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.