2.1. Выбор мешалки [1]

В настоящее время не выработан универсальный критерий, позволяющий выбрать оптимальный вариант мешалки. При выборе мешалки часто руковод-ствуются результатами лабораторных и промышленных опытов. Предварительный выбор мешалки можно сделать по рис. 9, где соответствующая кривая показывает верхнюю границу работы данного типа мешалки.

Рис.9.Диапазон применения различ-ных типов ­мешалок: I – модифицированные лопастная и рам­ная; II – лопастная и рамная; III - турбинная; IV–пропеллерная.

Рис.10. Пропеллерная (вин-товая) мешалка. Пропеллерные (винтовые) ме­шалки (рис.10) считаются наибо­лее эффективными, когда необхо­димо со-здать в аппарате значитель­ную осе-вую циркуляцию при мини­мальном расходе энергии. Отношение диа-метра мешалки к диаметру аппарата составляет d/D = 0,20 0,33; окружная скорость концов лопастей - u = 3,6 16 м/с.

Одной из наиболее важных характеристик винтовой мешалки является ее шаг, свя-

занный с углом наклона лопасти на ра­диусе r зависимостью:

а = 2 r tg . Обычно эти мешалки конструируют с неизменным шагом по радиусу. Наклон лопастей меняется. Минимальный наклон - на наружной поверхности, максимальный - у втулки. Наиболее рас­пространены мешалки с шагом а = d или =18⁰. Встречаются также мешалки, имеющие угол наклона конца лопастей 45⁰. Эти мешалки имеют шаг а = d. Они обеспечивают лучшую циркуля­цию жидкости в аппарате. Иногда пропеллерные мешалки снабжают диффузором (цирку­ляционной трубой), который дает возможность обеспечить явно осевую циркуляцию жидкости в аппарате и позволяет устанавли­вать пропеллер выше, что сокращает длину вала. Пропеллерные мешалки имеют от 2 до 4 лопастей (чаще 3) и частоту вращения 7 40 с^-1. При отношении a/d = пропел­лерная мешалка превращается в турбинную мешалку с прямыми лопат­ками эллиптической конфигурации.

Пропеллерные мешалки наиболее эффективны при необходи­мости создания значи-тельной циркуляции жидкости в аппарате, особенно в сосудах с выпуклым дном. В аппа-ратах с плоским дном применять их не следует. Диаметр дисперсных частиц не должен превышать 0,5 мм, а их объемная доля 10 %. При перемешивании в очень больших емкос-тях пропеллерные мешалки дают больший эффект, чем турбинные, но они неприем­лемы для диспергирования газа в жидкости. Ввиду сложности изготовления винтовых мешалок рекомен­дуется вместо них использовать трехлопастные мешалки с углом наклона лопаток к плоскости вращения 24⁰ и их шириной b = 0,2 d (см. рис. 6, в). Эти мешалки имеют характеристики, близкие с винтовыми. Турбинные мешалки снабжены 4-8 лопатками (обычно - 6). Отношение d/D, как и для пропеллерных, составляет 0,20 0,33. Частота вращения п = 2 20 с^-1, так что окружная скорость и= dп концов лопаток колеблется в пределах 3 16 м/с.

Турбинные мешалки с прямыми лопатками (см. рис.6 г,д) создают в основном радиальный поток жидкости, а мешалки с на­клонными лопатками (см. рис. 6 а, б) - радиально-осевой поток. Угол наклона лопаток составляет обычно 45⁰.

Рекомендуется использовать турбинные мешалки для процес­сов растворения, теплообмена, суспензирования, абсорбции газов и проведения химических реакций.

В процессах с использованием суспензий предпочтительно при­менять турбинные мешалки с наклонными лопастями, предупреж­дающими седиментацию частиц.

Быстроходные мешалки устанавливают в сосуде на высоте 0,3D. Высота жидкости в аппарате составляет (1,0 1,3)D.

Лопастные мешалки (см. рис. 6, е) отличаются от турбинных отношением d/D, частотой вращения и числом лопастей. Диаметр d и ширину лопастей b обычно прини-мают в пределах d = (0,5 0,8)D и b = 0,l d. Высота установки от дна сосуда h=(0,1 0,3)D, а высота жидкости в сосуде Н = (0,8 1,3)D. Число лопастей состав-ляет обычно 2, редко - 4. Для перемешивания в высоких аппаратах на одном валу можно установить несколько мешалок по высоте, расстояние между которыми выбирают равным 0,3 0,8 d. Окружная скорость их находится в пределах 1,5 5 м/с. Лопасти мешалок располагают обычно вертикально или с накло­ном в 45⁰. Наклонные лопасти более интенсивно перемешивают жидкость, чем прямые.

Лопастные мешалки из-за простоты изготовления применяются в тех случаях, когда нет необходимости в интенсивной радиально-осевой циркуляции жидкости в аппа-рате. Они создают главным образом окружную циркуляцию жидкости и лишь незна-чительную радиаль­но-осевую. Их недостаток - слабая интенсивность перемешивания.

Рамные мешалки (см. рис. 6 ж – и) отличаются низкими значениями частоты вра-щения (0,3 1 с^-1) и окружной скорости (0,5 2,5 м/с). Диаметр мешалок приближается к диаметру аппа­рата, и зазор между лопастью и стенкой сосуда обычно находится в пре-делах (0,005 0,1) D; b=0,06 d. Рамные мешалки можно ис­пользовать для перемешивания жидкостей (суспензий) с высокой вязкостью (до 100 Па·с).

Для усиления турбулентности жидкости и интенсивности перемешивания во всем объеме аппарата внутри рамы могут уста­навливаться дополнительные мешалки, лучше всего с наклонными лопастями (см. рис. 6,з).

Используют рамные мешалки при необходимости создания интенсивного переме-шивания за счет окружной циркуляции. Они препятствуют (замедляют) обрастанию сте-нок аппарата твердыми частицами вследствие высоких скоростей жидкости вдоль стенок.

Вибросмесители по сравнению с лопастными смесителями конструктивно более просты и надежны, имеют более высокую производительность, меньшие экс-плуатационные расходы и дают лучшее ка­чество смешения. Так, например, эмульсия парафинового масла в воде, приготовленная в вибросмесителе, начинает расслаи-ваться че­рез 360 с, тогда как та же эмульсия, получен­ная во вращающемся механическом смесителе, расслаивается через 180 с.

Смесители этого типа можно также успешно использовать при проведении тех-нологи­ческих процессов (растворения, выщелачивания, диспергирова­ния и т. д.), при которых необходима подача газообразного компонента. При этом в 2 10 раз улуч-шается абсорбция газа жидкостью (например, хлора известковым молоком) На­прав-ление колебаний перфорированных дисков - вертикальное. При частоте 50 100 Гц амплитуда колебаний равна 2 4 мм, для частот 25 30 Гц - 3 4 мм.

Вибросмесители особенно при­годны для суспензий с микробиологичес- кими структурами. Для этой цели выпускается ряд контактных аппаратов объемом от 1 6 л (лабораторный вариант) до 5000 л. Аппараты снабжаются необходимыми изме-рительными устройствами (датчиками рН, рО₂ и т. д.), рубашкой с теплоносителем для под­держания рабочей температуры, приборами для автоматического управления.