Вопрос № 4 Способы перемешивания материала в реакторе. Перемешивающие устройства. Перемешивающие устройства

В технологии высокомолекулярных соединений перемешивание применяют для улучшения тепло- и массообмена, получения равномерных смесей нескольких жидкостей, жидкости и твердого тела, жидкости и газа. Хотя основной задачей перемешивания в большинстве случаев является равномерное распределение вещества или температуры в перемешиваемом объеме, иногда задача перемешивания заключается в создании высоких скоростей среды около теплообменных поверхностей с целью интенсификации теплообмена.

Способы перемешивания

Известны несколько видов перемешивания:

• механическое;

• циркуляционное;

• барботажное.

Барботажное перемешивание осуществляется путем барботажа инертного газа или газообразных веществ через жидкость.

Циркуляционное перемешивание происходит за счет больших скоростей движения реакционной массы (насосом). Это перемешивание целесообразно применять в том случае, когда имеется необходимость отвода тепла через развитую поверхность теплообмена, т.е. через выносной теплообменник.

Механическое перемешивание в жидкой среде, а также пастообразных и вязких материалов осуществляется с помощью мешалок, которые по конструктивной форме в зависимости от устройства лопастей разделяются на лопастные, листовые, якорные, рамные, турбинные, пропеллерные и специальные.

Все они состоят из трех основных частей: (рис.2.6.1) мешалки (1), являющейся рабочим элементом, вала (2), на котором закреплена мешалка и привода (3), с помощью которого вал приводится в движение за счет механической энергии.

В зависимости от числа оборотов мешалки условно делят на тихоходные и быстроходные. К тихоходным относят лопастные, рамные, якорные и листовые, имеющие число оборотов не более 80…100 об/мин. К быстроходным – турбинные и пропеллерные.

При выборе типа мешалки и ее параметров учитывают требования процесса, свойства жидкости, такие как вязкость, наличие осадков и т.д., форму аппарата и другие факторы.

Рис.2.6.1. Основные части мешалок: 1 – мешалка; 2 – вал мешалки; 3 – привод мешалки

К сожалению, отсутствуют единые критерии для выбора мешалки. Обычно при этом руководствуются производственным опытом или лабораторными исследованиями. В некоторой степени можно предложить следующие рекомендации.

Лопастные мешалки

Лопастные мешалки (рис.2.6.2.) применяются при перемешивании жидких неоднородных систем вязкостью до 15 Па∙с и удельным весом до 2000 кг/м³.

Основные соотношения размеров для аппаратов с плоским днищем d_M = 0,7∙D; h ≈ 0,1∙d_M; h_M = 0,14∙d_M

Рекомендуемые предельные значения окружных скоростей конца лопасти мешалки в зависимости от вязкости среды по данным НИИХИММАША приведены в табл.2.6.1.

Таблица 2.6.1

Рекомендуемые значения окружных скоростей лопастных мешалок

Вязкость, Па с	Окружная скорость, м/с
0,001...40	3,0...2,0
40... 80	2,5...1,5
80... 150	1,5...1,0

При высоте сосуда, превышающий диаметр или при перемешивании вязкой жидкости по высоте вала устанавливают несколько пар лопастей (рис.2.6.2).

Рис.2.6.2. Лопастные мешалки	Рис. 2.6.2.а. Лопастные мешалки: а − неразъёмная; б – разъёмная

При перемешивании очень вязких жидкостей на стенках сосуда устанавливают радиально расположенные перегородки, над которыми проходят лопасти мешалки. При этом поток дробится и повышается эффективность работы мешалки. Максимальный эффект турбулизации потока достигается при применении 4-х перегородок высотой (0,11… 0,13) D, где D – диаметр аппарата. Перегородки препятствуют образованию центральной воронки, а также увлечению жидкости вращающимися лопастями, что может привести к прекращению эффекта перемешивания.

Установка слишком длинных лопастей нерациональна, так как с возрастанием линейных размеров лопасти быстро растет потребляемая мощность. Нормализованные диаметры мешалок – 700…2100 мм.

Недостатки таких мешалок – малая интенсивность перемешивания и отсутствие значительных вертикальных потоков, вследствие чего их не рекомендуется применять для взмучивания тяжелых осадков и работы с расслаивающимися жидкостями.

Достоинства лопастных мешалок – они просты по конструкции, обеспечивают удовлетворительное перемешивание при работе с вязкими жидкостями, могут применяться в аппаратах значительного объема.