Из статьи вы узнаете:
- как работает мешалка;
- почему быстроходные мешалки подходят не для всех жидкостей;
- где применяют оборудование и когда его совмещают;
- как рассчитывают мощность техники для конкретной системы;
- как выбрать мешалку, которая не доставят проблем.
Виды и применение мешалок
Мешалка – это устройство, которое перемешивает жидкость или вязкую среду внутри резервуара. Ее задача – поддерживать однородный состав этой среды. Мешалки часто применяют в емкостях с суспензиями, которые без перемешивания начнут образовывать осадок. Также мешалки могут:
- ускорять химические реакции;
- поддерживать равномерную температуру раствора/суспензии;
- предотвращать образование отложений на стенках, днище.
Погружная мешалка
Устройства для перемешивания применяют в самых разных областях:
- в химической промышленности, в том числе в реакторах, для поддержания состава суспензий, защиты вязких сред от расслоения;
- в пищевой промышленности;
- в нефтегазовой отрасли для работы с различными нефтепродуктами, растворами;
- на очистных сооружениях для перемешивания сточных вод;
- при производстве строительных смесей, красок, штукатурок.
Классификацию мешалок можно найти в ГОСТ 20680-2002. В документе есть описание и требования к изготовлению около 10 различных видов мешалок и их модификаций.
| Группа | Вращение | Диаметр рабочей части | Как работает | Возможная вязкость среды | Применение |
|---|---|---|---|---|---|
| Быстроходные | Быстрое (до 3000 об/мин) | Обычно малый | Создает интенсивный локальный поток, который распространяется по всему объему жидкости | Низкая (обычно менее 100 Па·с) | Жидкие среды – например, сточные воды с небольшим содержанием примесей, химическая промышленность. |
| Тихоходные | Медленное (до 80 об/мин) | Обычно большой | Воздействуют на всю массу жидкости, включая участки у стенок | Высокая (до 500 Па·с) | Густые строительные смеси, нефтепродукты, пищевая промышленность, перемешивание других вязких сред |
Хотя официально ГОСТ не разделяет перемешивающие устройства по скорости, в обиходе все их делят на две большие группы: быстроходные и тихоходные. Для удобства представим различия между ними в таблице.
Насос рецикла и мешалка – когда используются вместе?
Мешалка может использоваться совместно с насосом рецикла, когда нужно обеспечить не только локальное перемешивание, но и циркуляцию среды по внешнему контуру. Часто комбинацию «рециркуляционный насос + мешалка» применяют в химических реакторах:
- мешалка перемешивает среду внутри аппарата – предотвращает образование застойных зон, поддерживает тяжелые частицы во взвешенном состоянии;
- насос забирает часть жидкости из реактора и направляет его через теплообменник;
- охлажденная среда возвращается обратно в реактор.
Рецикл необязательно используют для охлаждения среды – иногда он необходим для фильтрации или стерилизации жидкости, перекачки ее через мембранные модули или других задач.
Совместное использование насосов и мешалок рассматривают:
- При работе с большими объемами жидкости. В крупных реакторах, к примеру, трудно добиться равномерного перемешивания на всех участках.
- Для вязких сред. Чем гуще среда, тем сложнее обеспечить однородность с помощью мешалок, поэтому дополнительно применяют циркуляционное перемешивание.
- Для систем с интенсивным теплообменом. Внешний контур позволяет быстрее охлаждать рабочую среду.
- Для суспензий, склонных к образованию осадка, отложений. Комбинированное оборудование позволяет улучшить и стабилизировать массообмен.
Критерии выбора мешалки
Подбор мешалки по параметрам – задача для инженера-гидродинамика. В первую очередь специалист определяет свойства среды, в которой будет работать устройство. Учитываются:
- вязкость и плотность;
- диапазон рабочих температур;
- объем твердых частиц, примесей;
- склонность к вспениванию;
- химическая агрессивность.
Как понятно из таблицы в начале статьи, для невязких сред обычно используют быстроходные мешалки, для вязких – тихоходные шнековые, якорные или другие.
По мощности и энергоэффективности
Мощность мешалки подбирают исходя из ее диаметра, скорости вращения лопастей и типа импеллера. Одна из формул, которую используют в гидродинамике для ее расчета, выглядит так:
N = KN × ρ × n3 × d5м
Где N – мощность в Вт, KN – коэффициент мощности, n – частота вращения лопастей, d – их диаметр, а ρ – плотность перемешиваемой среды в килограммах на кубический метр.
Из формулы видна прямая зависимость мощности от диаметра и количества оборотов: даже небольшое их увеличение приводит к кратному росту требований по мощности, что необходимо учитывать при расчетах, так как это влияет на энергопотребление.
Факт: энергоэффективность мешалки также определяет тип ее двигателя. Относительно экономичными считаются многополюсные двигатели с прямым подключением, такие, как на моделях серии VMIX от VSNP.
По размеру
Размер мешалки также подбирают исходя из параметров жидкости и размеров аппарата. Для быстроходных моделей это обычно от 0,2 до 0,5D, для тихоходных – в диапазоне 0,6-0,98D, где D – внутренний диаметр аппарата.
Рассмотрим критерии, которые важны для мешалок:
- Коррозионная стойкость. Материалы, контактирующие с рабочей средой, должны быть устойчивы к окислению. Это касается как основных деталей (например, лопастей), так и уплотнений. Для защиты от ржавления производители используют специальные антикоррозийные покрытия, детали из коррозионностойких материалов, например, карбида вольфрама.
- Защита электронных компонентов. Электроника устройства должна быть защищена от пыли и влаги. Чтобы наглядно отразить уровень защиты, производители используют международный стандарт IP. Например, IP68 означает, что корпус с чувствительными компонентами полностью непроницаем для пыли и выдерживает длительное погружение в воду.
- Ремонтопригодность. При подборе также учитывают гарантии от производителя, наличие сертифицированных сервисных центров для обслуживания или ремонта оборудования.
Возможности для автоматизации
Для большинства систем процессы перемешивания и рециркуляции автоматизируются – практически все современные химические и биореакторы управляются благодаря системам датчиков и контроллеров без постоянного участия оператора.
В системах устанавливают:
- частотные преобразователи (VFD) – плавно меняют скорость вращения лопастей в зависимости от стадии процесса, помогают оптимизировать потребление энергии;
- датчики температуры, давления, уровня жидкости, концентрации и другие – служат для сбора характеристик среды в реальном времени.
Датчик концентрации в комбинации с VFD и системой управления позволяет, например, увеличивать скорость вращения лопастей мешалки, если на дне емкости скапливаются твердые частицы. Параллельно можно увеличить расход насоса для более интенсивной циркуляции. Настроить систему можно также на изменение температуры среды.
Автоматизация позволяет:
- снизить энергопотребление системы, сократить расходы на ее содержание;
- защитить оборудование от перегрузок, продлить его ресурс;
- стабилизировать процесс, исключить или уменьшить влияние человеческого фактора.
Итоги статьи кратко
- Мешалка часто используется в химической, пищевой, строительной промышленности.
- Тип и конструкция мешалки обычно зависят от характеристик жидкости: тихоходные модели используют для вязких сред, быстроходные – для более жидких.
- Мощность оборудования под конкретную систему рассчитывает инженер-гидродинамик подходящей квалификации.
- Большинство мешалок поддерживают широкие возможности для автоматизации с помощью систем контроллеров, датчиков и электронных блоков управления.