Аппараты и мешалки. Привод мешалки

В технологии высокомолекулярных соединений перемешивание применяют для улучшения тепло- и массообмена, получения равномерных смесей нескольких жидкостей, жидкости и твердого тела, жидкости и газа.

Известны несколько видов перемешивания:

- механическое;

- циркуляционное;

- барботажное.

Рис. 2.1. Общая конструктивная схема аппарата с мешалкой: 1 – корпус; 2 – рубашка; 3 – мешалка; 4 – мотор с редуктором

На рис. 2.1. приведен вертикальный цилиндрический аппарат с мешалкой (механическое перемешивание). Аппарат состоит из корпуса 1 с рубашкой 2 для охлаждения или нагрева, крышки, опоры на которой укреплены электродвигатель 4 с редуктором для привода вала и рамной мешалкой 3. Продукт поступает в аппарат по трубе, доходящей почти до дна реактора, и выходит сверху через штуцера. Циркуляционное перемешивание – происходит за счет больших скоростей движения реакционной массы (насосом).

Барботажное перемешивание - осуществляется путем барботажа инертного газа или газообразных веществ через жидкость.

Привод мешалки.В промышленности чаще всего используют электрически привод, хотя в некоторых случаях можно применять паровой и гидравлический.

Электрический привод. Наиболее распространен индивидуальный выносной привод с вертикальным и горизонтальным расположением валов.

На рис. 2.2. приведен привод типа А – соединение вала мешалки с валом редуктора продольно-разъемной муфтой. Вследствие этого в приводе типа А опорой для вала является подшипник редуктора или подшипник редуктора и концевой подшипник вала мешалки, устанавливаемый внутри аппарата на днище.

Рис. 2.2. Привод (тип А слева) и схема колебаний вала (справа): 1 – редуктор; 2 – продольно-разъемная муфта; 3 – стойка привода; 4 – уплотнение; 5 – опора привода; 6 – маслоуловитель; 7 – вал; 8 – концевой подшипник

С точки зрения распределения нагрузок наиболее рациональны приводы с концевыми подшипниками (рис. 2.3.), роль, которых заключается в устранении крутильных колебаний консольного вала мешалки, являющихся следствием динамических нагрузок на вал от перемешиваемой среды. Крутильные колебания вызывают разнос подшипников и воздействуют на сальник.

Рис. 2.3. Концевой подшипник: 1 – вал; 2 – вращающаяся втулка; 3 – неподвижная втулка; 4 – съемная плита; 5 – стойка

Для обеспечения соосности двух втулок, может применяться концевой подшипник (рис.2.4.), в котором обойма невращающейся втулки имеет шаровую поверхность, что делает возможность устанавливать ось этой втулки в нужном направлении.

Рис. 2.4. Концевой подшипник с шаровой обоймой: 1 – вал; 2 – вращающаяся втулка; 3 – неподвтжная текстолитовая втулка; 4 – обойма

Мешалки.Перемешивание реакционной массы, пастообразных и вязких материалов осуществляется при помощи мешалок, которые по конструктивной форме в зависимости от устройства лопастей разделяются на лопастные, листовые, якорные, рамные, турбинные, пропеллерные и специальные. Все они состоят из трех частей: вала, на котором закреплена мешалка, мешалки, являющейся рабочим элементом и привода, с помощью которого вал приводится в движение.

Рамные мешалки являются комбинацией простых лопастных мешалок с вертикальными и наклонными планками и применяются в случае больших объемов перемешиваемых вязких материалов (рис. 2.5.).

Рис. 2.5. Простые лопастные мешалки

Рис. 2.6. Якорные мешалки

Якорные мешалки используют для перемешивания очень вязких жидкостей, особенно если процесс сопровождается нагревом среды через стенки аппарата (рис.2.6.). Из-за небольшого зазора между краями мешалки и стенки аппарата около последних возникает сильное турбулентное течение, препятствующее перегреванию жидкости и образованию на стенках осадков. При высокой вязкости жидкости мешалка снабжается добавочными горизонтальными и вертикальными лопастями (рис. 2.6. б).

Рис. 2.7. Схема планетарной мешалки

Планетарные мешалки (рис. 2.7.) применяются для перемешивания особо вязких продуктов. Она состоит из вала 1, проходящего через неподвижное зубчатое колесо 2. На валу 1 укреплено водило 3, ведущий вал 4, а на последнем зубчатое колесо 5, сцепляющееся с неподвижным колесом 2 и лопасти мешалки 6. При вращении вала 1 водило 3 увлекает за собой вал 4 и колесо 5, которое катится по колесу 2, заставляя при этом вращаться лопасти мешалки 6 одновременно как вокруг оси вала 4, так и вокруг вала 1. Каждая точка лопасти описывает при этом сложную кривую, форма которой зависит от положения точки на лопасти. Так как скорость точки всегда направлена по касательной к траектории, то направление скорости точек непрерывно меняется.

В планетарных мешалках возникает довольно интенсивное движение жидкости.

Рис. 2.8. Пропеллерная мешалка

Пропеллерные мешалки имеют три или четыре лопасти, расположенные винтообразно (рис.2.8.). Пропеллерные мешалки применяют для перемешивания жидкостей, растворения, образования взвесей, проведения химических реакций в жидкой среде, образования маловязких эмульсий и гомогенизации больших объемов жидкости.

Рис. 2.9. Мешалки: а – с диффузором; б – с диффузором и направляющими в аппарате

Для получения большей скорости и большей кратности циркуляции перемешиваемой жидкости применяются диффузоры, представляющие собой цилиндрические или конические обечайки, встроенные соосно в аппарат (рис.2.9.)

Диффузор обеспечивает циркуляцию жидкости в объеме аппарата (рис. 2.10.) и может служить дополнительной поверхностью теплообмена.

Рис. 2.10. Схема циркуляции жидкости в аппарате с мешалкой при наличии диффузора: 1 – направляющий аппарат;

2 – диффузор