Применение мешалок в химической промышленности

Лопастная мешалка

В современной химической промышленности осуществляются разнообразные процессы взаимодействия различных химических элементов. Такими процессами являются:

  • растворение кристаллических соединений,
  • диффузия жидкостей,
  • разложение или гомогенизация сложного многокомпонентного раствора на составляющие.

Данные химико-технологические процессы могут происходить в довольно длительном промежутке, и для повышения производительности и интенсивности работы в данных процессах используют физические методы воздействия на исходные жидкости. Наиболее распространённым и эффективным методом физического воздействия является механическое перемешивание, которое подразделяется на несколько направлений:

  • добавление дополнительной механической энергии,
  • турбулизация реагирующих компонентов;
  • измельчение кусковатых материалов с целью увеличения поверхности контакта.
  • гомогенизация многокомпонентных смесей;
  • эмульгирование и эмульгация компонентов;
  • интенсификация тепло- и массообмена.

Зачастую возможность использования механических процессов определяет эффективность и рентабельность производственного процесса в целом.

Таким образом, технология производства в химической промышленности неразрывно связана с механическим перемешиванием. Механическое перемешивание осуществляется импеллером мешалки за счет вращения передаваемого электродвигателем крутящего момента на вал. Фиксирующим элементом мешалки на аппарате является крепежный фланец, который стягивается с ответным фланцем, закреплённым на аппарате в большинстве случаев болтовым или шпилечным соединением. Для крепления вала с мотор-редуктором, для предотвращения биения, а также для недопущения утечки газообразных или жидких компонентов и потери давления в аппарате, мешалка снабжается корпусом подшипников и уплотнений. В зависимости от расположения подшипниковых узлов, наличия уплотнений и подпятника, вал конструктивно разделяется на однопролетный или консольный.

Применение лопастных мешалок в химической промышленности

Лопастная мешалка получила наибольшее распространение в химической промышленности. Её основными функциями являются:

  • перемешивание взаиморастворенных жидкостей;
  • глубокое эмульгирование;
  • взвешивании твердых частиц в жидкости с массовым содержанием их до 90%;
  • взвешивание волокнистых веществ;
  • взмучивания легкого осадка;
  • медленное растворение кристаллических, аморфных или волокнистых веществ;
  • выравнивание температуры;
  • интенсификация теплообмена и перемешивания в процессах кристаллизации.

Данный вид мешалок является простым в изготовлении: она имеет всего две лопасти, устанавливаемые перпендикулярно направлению движения.

Принцип работы лопастной мешалки

Принцип работы лопастных мешалок заключается в следующем: при движении лопастей на их контакте с жидкостью образуется тонкостенный ламинарный слой, размеры которого зависят напрямую от размеров лопастей и свойств перемешиваемой жидкости (плотности и динамической вязкости). Со временем происходит увеличение ламинарного слоя, его деформация, связанная с возникновением отрывного течения и циркуляционных зон (или так называемого турбулентного следа). Начало формирования отрывных зон свидетельствует о возникновении резкого сопротивления среды с последующим достижением минимальных значений.

Турбулентный след не однороден по всей длине лопасти и увеличивается при максимальном удалении от вала. За счет своей неоднородности и появления градиента давления, взаимодействия с центробежными силами, в жидкости появляется радиальное движение, которое и характеризует достижение приемлемой интенсивности перемешивания.

Максимальная интенсивность перемешивания жидкости достигается при использовании лопастной мешалки с отражающими перегородками, которые представляют собой вертикально поставленные полосы. При обтекании их жидкостью образуется зона пониженного давления и возникает вихревое отрывное течение, которое имеет сонаправленное с перемешивающим аппаратом движение. В результате сопротивление лопастям уменьшается и добавляется турбулизация потока.

Таким образом при использовании лопастных мешалок возникают центробежные, вихревые и радиальные потоки, которые при взаимодействии преобразуют ламинарное движение жидкости в турбулентное и ускоряют протекание необходимых химических процессов. За счет взаимодействия всех потоков понижается энергопотребление. В сравнении с близкими по типу мешалками (турбинные, рамные и якорные), потребляемая мощность при одинаковом качестве перемешивания ниже в среднем на 25 %.

Тем самым лопастные мешалки еще долго будут держать первенство по применению их в химической промышленности.