Конструкции на бъркалки
1. Лопаткови миксери
2. Витлови бъркалки
3. Турбинни смесители
4. Специални бъркалки
5. Избор на бъркалка
Списък на използваните източници
Процесите на смесване се използват широко в химическата промишленост за приготвяне на суспензии, емулсии и хомогенни физични смеси. Разбъркването допринася за интензифицирането на процесите на пренос на топлина и маса, които съпътстват смесването или са необходими за успешното протичане на много химични реакции [1–3].
Най-разпространеният метод за смесване в течна среда е механичното смесване; понякога се извършва и пневматично смесване, но поради специфичните недостатъци, присъщи на този метод, използването му в химическата промишленост е ограничено.
Механичните бъркалки според разположението на лопатките се делят на следните групи: 1) лопаткови - с плоски лопатки, 2) витлови - с винтови лопатки, 3) турбинни, 4) специални (котвени и др.).
Тази статия разглежда основните видове механични смесители.
1. Лопаткови миксери
Най-простите миксери с лопатки имат две плоски лопатки, монтирани във вертикална равнина, тоест перпендикулярно на посоката на въртене (Фигура 1). Ножовете са монтирани на вертикален вал, който се задвижва от зъбна или червячна предавка и прави 12 - 80 оборота в минута. Диаметърът на лопатките е приблизително 0,7 от диаметъра на съда, в който се върти бъркалката. При ниски скорости на бъркалката течността прави кръгово движение, т.е. върти се по кръгове, разположени в хоризонтални равнини, в които се движат лопатките. При тези условия няма смесване на различни течни слоеве и интензивността на смесване е ниска [1].
Интензивното смесване се постига в резултат на появата на вторични потоци и вихровото движение на течността. Вторичните потоци възникват под действието на центробежни сили, което води до движение на течността в равнината на въртене на острието от центъра на съда към стените му. В резултат на това в центъра на съда възниква понижено налягане и течността се засмуква в зоната на намалено налягане от слоевете, разположени над и под острието. В резултат на това течността циркулира в съда, показан със стрелки на фигура 2 [2]. Вторичните потоци, сумирайки се с основното кръгово движение на течността, създават сложно движение, при което има интензивно смесване на отделните слоеве. Интензитетът на смесване се увеличава с увеличаване на броя на оборотите; въпреки това, мощността, консумирана от бъркалката, нараства още по-бързо.
Фигура 1 - Лопаткови миксери a - стомана; b - чугун
Фигура 2 - Циркулация на течността по време на смесване с лопатъчни миксери
При кръгово движение на течността на нейната повърхност под действието на центробежна сила се образува фуния (Фигура 2), чиято дълбочина се увеличава с увеличаване на броя на оборотите. Образуването на фуния води до влошаване на използването на капацитета на съда.
За всеки случай емпирично можете да намерите оптималния брой обороти, при които се постига необходимата ефективност на смесване. По-нататъшното увеличаване на броя на оборотите води до прекомерна консумация на енергия.
Течността придобива вихрово движение, когато отразяващи прегради под формата на вертикално разположени ленти са монтирани в съд с бъркалка (Фигура 3). Когато течността тече около преградите, зад тях се образува зона с ниско налягане, в която възникват вихри. С увеличаване на броя на оборотите, вихрите се отделят от преградите и се движат в посоката на въртене на острието. Когапо-нататъшно увеличаване на броя на оборотите, възниква произволно вихрово движение на течността, докато вихрите се сблъскват един с друг в целия обем на течността. При тези условия се постига висока равномерност и интензивност на смесване. В същото време, при наличието на прегради, които предотвратяват въртенето на цялата маса течност, дълбочината на фунията рязко намалява. Обикновено четири симетрично монтирани радиални прегради са достатъчни за подобряване на смесването. Въпреки това, с инсталирането на прегради, консумацията на енергия за смесване се увеличава.
Фигура 3 - Смесваща течност в съдове с прегради
За по-добро смесване на целия обем течност в съда, няколко двойки хоризонтални лопатки са монтирани на вала, т.е. използват се многолопатни и рамкови смесители (Фигура 4), състоящи се от няколко хоризонтални и вертикални, а понякога и наклонени плоски лопатки. Рамковите смесители са издръжливи и подходящи за смесване на вискозни течности [3, 4].
Предимства на лопатковите миксери:
1) простота на устройството и ниска цена на производство;
2) доста задоволително смесване на умерено вискозни течности.
1) ниска интензивност на смесване на вискозни течности,
2) непригодност за смесване на лесно разслоени вещества.
Фигура 4 - Рамкова бъркалка
Основните области на приложение на лопатковите смесители:
1) смесване на течности с нисък вискозитет;
2) разтваряне и суспендиране на твърди вещества;
3) грубо смесване на течности.
Лопатковите миксери от прост тип са най-ефективни при смесване на среди с нисък вискозитет (до 100 cps).
За смесване на течности с вискозитет над 2500 cps са по-подходящи рамкови смесители или лопаткови смесители в съдове с прегради.прегради.
В тези приложения лопатковите миксери осигуряват добро смесване с ниска консумация на енергия. Лопатковите смесители са неподходящи за бързо разтваряне, фино диспергиране, както и за получаване на суспензии, съдържащи твърда фаза с висока плътност.
Диаметри на лопатките на нормализирани лопаткови смесители: 400, 500, 550, 700, 850, 950, 1000 и 1400 mm [1].
Рамковите смесители се произвеждат с рамки със следните размери: 550X550; 650X600; 750X650; 950X850; 1140X900; 1340X950; 1540X1000; 1740X1200 mm (първа цифра - диаметър на рамката D., втора - височина на рамката H).
2. Витлови бъркалки
Лопатките на витловите миксери (Фигура 5) са извити по протежение на профила на морско витло, т.е. с постепенно променящ се наклон, почти от 0 ° по оста до 90 ° в края на лопатката. Въртящи се в течността, лопатките действат като винт, а течността около витлото е като че ли гайка и се движи по посока на оста на бъркалката. Това аксиално движение се добавя към кръговото движение на течността, поради което възниква нейното спирално движение. Ако спиралната повърхност на витлото е дясната и въртенето му се извършва по посока на часовниковата стрелка, тогава аксиалното движение на течността е насочено нагоре и циркулацията на течността се извършва в съда, показан на фигура 5 (вдясно) [4].
Витлото обикновено има три лопатки и един или повече витла са монтирани на вертикалния вал, в зависимост от височината на течния слой. Диаметърът на остриетата на вещества с ниска плътност; витлото е равно на 0,25-0,3 от диаметъра на устройството. Скоростта на въртене на витлото е 160-1000 об / мин.
Фигура 5 - Витлова бъркалка
Фигура 6 - Витлов миксер с дифузьор
Пропелерните миксери създават по-интензивни аксиални флуидни потоци от лопатковите миксери и,следователно течността се разбърква по-енергично. Смесването с витлови миксери се подобрява чрез инсталиране на прегради или дифузьор в апарата - късо цилиндрично (понякога леко конично) стъкло, в което е поставен пропелерът (Фигура 6). Дифузорът насочва циркулацията на течността в аксиална посока и има положителен ефект върху смесването в апарати с голямо съотношение на височина към диаметър, както и в апарати с намотки и други вътрешни устройства [2].
Ефективността на смесване в апарати с голям капацитет се увеличава с ексцентрична инсталация на витла или разположение на вала на бъркалката на витлото под ъгъл от 10 - 20 ° спрямо вертикалата.
Предимства на витлови смесители:
1) интензивно смесване,
2) умерена консумация на енергия, дори при значителен брой обороти,
3) ниска цена.
1) ниска ефективност на смесване на вискозни течности,
2) ограничен обем интензивно разбърквана течност.
Пропелерните смесители се използват главно за следните цели:
1) интензивно смесване на течности с нисък вискозитет;
2) приготвяне на суспензии и емулсии;
3) ресуспендиране на утайки, съдържащи до 10% твърда фаза, състояща се от частици с размер до 0,15 mm.
Пропелерните миксери смесват течността по-бързо и по-интензивно от лопатковите миксери, с умерена консумация на енергия, която обаче надвишава консумацията й при лопатковите миксери.
Пропелерните смесители са подходящи за непрекъснати процеси, но не са подходящи за хомогенно смесване, за смесване на вискозни течности (над 6000 cps) и за смесване на течности с твърди вещества с висока плътност.
Нормализираните витлови смесители се произвеждат с диаметър на витлото150, 200, 250, 300, 400, 500 и 600 mm [1].
3. Турбинни смесители
Турбинните миксери са два вида: отворени (Фигура 7, а и б) и затворени (Фигура 7, в), имащи колело с лопатки с канали (като работно колело на центробежна помпа). Турбинните бъркалки работят при 100 - 350 оборота в минута и предизвикват интензивно смесване на течността.