VII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2015

В основу классификации положен способ формирования перемешивающего усилия [1,...,4]. Все мешалки по способу формирования перемешивающего усилия можно классифицировать на механические, динамические, вибрационные и электромагнитныe (табл.1).

Механический способ перемешивания характерен тем, что материал перемешивается воздействием на него перемешивающих органов, которые могут быть закреплены (лопастные , шнековые, пропеллерные и так далее) или свободно перемещаться в корпусе мешалки (вибрационные ,гравитационные, центробежные и так далее). Эти мешалки характеризуются высокой энергоемкостью, сложностью конструкции и автоматизации.

Мешалки с закрепленными рабочими органами используют для пере­мешивания продуктов различного спектра вязкости. Для перемешивания высоковязких сред, при ламинарном режиме их течения, применяются обычно шнековые, ленточные и скребковые мешалки. Скребковые мешалки использую исключительно для интенсификации теплообменных процессов. Для перемешивания сред повышенной вязкости используются якорные и рамные мешалки, особенно в случае подвода или отвода теплоты через рубашку. Одна из областей их применения – перемешивание суспензий с частицами, обладаю­щими склонностью к налипанию на стенки. Лопастные и турбинные мешалки обладают способностью создавать меридиальное (осевое) циркуляционное течение. Существуют также мешалки более узкого назначения, например, фре­зерная мешалка. Ее особенностью является высокие значения разности скоростей лопастей мешалки и потока обтекающей их жидкости. Область ее применения – приготовление тонкодисперсных композиций.

Мешалки со свободными рабочими органами (вращающиеся) состоят из пустотелого барабана, который на 25–40% объема заполнен перемешивающими телами (стальные шары, стержни) и перемешиваемым материалом. При вращении перемешивающие тела увлекаются силой трения и центробежной си­лой, поднимаются на некоторую высоту и падают вниз, перемешивая частицы в зоне соприкосновения шаров.

Вращающиеся мешалки отличаются простотой конструкции, износ их корпуса невелик, замена перемешивающих тел возможна без остановки мель­ницы. При длительном перемешивании возможно значительное загрязнение материала продуктами износа шаровой загрузки.

Для повышения эффективности процесса перемешивания были созданы машины, в которых движение перемешивающих тел осуществляется с ускоре­ниями, значительно превышающими силы тяжести (вибрационная мешалка).

:Принцип ее действия основан на приведении массы шаров и перемеши­ваемого материала в круговое колебательное движение посредством вибратора, сопряженного с электродвигателем. Большая масса перемешивающих тел, не­обходимая для эффективного перемешивания, обусловила значительный вес таких мешалок.

Стремление избавиться от недостатков вышеперечисленных мешалок привело к созданию динамических мешалок . В струйных мешалках частицам перемешиваемого продукта кинетическая энергия передается потоком газа, воздуха, пара или продуктов сгорания.

Струйные мешалки – малогабаритны: у них отсутствуют вращательные части, их размеры и вес определяются генератором энергоносителя, размерами классифицирующих и пылеосадительных устройств. Для струйных мешалок характерен значительный износ разгонного аппарата, прежде всего конфузора, расположенного в начале разгонной трубы. Но, вместе с тем, расход ме­талла на износ у струйных мельниц существенно ниже, чем у шаровых.

Для перемешивания сыпучих материалов используются прямоточные, противоточные и отражательные аэродинамические мешалки. Для перемешивания жидкости используются барботеры. Барботажное перемешивание осуществляется путем распределения газа по всему сечению аппарата посредством газораспределительного устройства (барботера), установленного в придонной части аппарата.

Гидродинамические мешалки используются в основном для перемешивания маловязких жидкостей и представлены кавитационной мешалкой. Это устройство в своей работе использует явление искусственной и естественной кавитации, а именно, гидродинамического кавитационного поля. Использование метода кавитации позволяет повысить качество перемешивания, сократить продолжительность обработки продукта. Недостатками являются: значительные затраты энергии и необходимость создания устойчивого динамического режима работы.

Класс мешалок с колебательным способом формирования перемешивающего усилия представлен резонансными и ультразвуковыми мешалками. Резонансные мешалки в своей работе использует режим резонанса с возможностью регулирования параметров. Область применения ограничена перемешиванием систем: жидкость −твердое тело, что значительно снижает его достоинства.

Таблица 1.1. Классификация промышленных мешалок

Показатели	1 группа					2 группа			3 группа		4 группа
Способ фор­мирования перемешивающего усилия. Тип мешалки	Механический					Динамический			С использованиемколебаний		Электромагнитный
	С закрепленными рабочими органами		Со свободными перемешивающими телами			Аэро (струйные)		Гидро-	-		С переменным магнитным полем	С постоянным магнитным полем
Обрабатываемая среда	Особо вязкая	Умеренно вязкая	Умеренно вязкая	Вязкая	Сыпучая	Сыпучая	Жидкость	Мало-вязкие	Сыпучие	Жидкость, твердое	Жидкая, сыпучая, вязкая	Жидкая, сыпучая,вязкая
Видмешалки	Шнековые, ленточные, скребковые, якорные	Пропеллерная, проволочная	Вибрационная, гравитационная	Планетарная,шаровая	Центробежная	Прямоточная, противоточная, отражательная	Барботер	Кавитационные	Ультразвуковая,резонансная		Вихревые э/м аппараты (ВЭА), э/м мешалки (ЭММ)	Импульсные, нeпрерывные, импульсно-непрерывные

Продолжение Табл. 1.1.

Вспомогательные процессы	Транспорт, теплообмен, пластификация	Теплообмен		Транспорт	Сушка, аэрация, экстракция	С использованием колебаний		Акустическая и электромагнитная обработка, электролиз
Область применения	Пищевая прмышленность, производство солода, хлебопекарная, макаронная, кондитерская		Очистка воды, сельское хозяйство, строительство, пищевая, горная, химическая, зерновая, комбикормовая, медицина		Комбикормовая, пищевая, мучная промышленность, химическая, нефтехимическая промышленность	Пищеваяпромышленность	Химическая, фармацевтическая, биотехнологическая, нефтехимическая	Лакокрасочная, строительство
Достоинства и недостатки	«-» высокая энергоемкость, сложность конструкции, сложность в автоматизации; «+» широкий спектр обрабатываемой среды. (Для вращающихся мешалок; «-» загрязнение материала продуктами износа; «+»простота, износ корпуса невелик, замена рабочих тел возможна без остановки)				«–» износ разгонного аппарата,затраты энергии на создание устойчивости, небольшой спектрпо среде; «+» малогабаритны, отсутствие подвижных частей, нет износа внутреннего корпуса	«+» отсутствие подвижных частей, непрерывность, нет износа внутреннего корпуса	«–» ограничение по обработке, большиегидро-сопротивления, невысокая производительность	«+» высокая производительность, небольшие энергозатраты; «–» загрязненность среды продуктами износа рабочих органов, проектирование аппарата эмпирическое, хаотичность физико-механических процессов в обрабатываемых объемах	«+» высокая производительность, небольшие энергозатраты; «–» мало аналогов для сравнения

Главной частью ультразвуковой мешалки является излучатель ультразвука, который генерирует колебания, перемешивая продукт. Недостатков у данного вида мешалки больше, чем достоинств: большие гидравлические сопротивления нарезок, невысокая производительность, ограниченная выходными отверстиями и гидравлическим сопротивлением; используется только для перемешивания жидкостей. К достоинствам можно отнести отсутствие подвижных частей, непрерывность процесса и незначительный износ внутренней поверхности мешалки.

Электромагнитные мешалки представляют собой новый тип перемешивающего оборудования, в котором используются электромагнитные поля [2,3,5,6]. Этот тип перемешивающего оборудования является наиболее перспективным по энергетическим, габаритным параметрам и по возможности применения этого оборудования почти во всех отраслях промышленности.

Литература

1. Беззубцева М.М. Электромагнитные измельчители для пищевого и сельскохозяйственного сырья. Теория и технологические возможности. Дисс. д. т. н. -СПб, 1997. - 496 с.

2. Беззубцева М.М., Халатов А.Н., Прибытков П.С. Магнитные мешалки. Теория и технологические возможности: монография, 2009. – СПб.: СПбГАУ. – 125 с.

3. Беззубцева М.М., Волков В.С., Котов А.В. Энергоэффективные электротехнологии в агроинженерном сервисе и природопользовании- учебное пособие , 2012. – СПб.: СПбГАУ. – 260 с.

4. Беззубцева М.М., Ковалев М.Э. Электротехнологии переработки и хранения сельскохозяйственной продукции- учебное пособие , 2012. – СПб.: СПбГАУ. – 242 с.

5. Беззубцева М.М.Автоматизация электромагнитного способа перемешивания продуктов. Прогрессивные технологии и оборудование пищевых производств. Тезисы докладов всероссийской научно-технической конференции. -СПб: 1999. - С. 227.

6. Логвиненко Д.Д., Кафаров В.В. и др. Теория и практика перемешивания в жидких средах. Исследование образования твердой фазы при перемешивании реагентов в вихревом слое ферромагнитных частиц. -М.: НИИТЭХИМ, 1973. -С.56-80.

Код для цитирования: Скопировать