Рассмотрены особенности конструкции и применения зубчатых мешалок. Показано, что их использование позволяет совмещать проведение процессов перемешивания и диспергирования твердой фазы в жидкости
зубчатая мешалка, перемешивание, диспергирование, гомогенизация, диссольвер
Перемешивание широко применяется в химической и других отраслях промышленности для получения однородных смесей, а также для увеличения поверхности контакта фаз при проведении химических реакций, массообменных процессов и для интенсификации теплообмена.
Выбор способа перемешивания и аппаратуры для его проведения определяется целью перемешивания, агрегатным состоянием и свойствами перемешиваемых материалов, производительностью технологической линии, температурными параметрами процесса и давлением, при котором процесс осуществляется. Такое многообразие факторов, влияющих на выбор конструкции, затрудняет задачу оптимального проектирования аппаратов. Различают следующие основные способы перемешивания в жидких средах: механическое, пневматическое, гидродинамическое и перемешивание с помощью ультразвука.
Механическое перемешивание проводится в аппаратах, состоящих, как правило, из корпуса, перемешивающего устройства и его привода, и носящих общее название аппаратов с мешалками. В частных случаях эти аппараты могут называться реактором, автоклавом и т. п.
Мешалки являются основными рабочими элементами аппаратов для перемешивания. При выборе конструкции мешалки следует отдавать предпочтение стандартизованным вариантам, описанным в нормативной литературе [1].
Стандартные зубчатые мешалки (рисунок 1) конструктивно схожи с дисковой пилой или фрезой и могут применяться не только для перемешивания, но и для диспергирования (тонкого измельчения) твердых частиц в жидкости. Высота a и диаметр основания зубьев d1 связаны с диаметром мешалки dм соотношениями a=0,1dм; d1=0,8dм. Остальные размеры указаны в [1]. Вращающаяся с большой скоростью (5–35 м/с) фреза создает высокое срезывающее напряжение, вызывающее разрушение твердой фазы. В этом случае энергозатраты значительно увеличиваются, и требуется более мощный двигатель. Если для образования суспензии (смешения твердой и жидкой фаз) в среднем необходима плотность диссипации мощности порядка 1 Вт/кг, то при измельчении – от 10 до 100 Вт/кг [2]. Если механическая мощность, подводимая к системе «жидкость-твердые частицы» недостаточна, то смешивание двух фаз возможно, но невозможно измельчение твердых частиц.
Рисунок 1 – Зубчатая мешалка
Такие аппараты, в которых проводятся процессы перемешивания и диспергирования, называют диспергаторами или диссольверами.
Недостатком диспергаторов дискового типа является слабая циркуляция жидкости в сосуде и малая зона действия зубчатой мешалки. Так как измельчение происходит только в зоне фрезы, необходимо обеспечение циркуляции двухфазной среды через зону измельчения. С этой целью в аппарате устанавливают дополнительные мешалки, как правило, винтовые, шнековые или с наклонными лопастями, которые могут иметь отдельный привод. Однако это приводит к существенному удорожанию конструкции аппарата, усложнению его обслуживания и возрастанию энергозатрат на перемешивание.
Для организации осевой циркуляции жидкости в аппарате и предотвращения оседания твердой фазы на дно также можно использовать циркуляционный насос совместно с эжектором, установленным на входе жидкости в аппарат. Это позволяет увеличить кратность циркуляции жидкости в 4-5 раз.
1. АТК 24.201.17-90. Мешалки. Типы, параметры, конструкция, основные размеры и технические требования.
2. Подбор диспергирующего оборудования для производства пигментированных лакокрасочных материалов – URL: https://www.himtek-yar.ru/useful/ lkm_technology/1669/ (дата обращения: 29.02.2024).
