2. Способи перемішування, їх характеристика та апарати для перемішування

Як вже було сказано вимушене перемішування відбувається за рахунок підведення механічної енергії. Ця енергія витрачається на подолання сил тертя і сил взаємодії між молекулами й частинками перемішуваних середовищ. Механічна енергія до середовищ, які перемішуються, може підводитися різними способами, тому існує декі­лька способів перемішування: механічне, пневматичне, циркуляційне та перемішування в потоці за допомогою нерухомих вставок (пото­кове перемішування).

ПЕРЕМІШУВАННЯ:

механічне

пневматичне

циркуляційне

у потоці способом штучної турбулізації

Механічне перемішування

Перемішування в рідких середовищах

Традиційний апарат для перемішування — це посудина, переважно циліндричної форми, обладнана перемішувальним пристроєм, що включає двигун, вал і закріплену на валу всередині посудини мішалку. (Часто мішалкою називають весь апарат для перемішування.) Обертаючись, мішалка передає рідині кількість руху від двигуна і змушує її перемішуватись. Передня частина лопатей лопатевої мішалки тисне на рідину і вона їх обтікає, за лопатями виникає розрідження, яке спричинює підсмоктування рідини з оточуючого об'єму. Внаслідок обтікання і підсмоктування біля лопатей створюються турбулентні завихрення, які із збільшенням розмірів мішалки і частоти обертання поширюються на весь об'єм рідини, забезпечуючи її перемішування.

Лопатеві мішалки (рис.1.1,1.2;2) використовують для перемішу­вання рідин з помірною в'язкістю. Лопатеві мішалки найпростіші за будовою. Це закріплені на вертикальному або горизонтальному валу лопаті, встановлені перпендикулярно або під кутом до напрямку руху. Кількість лопатей або їх рядів по висоті також різні, як і форма самих лопатей. Будова лопатей визначаєть­ся фізичними властивостями перемішуваного середовища. Такі лопаті нада­ють рідині в основному обертальний рух.

В обертових апаратах при турбулентному режимі руху рідина захоплюється лопатями мішалки й обертається разом з ними з досить високою коловою швидкістю. Із збільшенням частоти обертання на рідину, що перебуває в просторі між лопатями, діє дедалі більша відцентрова сила. Внаслідок цього виникає також рух рідини в радіальному напрямку від центра до стінок апарата. На місце витіснених об'ємів рідина підсмоктується до центра апарата з верхніх і нижніх шарів. Створюється складний тривимірний циркуляційний контур, в якому дві із трьох просторових складових (радіальна та осьова), як правило, в багато разів менші від колової швидкості, значення якої майже не змінюється по висоті апарата і практично не залежить від рівня розміщення мішалки. Співвідношення між складовими швидкостей різне при різних конструкціях мішалок.

Під дією відцентрової сили в центрі поверхні рідини утворюється лунка у формі параболоїда обертання, глибина якої збільшується із зростанням частоти обертання. Утворення лунки погіршує використання місткості посудини.

Щоб запобігти утворенню лунки і досягнути більшої рівномірності та інтенсивності перемішування, застосовують вертикальні відбивні перегородки, які найчастіше мають вигляд плоских пластин завширшки близько 0,1 діаметра апарата, їх розміщують осесиметрично на відстані від стінок корпусу порядку 0,2 ширини перегородки. Інколи відбивні перегородки роблять поворотними.

Під час обтікання рідиною перегородок за ними утворюються зони зменшеного тиску, в яких виникають завихрення. Завихрення відокремлюються від зон за перегородками і рухаються в напрямку переміщення рідини, взаємодіючи між собою і з завихреннями, утвореними лопатями мішалки. Відбивні перегородки додатково турбулізують потік і радикально змінюють структуру поля швидкостей, зменшуючи колову швидкість при відповідному збільшенні осьової і радіальної складових. Наявність відбивних перегородок спричинює збільшення енергії на перемішування.

Кращого перемішування можна досягти, якщо встановити кілька перемі-шувальних органів як по висоті, так і по горизонтальному перерізу апарата.