Проектирование смесителя непрерывного действия

 

Рисунок 7 – Рамная мешалка

Для лучшего  перемешивания всего объема жидкости в сосуде на валу устанавливают несколько  пар горизонтальных лопастей, т.е. применяют  многолопастные, а также рамные мешалки, состоящие из нескольких горизонтальных и вертикальных, а иногда и наклонных  плоских лопастей. Рамные мешалки  отличаются прочностью и пригодны для  перемешивания вязких жидкостей.

Достоинства лопастных мешалок:

1. простота устройства и дешевизна изготовления;
2. вполне удовлетворительное перемешивание умеренно вязких жидкостей.

К недостаткам  лопастных мешалок относят:

1. малая интенсивность перемешивания вязких жидкостей;
2. непригодность для перемешивания легко расслаивающихся веществ.

Основные  области применения лопастных мешалок:

1. перемешивание жидкостей небольшой вязкости;
2. растворение и суспендирование твердых веществ, обладающих малой плотностью;
3. грубое смешение жидкостей.

Лопастные мешалки  простого типа наиболее эффективны при  перемешивании маловязких сред (до 100 спз).

Для перемешивания  жидкости с вязкостью свыше 2500 спз более пригодны рамные мешалки или лопастные мешалки в сосудах с отражательными перегородками.

В указанных  областях применения лопастные мешалки  обеспечивают хорошее перемешивание  при  небольшом расходе энергии. Лопастные мешалки непригодны для  быстрого растворения, тонкого диспергирования, а также для получения суспензий, содержащих твердую фазу большой  плотности.

 

7. Лопастные мешалки

 

Лопасти пропеллерных мешалок (рисунок 8) изогнуты по профилю  судового винта, т.е. с постепенно меняющимся наклоном, почти от 0⁰ у оси до 90⁰ на конце лопасти. Вращаясь в жидкости, лопасти действуют наподобие винта, а жидкости, окружающая пропеллер, как бы является гайкой и перемещается в направлении оси мешалки. Это осевое движение складывается с круговым перемещением жидкости, благодаря чему возникает ее винтовое движение. Если винтовая поверхность пропеллера правое, а вращение его происходит по часовой стрелке, то осевое движение жидкости направлено вверх и в сосуде возникает циркуляция жидкости, показанная на рисунке 8 (справа).

Пропеллер имеет  обычно три лопасти, причем на вертикальном валу, в зависимости от высоты слоя жидкости, устанавливают один или  несколько пропеллеров. Диаметр лопасти пропеллера равен 0,25 – 0,3 диаметра аппарата. Скорость вращения пропеллера составляет 160-1000 об/мин.

 

 

Рисунок 8 –  Пропеллерная мешанка

 

Пропеллерные  мешалки создают более интенсивные  осевые потоки жидкости, чем лопастные, и, следовательно, более интенсивно перемешивают жидкость. Перемешивание  пропеллерными мешалками улучшается при установке в аппарате отражательных  перегородок или диффузора –  короткого цилиндрического (иногда слегка конического) стакана, в котором  помещается пропеллер (рисунок 9). Диффузор направляет циркуляцию жидкости в осевом направлении и благоприятно влияет на перемешивание в аппаратах  с змеевиками и другими внутренними  устройствами.

 

 

Рисунок 9 – Пропеллерная мешалка с диффузором

 

Эффективность перемешивания в аппаратах большой  емкости возрастает при эксцентричной  установке пропеллеров или расположении вала пропеллерной мешалки под углом 10-20^о к вертикали.

Достоинства пропеллерных мешалок:

1. интенсивное перемешивание;
2. умеренный расход энергии, даже при значительном числе оборотов;
3. невысокая стоимость.

К недостаткам  пропеллерных мешалок относят:

1. малая эффективность перемешивания вязких жидкостей;
2. ограниченный объем интенсивно перемешиваемой жидкости.

Пропеллерные  мешалки применяют главным образом  для следующих целей:

1. интенсивное перемешивание маловязких жидкостей;
2. приготовление суспензий и эмульсий;
3. взмучивание осадков, содержащих до 10% твердой фазы, состоящей из частиц размером до 0,15 мм.

Пропеллерные  мешалки перемешивают жидкость быстрее  и интенсивнее лопастных мешалок, при умеренном расходе энергии, превышающем, однако, расход ее для  лопастных мешалок.

Пропеллерные  мешалки пригодны для проведения непрерывных процессов, но неприменимы  для гомогенного смешивания, для  смешивания вязких жидкостей (μ более 6000 спз), а также для смешивания жидкостей с твердыми веществами большой плотности.

 

8. Специальные мешалки

 

Для перемешивания  вязких жидкостей и пастообразных материалов применяют так называемые якорные мешалки с лопастями, изогнутыми по форме стенок и днища сосуда (рисунок 10). Якорные мешалки очищают стенки аппаратов от налипающего на них материала, благодаря чему улучшается теплообмен и предотвращаются местные перегревы перемешиваемых веществ.

 

 

Рисунок 10 – Барабанная мешалка

Барабанная мешалка (рисунок 11) представляет собой лопастной барабан в виде так называемого беличьего колеса. Мешалки этой конструкции создают большую подъемную силу и потому весьма эффективны при проведении реакций между газом и жидкостью, а также при получении эмульсий, обработке быстро расслаивающихся суспензий и взмучивании тяжелых осадков.

 

Рисунок 11 – Барабанная мешалка

 

 Рекомендуемые условия применения барабанных мешалок: отношение диаметра барабана к диаметру сосуда от 1:4 до 1:6, отношение высоты жидкости к диаметру барабана не менее 10.

 

9. Перемешивание сжатым воздухом

 

Перемешивание маловязких жидкостей иногда производят сжатым воздухом. Таким способом возможно лишь медленное перемешивание при  сравнительно большом расходе энергии; кроме того, как указывалось, перемешивание  воздухом может сопровождаться нежелательным  окислением или испарением продуктов.

Обычно перемешивание  сжатым воздухом проводят в аппаратах, снабженных барбатером – трубой с  отверстиями для выхода воздуха, или в аппаратах, работающих по принципу воздушных подъемников (эрлифтов). В  последнем случае жидкость, смешанная  с пузырьками воздуха, поднимается  по центральной трубе, расположенной  по оси аппарата, и опускается в  кольцевом пространстве между трубой и стенками аппарата. Таким образом  жидкость циркулирует в аппарате и перемешивается в нем. 

При введении воздуха в нижнюю часть аппарата в последнем создается эрлифт, обеспечивающий интенсивное перемешивание  жидкости (рисунок 12,а). Чем выше по высоте аппарата вводится воздух, тем меньше затраты на его сжатие. Поэтому, очевидно, воздух выгоднее вводить на небольшой глубине, т.е. использовать для перемешивания широкие, но низкие аппараты.

 

 

а – с центральным барбатером; б – с газлифтной (эрлифтной) трубой; в - кожухотрубчатый аппарат с газлифтными трубами и циркуляционной трубой; 1 – газлифтные трубы; 2 – циркуляционная труба; 3 – трубные решетки; Ж – жидкость; Г – газ; Т – теплоноситель.

 

Рисунок 12 –  Принципиальные схемы перемешивания  с помощью сжатого газа

 

Для интенсификации воздушного перемешивания в аппаратах  устанавливают циркуляторы - газлифтные (эрлифтные) трубы, создающие многократную циркуляцию жидкости в аппарате (рисунок 12, б). Газлифтную трубу, открытую с обоих концов, устанавливают в центре аппарата. Воздух подают внутрь циркулятора, причем чем больше создаваемый восходящий поток, тем лучше перемешивание.

Для отвода или  подвода теплоты разработаны  кожухотрубчатые газлифтные аппараты (рисунок 12, в). 

 

10. Турбинные мешалки

 

Турбинные мешалки бывают двух типов: открытые и закрытые (рисунок 13, а и б), имеющие лопастное колесо с каналами (наподобие рабочего колеса центробежного насоса). Турбинные мешалки работают при 100 – 350 об/мин и производят интенсивное перемешивание жидкости.

Открытые  турбинные мешалки представляют собой, по существу, усовершенствованную  конструкцию простых лопастных  мешалок. Вращение нескольких лопастей, расположенных под углом к  вертикальной плоскости, создает наряду с радиальными потоками осевые потоки жидкости, что способствует интенсивному перемешиванию ее в больших объемах. Интенсивность перемешивания возрастает при установке в сосуде отражательных перегородок.

 

 

а и  б – открытые; в – закрытая с направляющим аппаратом.

 

Рисунок 13 – Турбинные мешалки

 

Закрытые  турбинные мешалки обычно устанавливают  внутри направляющего аппарата, который  представляет собой неподвижное  кольцо с лопатками, изогнутыми под  углом 45 – 90^о (рисунок 13, в). Закрытые турбинные мешалки создают преимущественно радиальные потоки жидкости  при небольшой затрате кинетической энергии. Образующиеся радиальные потоки жидкости обладают достаточно большой скоростью и распространяются  по всему сечению аппарата, достигается наиболее удаленных его точек. Жидкость входит в мешалку через центральное отверстие и выходит по касательной к колесу. В колесе жидкость плавно меняет направление от вертикального (по оси) до горизонтального (по радиусу) и выбрасывается из колеса с большой скоростью. При таком направленном и многократно повторяющемся в единицу времени движении жидкости достигается быстрое и эффективное перемешивание ее во всем объеме сосуда (рисунок 14).

Для улучшения  и ускорения перемешивания (что  особенно важно в аппаратах непрерывного действия) применяют турбинные мешалки  с лопастями или колесами, расположенными на различной высоте.

Рекомендуемые условия применения турбинных мешалок: отношение диаметра аппарата к диаметру мешалки D_A/d_M ≥ 1,5.

 

 

Рисунок 14 – Перемешивание турбинной  мешалкой

 

Достоинства турбинных мешалок:

1. быстрота перемешивания и растворения;
2. эффективность перемешивания вязких жидкостей;
3. пригодность для непрерывных процессов.

Недостатком турбинных мешалок является сравнительная  сложность и высокая сложность  изготовления.

Области применения турбинных мешалок:

1. интенсивное перемешивание и смешивание жидкостей различной вязкости, которая может изменяться в широких пределах (мешалки открытого типа до 10⁵ спз, мешалки закрытого типа до 5∙10⁵ спз );
2. тонкое диспергирование и быстрое растворение;
3. взмучивание осадков в жидкостях, содержащих 60% и более твердой фазы (для открытых мешалок – до 60%); допустимые размеры твердых частиц: до 1,5 мм для открытых мешалок, до 25 мм для закрытых мешалок.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

11. Применение механических мешалок в технологии

строительных  материалов

 

1.11.1 Основные сведения о процессах приготовления и

транспортирования бетонных и растворных смесей

 

Приготовление бетонной или растворной смеси заключается в том, чтобы путем перемешивания из различных компонентов получить однородную смесь с равномерным распределением отдельных зерен в общем объеме с обволакиванием их вяжущим веществом. Получение смесей требуемого качества обеспечивается многими факторами, зависящими от состава и качества исходных составляющих, точности их дозирования, способа перемешивания и режимов работы смесителей. Смешение компонентов осуществляется в бетоно- и растворосмесителях. По способу перемешивания смесители подразделяются на гравитационные, в которых компоненты перемешиваются во вращающемся барабане в результате их подъема на некоторую высоту и последующего свободного падения и принудительного перемешивания с помощью движущихся лопастей в неподвижном барабане. Продолжительность смешивания зависит как от состава и свойств смеси, так и от типа смесителя и устанавливается опытным путем для конкретных условий. Жесткие бетонные смеси и строительные растворы приготавливают в смесителях принудительного действия. Смесительные машины должны обеспечивать качественное смешение за минимально короткое время, не допуская расслоения компонентов смеси.

Для транспортирования приготовленных смесей на объекты используют автосамосвалы и специальные машины: автобетоновозы, авторастворовозы и автобетоносмесители. Выбор вида транспортных средств определяется конкретными условиями, с тем чтобы обязательно обеспечивалась сохранность качества смеси в пути следования. Во избежание расслаивания нельзя перевозить смеси без их побуждения в пути на расстоянии свыше 10 км по хорошей дороге и 3 км — по плохой.

1.12 Машины для приготовления бетонных и растворных смесей

1.12.1 Гравитационные бетоносмесители

 

Смешение компонентов в гравитационных смесителях происходит в барабанах, к внутренним стенкам которых прикреплены лопасти. При вращении барабана смесь лопастями, а также силами трения поднимается на некоторую высоту и затем сбрасывается вниз. Чтобы смесь могла свободно циркулировать внутри барабана, его объем должен в 2,5 ... 3 раза превышать объем смеси. Скорость вращения барабана невысокая, так как в противном случае центробежные силы будут препятствовать свободному перемещению  смеси.  Циклические бетоносмесители изготовляют с наклоняющимися при выгрузке смеси барабанами, а непрерывного действия — со стационарными барабанами. Основным параметром смесителей циклического действия является вместимость их барабана. Согласно ГОСТ 16349-70*, предусматривается следующий ряд бетоносмесителей вместимостью по загрузке (л): 100; 250; 500; 750; 1200; 1500; 2400; 3000. Основным параметром смесителей непрерывного действия является их производительность.