Существенный толчок для развития химической промышленности нашей страны дали реформы Петра I, однако основное развитие приходится на начало ХХ века. С развитием технологий, промышленность все больше и больше нуждалось в новых материалах и веществах, что привело к строительству современных химических предприятий, разработке новых технологий и агрегатов.
Основополагающим оборудованием для проведения химических и физических процессов являются аппараты с перемешивающими устройствами. Они позволяют проводить разнородные технологические процессы, такие как кристаллизация, экстрагирование и различные гомогенные и гетерогенные химические реакции.
Перемешивание является основным способом равномерного распределения взвешенных или растворенных веществ, а также диспергирования капель и пузырьков в жидкости.
В зависимости от необходимых процессов, свойств перемешиваемых компонентов, давления или температуры, производится выбор перемешивающего аппарата.
Технологически, наиболее эффективными устройствами можно считать вертикальные аппараты с цилиндрической формой. Непосредственное перемешивание происходит в емкости аппарата. Емкости по большей части имеют цилиндрическую форму, но для некоторых типов мешалок допускается применять прямоугольные емкости. При необходимости нагрева перемешивающей среды, емкость оборудуется электрическими тенами и теплоизолируется. Внутри емкости могут быть оснащены отражательными перегородками.
Основой перемешивающего аппарата является мешалка, тип и конструкция которой напрямую влияет на способ и интенсивность перемешивания. Все мешалки включают в себя приводную часть и перемешивающую. Привод выбирается в зависимости от требуемой мощности и необходимых оборотов мешалки.
В существующих стандартах химического машиностроение используется ГОСТ 20680-75 на 12 типовых мешалок, в котором сведены все применяемые типовые конструкции.
По скорости перемешивания мешалки подразделяются на два основных типа. Быстроходные мешалки применяются в жидких средах для работы в турбулентном режиме. Тихоходные используются при ламинарном режиме движения.
Выбор типа, диаметра и угловой скорости мешалки производится в соответствии с нормативно-технической документацией.
Мешалки бывают: лопастными, трехлопастными зубчатыми, турбинными, рамными и т. д. Каждый тип мешалки имеет набор собственных параметров, которые сведены в общие таблицы в нормативной документации. Более подробные параметры определяются гидродинамическим расчетом, базирующимся на установившемся режиме течения жидкости, выхода мешалки на рабочие обороты и равновесии всех приложенных сил и моментов. Целью расчета является определение усредненных характеристик скоростей перемешивания, параметров воронки и эффективности перемешивания.
Лопастные мешалки
Наиболее распространенными мешалками в химической промышленности являются лопастные мешалки. Лопасти таких мешалок могут располагаться как перпендикулярно оси вращения, так и под некоторым углом к плоскости вращения.
Сама же лопасть может быть как прямой, так и с крыловидным профилем. Импеллер (рабочая часть мешалки) в большинстве своих случаев представляет собой опорную втулку, закрепленную на валу, к которой приварены лопасти.
Складные мешалки
В случае, при котором перемешивание производится во внешней емкости, например в еврокубе с горловиной меньшей чем диаметр мешалки, применяются складные лопасти, которые раскрываются при вращении и складываются в покое.
Пропеллерные мешалки
Пропеллерные мешалки по конструкции отличаются от лопастной, только крыловидным профилем.
Турбинные мешалки
Другой наиболее распространенный тип мешалок – турбинные. Импеллер такой мешалки представляет собой горизонтальный диск на цилиндрической втулке, по краям которого равномерно расположены лопасти. По исполнению турбинные мешалки разделяют на открытые и закрытые.
Рамные и якорные мешалки
Основными тихоходными мешалками являются рамные и якорные. Такие мешалки нашли свое применение в усреднении неньютоновских сред и высоковязких жидкостей, а также для теплообмена.
Такие мешалки состоят из опорной втулки с двумя приваренными профилированными лопастями, которые повторяют внутренний профиль емкости. Подобные мешалки широко используются в емкостях с коническим днем. Лопасти стандартных тихоходных мешалок могут быть расположены перпендикулярно или под углом к плоскости своего вращения.
Конические мешалки
Тип мешалок рабочим органом импеллера, в котором является чаша (переход) в виде полого, усеченного конуса — это конические мешалки. Подобные мешалки могут использоваться для работы как в быстроходном, так тихоходном режиме.
Фрезерные мешалки
Последним, из наиболее распространенных типов мешалок, являются фрезерные. Применяются они для перемешивания, как жидких, так твердых материалов. Импеллер представляет собой горизонтальный диск на цилиндрической втулке, по краям окружности которого, расположены зубцы.
В зависимости от условий перемешивания, на одной мешалке могут быть установлены несколько импеллеров. И при значительных объемах емкости, такие мешалки имеют дополнительную опору (подпятник) в основании.
Диссольверы
В частных случаях, когда требуется более сложное перемешивание применяются специальные аппараты – диссольверы. Такие аппараты могут включать в себя несколько перемешивающих устройств, разных типов и с разными параметрами. Или, располагаясь на собственной рамы иметь средства автоматизации для управления рабочими органами аппарата.