![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Смесители для жидкостей-и высоковязких материалов.
Перемешивание жидкостей находит широкое применение в химической промышленности для приготовления эмульсий, суспензий, однородных физических смесей, для интенсификации тепло- и массообмена и многих химических реакций. Наибольшее распространение нашел механический способ перемешивания, характеризующийся введением в перемешиваемую среду механической энергии из внешнего источника. Значительно реже используется пневматическое (сжатым воздухом или инертным газом) перемешивание или перемешивание с помощью сопл и насосов. Аппарат для механического смешивания жидкостей состоит обычно из корпуса (преимущественно вертикального), перемешивающего устройства, включающего три основных элемента: собственно мешалку, вал и привод. Мешалка является рабочим элементом, закрепляемым на вертикальном, горизонтальном или наклонном валу. Привод может быть осуществлен либо непосредственно от электродвигателя (для быстроходных мешалок), либо через редуктор или кликеременную передачу. Механическое перемешивание осуществляется лопастными, пропеллерными, турбинными и специальными мешалками. Лопастные мешалки применяются для перемешивания маловязких жидкостей (до. 103 МПа-с), растворения или диспергирования твердых веществ с малым удельным весом. Лопастные мешалки отличаются простотой конструкции и малой стоимостью изготовления. Наиболее просты мешалки с плоскими лопастями из полосовой или угловой стали, установленными перпендикулярно или наклонно к направлению их движения (рис. 3.7). Частота вращения таких мешалок изменяется в интервале 18—80 об/мин. При превышении частоты вращения лопастей указанного предела эффективность снижается. Поскольку в мешалках, изображенных на рис. 3. 7, создаются в основном горизонтальные потоки, не обеспечивающие во многих случаях
Рис. 3.7. Лопастная мешалка: / — привод; 2 — вал; 3 — накладка; 4 — лопасть; 5 — шпонка; 6 —подпятник
эффективного перемешивания, то используются видоизмененные конструкции лопастей. Некоторое увеличение осевого потока жидкости достигается при наклоне лопастей под углом 30—45° к оси вала. Такая мешалка способна удерживать во взвешенном состоянии частицы, скорость осаждения которых невелика. Для увеличения турбулентности среды в аппаратах с большим отношением высоты к диаметру используются многорядные двухлопастные мешалки с установкой на валу нескольких рядов мешалок, повернутых друг относительно друга на 90°. Расстояния между соседними рядами выбираются в пределах (0, 3—0, 8) D, где D — диаметр мешалки. Для перемешивания жидкостей вязкостью не более 104 МПа-с, а также для аппаратов, обогреваемых с помощью рубашки или. внутренних змеевиков, особенно в случаях выпадения осадка или загрязнения теплопередающей поверхности, применяется якорные (напоминают по форме якорь) или рамные (см. табл. 3. 1) мешалки. Они имеют форму, соответствующую внутренней конфигурации аппарата, и диаметр, близкий к диаметру аппарата или змеевика. При вращении эти мешалки очищают стенки и дно аппарата от налипания. К недостаткам лопастных мешалок относятся малая интенсивность перемешивания густых и вязких жидкостей, а также полная непригодность для перемешивания легко расслаивающихся веществ. Пропеллерные мешалки применяются для интенсивного перемешивания маловязких жидкостей (до 2-103 МПа-с), растворения, образования взвесей, быстрого перемешивания, проведения химических реакций в жидкой среде, образования маловязких эмульсий и гомогенизации больших объемов жидкости. Рабочей частью пропеллерной мешалки является пропеллер (см. табл. 3.1) —устройство с несколькими фасонными лопастями, изогнутыми по профилю гребного винта. Наибольшее распространение получили трехлопастные пропеллеры. На валу мешалки в зависимости от высоты слоя жидкости устанавливаются один или несколько пропеллеров. Пропеллерные мешалки создают преимущественно осевые потоки перемешиваемой среды, что позволяет сократить продолжительность перемешивания. Их эффективность сильно зависит, от формы аппарата и расположения в нем мешалки. Пропеллерные мешалки следует применять в цилиндрических аппаратах с выпуклыми днищами. При установке их в прямоугольных аппаратах с плоскими днищами интенсивность перемешивания падает вследствие образования застойных зон. Для улучшения перемешивания больших объемов жидкости и организации направленного ее течения (яри большом отношении высоты аппарата к диаметру) используют направляющий аппарат, или диффузор. Он представляет собой цилиндрический или конический стакан, внутри которого размещается мешалка. При больших частотах вращения мешалки в аппарате без диффузора устанавливаются отражательные перегородки. Турбинные мешалки применяются для образования взвесей, растворения, абсорбции газов, интенсификации теплообмена и проведения химических реакций. Рабочий элемент мешалки имеет форму колеса водяных турбин с плоскими, наклонными или криволинейными лопатками, укрепленными, как правило, на вертикальном валу (см. табл. 3. 1). В аппаратах с турбинными мешалками создаются преимущественно радиальные потоки жидкости. Однако при большой частоте вращения возможно возникновение тангенциального (кругового) течения содержимого аппарата и образование воронки. Турбинные мешалки могут быть открытого и закрытого типов. Закрытые турбинные мешалки имеют два диска с отверстиями в центре для прохода жидкости; диски сверху и снизу привариваются к плоским лопастям. Жидкость поступает в мешалку параллельно оси вала, выбрасывается ею в радиальном направлении и достигает наиболее удаленных точек аппарата, обеспечивая интенсивное перемешивание во всем объеме аппарата. При больших отношениях высоты аппарата к диаметру используются многорядные турбинные мешалки. Отечественные предприятия выпускают турбинные мешалки с диаметром турбин от 400 до 800 мм и частотой их вращения от 42 до 600 об/мин. Специальные мешалки распространены в химической промышленности в меньшей степени, чем указанные выше. К специальным относятся дисковые, вибрационные и барабанные мешалки. Рабочими элементами дисковых мешалок являются один или несколько гладких дисков, укрепленных на быстровращающемся валу. Течение жидкости в аппарате происходит в тангенциальном направлении за счет сил трения жидкости о диск. Иногда края диска делают зубчатыми. Диаметр диска составляет 0, 10—0, 15 диаметра аппарата. Окружная скорость изменяется в интервале 5—35 м/с. Вибрационные мешалки имеют вал с закрепленными на нем одним или несколькими перфорированными дисками. Вал и диски совершают колебательные движения (обычно в вертикальном направлении), обеспечивающие интенсивное перемешивание жидкостей: Энергия, потребляемая этими мешалками, невелика. Они используются для перемешивания жидких суспензий преимущественно в аппаратах, работающих под давлением. Время, необходимое для растворения, гомогенизации, диспергирования, при применении вибрационных Мешалок значительно сокращается. Поверхность жидкости при перемешивании остается спокойной, воронок не образуется. Вибрационные мешалки изготовляются диаметром, до 300 мм и применяются в аппаратах емкостью не более 3 м3. Выбор того или иного типа мешалок определяется целевым назначением перемешивающих устройств и конкретными условиями протека. Смесители для вязких и пастообразных материалов. Для перемешивания высоковязких материалов применяются роторные, валковые, червячные смесительные машины и бегуны. Наибольшее распространение в общехимических производствах нашли двухроторные машины без давления, которые называются мешателями, и машины с постоянным давлением на массу, обеспечивающим ее поджатие к перемешивающим органам, — пластосмесители. Валковые и червячные машины используются в специальных производствах, в частности, для гомогенизации и пластикации синтетических смол, резиновых смесей и им подобных материалов. Они относятся к специальному оборудованию и в настоящем учебном пособии не рассматриваются. Достаточно обширные сведения об этих машинах можно получить в работах [50, 22]. Мешатели являются машинами более энергоемкими по сравнению со смесителями для сыпучих и жидких продуктов. Их корпус, роторы и другие элементы конструкции обладают большей жесткостью. При конструировании этих машин приходится решать задачи теплоотвода, механизации загрузки и выгрузки, чистки и т. п. Обогрев корпуса мешателей может быть паровым, водяным или электрическим. Для охлаждения.корпуса (при перемешивании высоко-вязких материалов) используется вода, циркулирующая в рубашке или в специальных каналах корпуса. Разгрузка смесителей механизируется путем опрокидывания корпуса, открытия откидной боковой стенки, установки в нижней части корыта разгрузочного шнека или затвора (чаще всего гидравлического типа). Для опрокидывания корпуса мешателя используются следующие способы: опрокидывание с помощью цепей, жестко соединенных с днищем корыта и перекинутых через две приводные звездочки, расположенные на стойке смесителя; опрокидывание с помощью вертикального винта и движущейся по нему гайки, соединенной посредством ры'-чагоз с корпусом; опрокидывание с помощью гидроцилиндра. Как показала практика эксплуатации, наилучшие результаты даст разгрузка готовой массы с помощью специального шнека (смесителя серии СРШ, см. рис. 3.4), с нижней выгрузкой через затвор, а также путем опрокидывания корпуса с помощью гидроцилиндра. В дальнейшем предполагается заменить машины с поворотом корпуса на машины с неподвижным корпусом, снабженным специальным затвором. Один из видов таких смесителей показан на рис. 3. 8. Смеситель состоит из корпуса 2 с крышкой /, в которой размещены штуцера для подачи сырья и люк для разгрузки готового продукта. Корпус и торцовые стенки смесителя снабжены рубашками для обогрева паром под давлением 060 МПа. В корпусе размещены две Z-образные лопасти 17 (роторы), вращающиеся навстречу друг другу. Частота вращения переднего ротора— 44, 2 об/мин, заднего — 24, 4 об/мин. Вращение лопастей осуществляется от электродвигателя 16 взрызо-безопасного типа (N = 42 кВт, п= 1500 об/мин) через муфту 12, цилиндрический двухступенчатый редуктор 13 (i= 15, 75), зубчатую муфту 15 и пару зубчатых колес, заключенных в кожух 11. Готовый продукт выгружается из корпуса через дза люка 9, размещенных в- нижней части каждой половины корпуса. Люки открываются.и закрываются вручную с помощью рукоятки 4 или механического привода от электродвигателя 3 (N = 5 кВт) через муфту, конический редуктор и винт с гайкой. Винт, перемещая гайку, передвигает по направляющим 10 нижнюю шаровую опору 7, в которой закреплен кронштейн 8, соединенный шарннрно с люком 9. При перемещении
Рис. 3.8. Смеситель емкостью 2000 м3 с паровым обогревом и нижней выгрузкой смеси: / —. крышка; 2 — корпус; 3, 16 — электродвигатели; 4 — рукоятка ручной разгрузки; 5 — фундаментная плита для корпуса; 6 —винт с ганкой; 7 — -шаровая опора нижняя; 8 — шарнир-кронштейн: 9 — разгрузочный люк; 10 — направляющие опоры; // — кожух; 12 — упругая муфта; 13 — редуктор; 14 — плита для привода; 15 — зубчатая муфта; 17 — лопасть
влево опора 7 освобождает место опускания люка вниз. Места шарового соединения кронштейна с люком и опорой закрыты кожухами. Корпус смесителя с механизмом разгрузки расположен на фундаментной плите 5, электродвигатель привода роторов с редуктором — па плите 14. Масса смесителя 19 т. Типовые формы лопастей показаны на рис. 3. 9. Основные параметры смесителей с. Z-образными лопастями периодического действия общего назначения нормализованы НИИХИММАШем. Их основные технические данные:
Рабочий объем - 5÷ 600 л Диаметр лопастей - 110÷ 600 мм Частота вращения передней лопасти - 40÷ 20 об/мин роторов - 0, 8÷ 40 кВт
для смешения и глубокой гомогенизации пластических масс применяются пластомеры серии ПС. Упрощенная конструктивная схема машины ПС-140 показана на рис 3 10. Масса загружается в камеру 5 из воронки 3 при открытой откидной крышки 2. с помощью пневмоцилиндра 1 масса проталкивается плунжером 4 и во время перемешивания вжимается в зазор между фигурными валками 6, вращающимися навстречу друг другу. Готовая масса разгружается через нижнее отверстие, перекрытое в период перемешивания скользящим затвором 8 (при этом затвор 8 перемещается в плоскости, перпендикулярной чертежу с помощью пневмоцилиндра.). Рис. 3.9. Формы лопастей (роторов) двухвальных смесителей: а —. г — для перемешивания масс умеренной вязкости; е — для масс с волокнистыми компонентами; д, ж — для вязких (тяжелых) масс
Рис.3.10. Пластосмеситель серии ПС в поперечном разрезе: 1 - пневмоцнлиндр; 2 — крышка воронки; 3 — воронка для загрузки; 4 — плунжер; 5 — камера перемешивания; 6 — фигурные валки; 7 — станина; 8 — разгрузочный затвор
Камера, валки и затвор имеют водяное охлаждение. Модель ПС-140 полезной емкостью 140 л (при полном объеме камеры 253 л) потребляет мощность до 240 кВт при частоте вращения валков 17/20 об/мин. . Отечественные предприятия выпускают также пластосмесители СП-45 и СП-180.
|