Лако-красочные материалы — производство

Пропеллерные мешалки считаются наиболее эффек­тивными в тех случаях, когда необходимо создать значительную циркуляцию жидкости в аппарате при ми­нимальном расходе механи­ческой энергии [1, 7, 14]. Они выполняют эту задачу лучше, чем мешалки другого типа, напри­мер турбинные. Пропеллерные мешалки создают осевую циркуляцию жидкости за счет насосного эффекта, поэтому они легко поднимают твердые частицы со дна сосуда и используются для создания суспензий (сусиеидиро ваиия).

Штербачек и Тауск [23] считают, что пропеллерные мешалки пригодны для создания эмульсий, для процессов растворения и про­цессов, протекающих с химическими реакциями при объеме жидко­сти до 7 м3. Для гомогенизации маловязких жидкостей, главным образом в нефтяной промышленности, при объеме аппарата до 16 ООО м3 применяют несколько мешалок, расположенных по окруж­ности аппарата. При образовании суспензий диаметр частиц пе дол­жен превышать 0,1—0,5 мм, а концентрация частиц 10%. Согласно Смитсу [22], пропеллерные мешалки не могут применяться для ди­спергирования газа в жидкости. Однако Вишневский, Глухалов и Ковалев [20] показали, что при соответствующем исполнении пропеллерные мешалки тоже гарантируют хорошее перемешивание в этих системах. Отношение d/D для пропеллерных мешалок такое же, как и для турбинных мешалок ‘(чаще всего d/D =- 1/i-f-1/3). Возможно также снижение диаметра метиалки до величины А — турбинная мешалка с прямыми лопатками, а = Dfi, B = Dj5; б — турбинная мешалка с загнутыми лопатками с усилением, B = D/5; В — турбинная мешалка с прямыми наклонными лопатками, а = D/4, B = D/5, А = 45°; г — турбинная открытая мешалка с прямыми ло­патками, а — D/4, B = D/5; А — турбинная открытая мешалка с загнутыми лопатками, а = = D/4, B = D/5;« — турбинная открытая мешалка с наклонными лопатками, а = D/4, B = = D/5, Aj= 45°; ж — турбинная мешалка с плуговыми лопатками, B = D/5; З — турбинная тарельчатая мешалка, а = 0,35D, B = 0,Id; И — турбинная закрытая мешалка, а = D/5, B = D/5; К — турбинная литая мешалка с двойным направляющим аппаратом; л — мешалка типа «беличьего колеса», Ь= 1,6 D; Ж — турбинная конусная мешалка, B = D.

D ^ D/5. Окружная скорость края лопаток пропеллерных мешалок составляет 6—15 м/с.

Вебер [25 ] приводит следующие пределы для чисел оборотов про­пеллерных мешалок:

1) Пг = 400 об/мин — мешалки, применяемые для перемешива­ния тяжелых масел, шламов и т. п., а также для перемешивания систем, обнаруживающих склонность к вспениванию (не следует превышать значения пх, если вязкость перемешиваемой жидкости т] 0,2 Па-с, т. е. 200 сП, или объем жидкости в аппарате Vc

7,5′ м3);

2) п2 1150 об/мин — мешалки, применяемые для легких ма­сел, лаков и т. п. (не следует превышать значений п2, если вязкость перемешиваемой жидкости г] 5s 0.05 Па-с, т. е. 50 сП, или объем жидкости в аппарате Vс ^ 2 м3);

3) п3 = 1750 об/мин — ме­шалки, применяемые для пере­мешивания жидкостей с низкой вязкостью и в аппаратах неболь­шого объема (см. рис. II-5).

Когда вязкость жидкости т] > 0,1 Па-с (100 сП), а высота жидкости в аппарате Н > 4d, Вебер рекомендует применять бо­лее чем одну мешалку. В этом случае на одном валу располагают от одной до трех пропеллерных мешалок [23].

Пропеллерные мешалки могут быть непосредственно соединены с электродвигателем без промежуточной передачи, что снижает капиталовложения и повышает к. п. д. привода. Электродвигатель при этом получает нагрузку лишь после достижения большого числа оборотов, а следовательно, не требует запаса мощности на период пуска. Это является преимуществом такого типа мешалок. Недоста­ток пропеллерных ^мешалок — относительно высокая стоимость их изготовления.

Наиболее совершенным, но и наиболее дорогим в изготовлении, является пропеллер типа корабельного винта. Размеры такого Пропеллера [2]:

Средняя ширина лопатки…. B (0,2 ч — 0,35) D

Число лопаток……………………………………………… Z = 2 ч-6

Толщина лопатки………………………….. с ^0,03 ч — 0,07 D

Инвариант шага…………………………….. …. S/D — 0,6 ч — 2,3

Отношение поверхности лопаток А

К поверхности A0 = nd~/4 . . „ А/А0 = 0,509;

Zbj d —- 0,4 4-0,5

Диаметр ступицы…………………………. do ^ 0,3d

Лопасти пропеллера могут быть отлиты вместе с втулкой (рис. 11-15) или крепиться к ней с помощью винтов. При расчете Толщины и формы лопастей такого пропеллера следует применять Методику, разработанную для корабельных винтов [И, 12].

Проектирование и изготовление пропеллерной мешалкп является, таким образом, делом сложным и дорогостоящим, так что оно может себя оправдать только в случае больших мешалок, для которых эко­номия энергии, расходуемой па перемешивание, окупит затраты. В случае небольших мешалок пропеллер можно изготовить упро­щенным способом, например путем выгибания или выдавливания лопастей из листового железа. Различные конструкции мешалок AJICOII (США) представлены на рис. 11-16.

Одним из наиболее важных геометрических параметров пропел­лерной мешалкп является ее шаг, связанный с наклоном лопастей зависимостью:

S ■ — 2.4r ig А (II-1)

Где а — угол наклона лопасти на радиусе г, рассчитанный относи­тельно плоскости вращения мешалкп.

Рис. II-16. Конструкции пропеллерных мешалок (АЛСОП):

А — стандартное решение; б — альтернативное решение; в — пропеллер с отверстиями в лопастях, применяемый при перемешивании жидкостей и трудносмачиваемых по­рошков; г — пропеллер с зубчатыми краями, применяемый для перемешивания волок­нистых материалов.

Как правило, эти мешалки конструируются с шагом, неизменным по радиусу. Лопасть мешалки представляет, таким образом, часть винтовой поверхности с постоянным шагом

Наклон лопастей меняется. Минимальный наклон — на наружной окружности, максимальный — у втулки. Наклон кромки лопастей рассчитывается по формуле:

Iga-^ (11-2)

Корабельные винты работают в диапазоне S/d 0,6-^-2,3, тогда как пропеллерные мешалкп могут работать при больших значениях S/d, вплоть до S/d 00 (прямые лопатки). В этом слу­чае пропеллерная мешалка переходит в турбинную с лопатками эллиптической конфигурации.

Часто применяются пропеллерные. мешалки с шагом S d. Такие мешалки имеют наклон кромки лопасти tg a S/nd — = 1/3,14 = 0,318 или a -= 17,65 ^ 8 . Встречаются также про­пеллерные мешалки, у которых угол наклона конца лопастей состав­ляет 45°. Эти мешалки имеют шаг S nd или tg a — S/nd — 1.

В литературе пока отсутствуют данные об оптимальном значе­нии отношения S/d[10]. Вишневский, Глуханов и Ковалев [26] утвер­ждают, например, что наилучшую циркуляцию жидкости в аппарате для перемешивания обеспечивает мешалки с шагом S = 2 — f — 4d.

На рис. II-17 показано перемешивающее устройство, использо­ванное этими авторами в реакторе объемом 0,003 м3, предназна­ченном для работы под давлением 118-Ю6 Па (120 кГ/см2) и темпе­ратуре 673 К. С левой стороны виден стальной корпус реактора.

А — мешалка с шагом S’ — 0,25*?; 6 — мешалка г шагом К — 2(1.

Пропеллерная мешалка имеет диффузор и направляющее колесо с отражающим диском. Число оборотов мешалки п = 2900 об/мин. Перемешиваемой жидкостью был лигроин с кинематической вяз­костью 1,4 -10~6 м2/с (1,4 сСт). Несмотря па столь большие обороты (мешалка с малым шагом S —- d/4), при перемешивании был достиг­нут небольшой эффект. Это объяснялось слабой циркуляцией жид­кости в аппарате — скорость жидкости в диффузоре была равна 0,05 м/с. При тех же оборотах мешалки, том же диаметре л шаге S — 2d эта скорость составляла 0,48 м/с (время циркуляции — доли секунды) и перемешивание было очень интенсивным, что приводило к образованию потока пены лигроина с воздухом. При таком переме­шивании скорость химических процессов, протекающих в неодно­родной среде, значительно возрастает по сравнению со скоростью процессов, осуществляемых в обычных автоклавах. Авторы [26 i установили, что скорость растворения твердых частиц, находящихся

В жидкости, возрастает в 4 раза, скорость растворения нена­сыщенных углеводородов в серной кислоте — в 13 раз. Одновременно возникают благоприятные условия для некоторых реакций, проте­кающих выборочно, поскольку вследствие интенсивного переме­шивания легко достигаются изотермические условия реализации большинства процессов.

С увеличением шага мешалки возрастает тенденция к завихрению жидкости в аппарате. Чтобы избежать завихрения жидкости и обра­зования воронки, применяют следующие способы:

1) эксцентричное расположение вала метпалки или установку его под некоторым углом к оси аппарата (можно использовать одно­временно оба способа);

2) установку отражательных перегородок в аппарате;

3) установку направляющего диска для выпрямления потока жидкости, отбрасываемого мешалкой в осевом направлении.

Различные способы расположения пропеллерных мешалок в ап­парате показаны на рис. II-18. Иногда пропеллерные мешалки снаб­жаются диффузором (циркуляционнной трубой). В диффузоре могут помещаться направляющие лопасти. Диффузор позволяет устанав­ливать пропеллер значительно выше от дна сосуда, что сокращает длину вала, а также дает возможность обеспечить явно осевую цир­куляцию жидкости в аппарате. При боковом расположении про­пеллерной мешалки (рис. 11-19) следует обращать внимание на сохранение соответствующего угла установки оси мешалки отно­сительно радиуса сосуда. Этот угол должен составлять 7— (рис. II-18, В).