. Рамная мешалка.

В тех случаях, когда необходимо исключить отложение осадков на стенках аппарата или улучшить теплопередачу через стенку, применяют якорные мешалки (рис. XIX-4). Конфигурация лопастей такого смесителя повторяет конфигурацию корпуса аппарата, что обеспечивает высокую турбулентность потока вблизи стенок аппарата. Якорная мешалка обеспечивает большую турбулентность и исключает образование осадка.

Рис Якорная мешалка

Пропеллерные мешалки применяют для интенсивного перемешивания во всем объеме, обеспечиваемого внутренней рециркуляцией жидкости (рис. XIX-5). Смесительное устройство этого типа выполнено в виде винта с двумя или большим числом лопастей. Для упорядочения циркуляции жидкости в корпусе аппарата пропеллер устанавливают в направляющую трубу. Диаметр пропеллера d_M = (0,25 — 0,35) D.

Для перемешивания маловязких жидкостей и суспензий с малым содержанием (до 10 %)твердого вещества.

Турбинные мешалки имеют лопастное колесо (турбину) с прямыми или загнутыми назад лопатками открытого или закрытого типа (рис. XIX-6). Турбинное колесо закрытого типа имеет специальный направляющий аппарат по типу насосного агрегата, обеспечивающего интенсивное движение жидкости в виде струй от центра колеса к его периферии.

Рис. 7-8. Быстроходные мешалки:

а-пропеллерная; б-двухлопастная; в-трехлопастная; г-турбинная открытая; д-турбинная закрытая; е- фрезерная

Быстроходные лопастные, турбинные, пропеллерные мешалки (рис. 7-8) обычно имеют отношение DJd_M ^ 1,5. Они различаются способностью создавать осевое циркуляционное течение. В аппаратах без внутренних устройств эти мешалки обеспечивают насосный эффект, вдвое превышающий насосный эффект обычных мешалок.

Следует отметить, что целесообразность использования мешалок тех или иных конструкций часто определяется особенностями технологии их изготовления. Например, при гуммировании или эмалировании мешалок наличие острых углов и кромок препятствует образованию надежного покрытия. Для гуммирования удобны лопастные мешалки, а для эмалирования - мешалки из сплющенных труб. За последние годы из новых конструкций мешалок в практику перемешивания прочно вошли только эмалированные мешалки из сплошных труб и фрезерные (рис. 7-8, ё). Фрезерная мешалка представляет собой диск с лопастями в форме зубцов. Она обеспечивает высокую разность скоростей лопастей мешалки и потока обтека­ющей их жидкости.