Методи перемішування в рідких середовищах

Перемішування в рідких середовищах застосовується в промисловості для приготування суспензій, емульсій і отримання гомогенних систем (розчинів), а також для інтенсифікації хімічних, теплових і дифузійних процесів. В останньому випадку перемішування здійснюють безпосередньо в призначених для проведення цих процесів в апаратах, забезпечених перемішуючими пристроями. Мета перемішування визначається призначенням процесу. Під час приготування емульсій для інтенсивного дроблення дисперсної фази необхідно створювати в перемішуваному середовищі значні зрізаючі зусилля, залежні від величини градієнта швидкості. У тих зонах, де градієнт швидкості рідини має велике значення, відбувається найбільш інтенсивне дроблення оброблюваного матеріалу. У разі гомогенізації, приготування суспензій, нагрівання або охолоджування перемішуючого гомогенного середовища метою перемішування є зниження концентраційних або температурних градієнтів в об’ємі апарату.

Широкого поширення в легкій промисловості набули процеси перемішування в рідких середовищах. Незалежно від того, яке середовище змішується з рідиною – газ, рідина або тверда сипка речовина, – розрізняють два основні способи перемішування в рідких середовищах: механічний (за допомогою мішалок різних конструкцій) і пневматичний (стиснутим повітрям або інертним газом). Крім того, застосовують перемішування в трубопроводах і перемішування за допомогою сопел і насосів.

 МЕХАНІЧНІ ПЕРЕМІШУЮЧІ ПРИСТРОЇ

Механічні перемішуючі пристрої складаються з трьох основних частин: власне з мішалки, валу і приводу. Мішалка є робочим елементом пристрою, що закріплюється на вертикальному, горизонтальному або на похилому валу. Привід може бути здійснений або безпосередньо від електродвигуна (для швидкохідних мішалок), або через редуктор або клинопасову передачу.

За видом лопатей розрізняють мішалки лопатеві, пропелерні, турбінні і спеціальні. За типом створюваного мішалкою потоку рідини в апараті розрізняють мішалки, що забезпечують тангенціальну, радіальну, осьову і змішану течію.

При тангенціальній течії рідина в апараті рухається переважно концентричними колами, паралельними площині обертання мішалки. Якість перемішування буде найгіршою, коли швидкість обертання рідини буде рівна швидкості обертання мішалки. Радіальна течія характеризується направленим рухом рідини від мішалки до стінок апарату перпендикулярно осі обертання мішалки. Осьовий рух рідини направлений паралельно осі обертання мішалки.

У промислових апаратах з мішалками можливі різні поєднання цих типів течії. Тип створюваного потоку, а також конструктивні особливості мішалок визначають їх області застосування.

За високих швидкостей обертання мішалок перемішувана рідина залучається до кругового руху і навколо валу утворюється лійка, глибина якої збільшується із зростанням числа оборотів і зменшенням густини і в’язкості середовища.

ПНЕВМАТИЧНЕ ПЕРЕМІШУВАННЯ

Пневматичне перемішування методом барботування полягає в наступному. За допомогою розташованих на дні апарату трубок з отворами (так званих барботерів) через всю масу оброблюваної рідини пропускають повітря, яке приводить змішуване середовище в рух. Тиск повітря або газу, використовуваного для барботування, повинен бути достатнім для створення потрібного натиску в трубопроводі і подолання місцевих опорів і гідростатичного опору стовпа рідини. Тому при розрахунку пневматичних пристроїв для перемішування визначають необхідний тиск і витрату повітря або газу. При розрахунку барботерів хвилинну витрату повітря на 1м2 вільної поверхні змішуваної рідини в апараті можна приймати рівною:

– за слабкого перемішування 0,4 м3;

– за середнього – 0,8 м3;

– За інтенсивного – 1,0 м3.

Пневматичне перемішування не вимагає складних пристосувань: за наявності стислого повітря достатньо барботера, приєднаного до повітропроводу. Пневматичне перемішування слід застосовувати, коли необхідне порівняно повільне або глибоке перемішування рідин в’язкістю до 0,2 кг/(м∙с).

Перемішування гарячою парою застосовують, коли необхідно одночасно перемішувати і обігрівати рідину. Проте, використання пневматичного перемішування пов’язано відносно великою витратою енергії, а також з можливістю окислення і випарювання продукту. Ці недоліки значною мірою обмежують застосування пневматичне перемішування в хімічній промисловості.