Перемешивание механическими мешалками

Наиболее широко в химической промышленности используется перемешивание механическими мешалками, которые совершают или вращательное, или возвратно-поступательное движение. При этом тело обтекается потоком жидкости (внешняя задача гидродинамики).

Для расчета мощности мешалок используют критериальное уравнение:

, в котором критерии подобия заменяются модифицированными критериями для процесса перемешивания. Так вместо линейной скорости жидкости , где n – число оборотов мешалки в минуту, подставляется пропорциональная величина: , за определяющий линейный размер принимается диаметр мешалки d. Тогда модифицированные критерии:

Мешалка подобно насосу создает поток жидкости с сечением S и скоростью ω_окр. Поэтому полезная мощность .

.

K_N – критерий мощности; ∆р – перепад давления перед лопастью и за ней.

.

На основании опытов построены графики :

По предварительно выбранным параметрам мешалки определяют Eu_м:

.

Для выбранного типа мешалки по EU_м находят Re_м (по графику). Затем вычисляют число оборотов мешалки:

.

При вращении мешалки жидкость может двигаться радиально (вдоль радиуса вращения), тангенциально (по касательной к окружности, описываемой концом мешалки) и в осевомнаправлении вдоль оси вала.

Применяются лопастные, пропеллерные, турбинные и специальные мешалки. Лопастные мешалки имеют 2 или более прямоугольные лопасти

Достоинства – простота и дешевизна. Недостаток – слабое осевое перемешивание.

Разновидности лопастных – якорные, рамные, листовые мешалки.

Для более интенсивного перемешивания применяются быстроходные (n = 40 об/с) пропеллерные мешалки. Они обеспечивают преимущественно осевые потоки. Используются для маловязких смесей. Достоинство – высокая интенсивность. Недостатки – сложность изготовления и дороговизна.

Турбинные мешалки также быстроходны (n = 2-5 об/с). Они имеют 4-12 вертикальных прямоугольных лопастей, радиально закрепленных на горизонтальном диске. Если лопасти закрыты, то турбинная мешалка аналогична колесу центробежного насоса с двусторонним всасыванием жидкости. Турбинные мешалки создают преимущественно радиальные потоки и обеспечивают интенсивное перемешивание в большом интервале вязкостей. Лопасти турбинных мешалок могут быть также наклонные или криволинейные.

Недостаток – сложность изготовления мешалки.

Для высоковязких жидкостей – шнековые или ленточные мешалки.

Ограниченно применяются барабанные, дисковые и вибрационные мешалки.