АППАРАТЫ ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ

Конструкция мешалок

Механические мешалки по конструкции весьма разнообразны; ниже будут рассмо­трены лишь некоторые распространенные типы мешалок.

Лопастные мешалки. Наиболее просты­ми по устройству являются мешалки с плос­кими лопастями из полосовой или угловой стали, установленными перпендикулярно или наклонно к направлению их движения.

Такая мешалка (рис. 176) состоит из шести пар лопастей 1, уста­новленных наклонно к горизонтальной плоскости, причем каждая пара лопастей расположена под прямым углом к соседней паре. Лопасти укреп­лены на валу 2 накладками 3 на болтах и на шпонках 4. Вертикальный вал мешалки внизу опирается на подпятник 5 и снабжен зубчатой пере­дачей 6, приводимой в движение от трансмиссии через ременную передачу.

Горизонтальные лопасти мешалок создают главным образом го­ризонтальные токи жидкости.

Для улучшения перемешивания жидкости чаще применяют ме­шалки с горизонтальными и вертикальными лопастями или так назы­ваемые рамные мешалки (рис. 177), у которых нижняя горизонтальная лопасть имеет радиус кривизны, соответствующий радиусу кривизны днища аппарата.

В тех случаях, когда при перемешива­нии необходимо удалять осадок или жид­кость со стенок аппарата, для интенсифи­кации процесса теплообмена применяют якорные мешалки (рис. 178), наружный контур которых соответствует очертаниям днища и корпуса аппарата.

Плоские лопасти мешалок, поверх­ность сопротивления которых перпендику­лярна направлению движения перемешивае­мой жидкости, не могут обеспечить хорошего перемешивания во всех слоях жидкости, так как создают в ней главным образом гори­зонтальные токи. Хотя частицы жидкости,, встречающиеся на пути движения лопасти, при ударах о лопасть будут отталкиваться от нее в различных направлениях (под дей­ствием возникающей при вращательном дви­жении центробежной силы, действующей в радиальном направлении, и силы тяжести, действующей по вертикали вниз), но возникающие при этом токи жидкости не будут интенсивными. При установке плоской лопасти под некоторым углом к направлению ее движения возникают также и вертикальные токи жидкости, направление которых зависит (рис. 179) от угла наклона лопасти.

Рис. 179. Угол наклона лопастей: /—больше 90°; //—меньше 90°.

При угле наклона а, большем 90° (рис. 179, /), частицы жидкости, ударяясь о лопасть, отражаются после удара по направлению вверх; при угле наклона а, меньшем 90° (179, //), наоборот, частицы жидкости после удара отражаются вниз.

Поэтому в тех случаях, когда при перемешивании необходимо взму­чивать со дна резервуара тяжелый осадок, лопасти устанавливают с углом наклона, большим 90°, и, наоборот, когда осадок находится в верхних слоях жидкости, для лучшего перемешивания устанавливают лопасти с углом наклона, меньшим 90°.

Снабдив мешалку несколькими парами лопастей, имеющими на­клон в разные стороны, можно создать перекрестные токи и таким обра­зом осуществить интенсивное перемешивание жидкости.

Иногда для той же цели на стенках аппарата устанавливают отра­жательные перегородки. Лопасти мешалок изготовляются, в зависимости от свойства перемешиваемой среды и условий работы мешалки, из раз­личных материалов: углеродистой и специальной стали, чугуна, дерева и др.

Лопастные мешалки вращаются с небольшой скоростью и делают 20—80 об/мин., но в определен - ШТ Ных условиях число оборотов их может быть уве - 2 личено. При наличии наклонных лопастей или отра­жательных перегородок они могут эффективно при­меняться для растворения, а также для суспендиро - вания некоторых веществ.

Лопастные мешалки отличаются простотой конструкции и сравнительно низкой стоимостью из­готовления.

Для интенсивного перемешивания жидкости в сосудах большого диаметра применяют лопастные мешалки с так называемой планетарно й пере­дачей (планетарные мешалки).

Планетарная мешалка, вращаясь вокруг соб­ственной оси, одновременно при помощи зубчатой передачи совершает круговое движение около вто­рой вертикальной оси. Таким образом, лопасти мешалки совершают слож­ное движение и производят энергичное перемешивание жидкости.

В зависимости от числа валов планетарные мешалки могут быть одинарными, двойными и тройными.

В одинарной планетарной мешалке (рис. 180) вертикальный вал проходит через неподвижное зубчатое колесо 2. На нижнем конце вала укреплено водило 3. На другом конце водила свободно вращается в под - ^-т т тт шипнике вал 4, который же­

Стко соединен с зубчатым колесом 5, находящимся в зацеплении с колесом 2. На этом же валу находятся ло­пасти 6 мешалки.

Пропеллерные мешал­ки. Для создания интенсив­ной циркуляции перемеши­ваемой жидкости широко применяют пропеллер­ные мешалки (рис. 181).

Лопасти пропеллерной мешалки представляют собой элемент гео­метрического винта, а поверхность элемента является частью винтовой поверхности. Пропеллер насажен на ступицу и укреплен навалу, причем обычно он имеет три лопасти; число пропеллеров на валу мешалки мо­жет быть различным, в зависимости от условий перемешивания и высоты слоя перемешиваемой жидкости.

Шаг винта или высоту лопасти определяют по формуле

H = 2irr tg а (1—264)

Где г—радиус окружности, ометаемой лопастью: а—угол наклона лопасти.

1

-g----- диаметра аппарата, в котором

Диаметр винта составляет проводится перемешивание.

Винт, вращающийся по часовой стрелке, если смотреть по направле­нию движения, называют правым, а вращающийся против часовой

Стрелки—л е в ы м.

Различают винты с постоянным шагом и винты с переменным шагом по длине лопасти.

Вращение пропеллера в виде винта с пе­ременным шагом вызывает интенсивное пере­мешивание лишь непосредственно в сфере дей­ствия пропеллера. Для создания интенсивной циркуляции жидкости во всем объеме аппарата более целесообразен пропеллер с постоянным шагом, т. е. с постепенно уменьшающимся на-' клоном лопасти. Такие пропеллеры типа греб­ного винта создают интенсивное перемешива­ние вследствие неравенства скоростей струй жидкости и многократного изменения направле­ния их движения при ударах о дно аппарата и свободную поверхность жидкости.

Для того чтобы улучшить циркуляцию жидкости, пропеллер часто устанавливается в диффузоре, представляющем собой стакан обычно в форме цилиндра. Диффузоры приме­няют главным образом в аппаратах, снабжен­ных трубами, змеевиками, и в аппаратах с большим числовым значением отношения высоты к диаметру.

Для 'улучшения перемешивания массы жидкости по всей высоте (часто необходимо при проведении непрерывных процессов) применяют пропеллерные мешалки (рис. 182) с не­сколькими пропеллерами 1 и диффузо­ром 2 в виде змеевика с витками, плотно прилегающими друг к другу. Такое устройство диффузора позволяет легко ре­гулировать температурный режим пере­мешивания.

Энергичная циркуляция жидкости создается, когда пропеллерные мешалки работают при 400—1750 об/мин., но на вязких жидкостях (имеющих вязкость 500 сантипуаз и выше) рекомендуется работа мешалок со скоростью не более 400 оборотов в мин. При перемешивании вяз­ких жидкостей, а также жидкостей, содер­жащих взвеси и образующих пену, число оборотов пропеллерных мешалок колеб­лется в пределах 150—400 в мин.

^Ориентировочно число оборотов про­пеллерной мешалки, исходя из условия работы пропеллера без кавитации, можно определить по графику, составленному Н. Е. Вишневским (рис. 183).

Пропеллерные мешалки пригодны для перемешивания жидкостей вязкостью до 4000 сантипуаз, и они мало эффективны при перемешивании жидкостей с большей вязкостью.

Вследствие небольших размеров пропеллера эти мешалки устана­вливают обычно в аппаратах сравнительно небольшого объема. В аппа­ратах большой емкости для увеличения интенсивности перемешивания пропеллерные мешалки устанавливают наклонно к оси аппарата (под углом 10—15° к вертикали). ■

Пропеллерные мешалки просты по устройству, недороги в изготовле­нии и отличаются быстроходностью при относительно небольшой потребляе­мой мощности.

В химической промышленности эти мешалки широко применяются для перемешивания маловязких жидкостей, приготовления эмульсий и взмучива­ния осадков в растворах, содержащих до 10% твердой фазы.

Перемешивание вязких жидкостей проводят ленточными мешал­ками, которые при своем вращении очищают стенки реактора от налипаю­щей реакционной массы. Такая мешал­ка, установленная в автоклаве, изо­бражена на рис. 184.

Турбинные мешалки. В химиче­ской промышленности большое рас­пространение получили также турбин­ные мешалки.

Турбинная мешалка состоит из одного или нескольких центробежных

Колес (турбинок), укрепленных на вертикальном валу; число лопаток каждого колеса равно 6—16 и более.

^ На рис. 185 изображена турбинная мешалка с прямыми лопатками для подвижных жидкостей. При перемешивании вязких жидкостей при­меняют турбинные мешалки, снабженные неподвижным направляющим

Аппаратом (рис. 186). При вращении турбинки закрытого типа жидкость засасывается в нее по оси через центральное отверстие; центробежной силой жидкость проталкивается по внутренним каналам от центра к'пери-

18 а. г. Касаткин.

Ферии и с большой скоростью выводится из турбинки по касательной к ее наружной окружности. Иногда каналы устраивают так, что через верхний канал жидкость выходит по направлению сверху вниз, а из ниж­него канала—в горизонтальном направлении, вследствие чего потоки сталкиваются и происходит интенсивное перемешивание жидкости (рис. 187).

Таким образом, в турбинных мешалках направление движения жид­кости может плавно меняться от вертикального до радиального (в гори­зонтальной плоскости) при небольшой потере кинетической энергии потока; жидкостные потоки, выходящие с большой скоростью из колеса, рас­пространяются по многочисленным направ­лениям и при этом происходит интенсивное перемешивание всего объема жидкости.

Турбинные мешалки применяют для быстрого растворения и эмульгирования. В сочетании с направляющим аппаратом их используют для диспергирования и в соче­тании с барботером—для процессов^ вза­имодействия газа с жидкостью.

Стоимость турбинных мешалок выше, чем пропеллерных. Их применяют вместо пропел­лерных в тех случаях, когда вследствие боль­шой вязкости перемешиваемых жидкостей или специфической формы сосуда (например, его очень малой высоты) не могут быть уста­новлены пропеллерные мешалки. Турбинные мешалки пригодны для перемешивания жид­костей, имеющих вязкость до 200 пуаз, для интенсивного перемешивания и диспергиро­вания жидкостей в больших объемах (до 4,5—6 м8), для перемешивания суспензий с твердыми частицами больших размеров (до 25 мм) и для взмучивания осадков, со­держащих до 60% твердой фазы.

Специальные мешалки. Кроме мешалок общего типа, имеются различные спе­циальные конструкции мешалок.

Для приготовления эмульсий и суспензий с большим содержанием твердой фазы, а также для проведения реакций между газом и жид­костью применяют мешалки барабанного типа, имеющие лопастной бара­бан в форме беличьего колеса (рис. 188). Такие мешалки создают интен­сивное перемешивание жидкости при соблюдении следующих соотноше­ний: отношение диаметра барабана к высоте должно быть 2 : 3 и диаметра барабана к диаметру сосуда от 1 : 4 до 1 : 6. Для приготовления эмульсий и суспензий высоту заполнения сосуда принимают десятикратной диаметру барабана. При перемешивании в процессах взаимодействия газа с жидкостью высоту заполнения берут значительно большей.

На рис. 189 изображена дисковая мешалка, применяемая для пе­ремешивания жидкостей с разным удельным весом. Мешалка состоит из; двух дисков 1, укрепленных на небольшом расстоянии друг от друга на вертикальном валу и вращающихся с большой скоростью в направляю­щих цилиндрах 2. Каждый из дисков снабжен отверстиями специальной формы. Для того чтобы устранить вращение жидкости, на крышке сосуда, в котором ведется перемешивание, укреплены три вертикальные перего­родки 3.

При вращении дисков слои жидкости, находящиеся под нижним диском, поднимаются с большой скоростью по оси нижнего направляю­щего цилиндра, а слои жидкости, находящиеся выше верхнего диска,

Ьход жадности

Опускаются вниз по оси верхнего направляющего цилиндра. Столкновение потоков вызывает завихрения во всем объеме жидкости, что способствует интенсивному перемешиванию.