Механическое перемешивание
Наибольшее распространение в промышленности получил механический способ перемешивания. Механическое перемешивание осуществляют с помощью мешалок, которым сообщается от двигателя вращательное или возвратно-поступательное движение.
Процесс перемешивания сводится к внешней задаче гидродинамики – обтеканию тел потоком жидкости. При вращении мешалки в аппарате возникает сложное движение жидкости, которое можно разложить на тангенциальное (по касательной к окружности вращения), радиальное (по радиусу) и аксиальное (параллельное оси мешалки). Мешалки разных конструкций создают потоки с различным относительным распределением этих составляющих.
По этому признаку мешалки можно разделить на следующие группы:
– создающие преимущественно тангенциальные потоки – лопастные, якорные, рамные (рис. 6.2);
а
б в
Рисунок 6.2 – Мешалки, создающие преимущественно тангенциальные потоки:
а– лопастные мешалки (неразъемная и разъемная);б– якорная мешалка;в– рамная мешалка
– создающие преимущественно радиально-аксиальные потоки – пропеллерные, турбинные клетьевые (рис. 6.3);
а б
в
-
г
д
е
Рисунок 6.3 – Мешалки, создающие преимущественно радиально-аксиальные потоки: а– трехлопастная мешалка;б– шестилопастная мешалка;в– открытая турбинная мешалка (неразъемная и разъемная);г– закрытая турбинная мешалка;д– винтовая мешалка;е– клетьевая мешалка
– создающие преимущественно аксиальные потоки – мешалки с диффузором, шнековые и ленточные (рис. 6.4).
Рисунок 6.4 – Мешалки, создающие преимущественно аксиальные потоки:
а– пропеллерная мешалка с диффузором;б– шнековая мешалка;в– ленточная мешалка
Быстроходные мешалки, кроме радиальных и радиально-аксиальных потоков, создают вращательное движение, за счет которого в центре возникает зона пониженного давления и происходит образование воронки, которая может достигнуть мешалки (рис. 6.5).
Чтобы уменьшить вращение жидкости и дополнительно турбулизировать поток, на корпус аппарата по образующей устанавливают отражательные перегородки (рис. 6.6).
|
Рисунок 6.5 – Центральная воронка в аппарате безотражательных перегородок |
Рисунок 6.6 – Радиальные (а) и осевые (б) линии тока в аппарате с отражательными перегородками |
При движении в жидкости в точках поверхности лопасти мешалки, где скорость жидкости является наибольшей (например, у кромок вертикальной пластины), происходит отрыв пограничного слоя и образование турбулентного кормового следа. Окружная скорость имеет наибольшее значение на периферии мешалки, так как ее величина пропорциональна диаметру мешалки. В данной области, как следует из уравнения Бернулли, образуется зона пониженного давления, куда устремляется жидкость, находящаяся в аппарате. Это течение, а также радиальные потоки, возникающие под действием центробежных сил при вращательном движении мешалки, приводят к интенсивному перемешиванию содержимого аппарата.