Верхнеприводные мешалки
Гомогенизация – процесс перемешивания различных веществ для получения однородной смеси. Данный прибор позволяет получать такие однородные субстанции, как жидкости, растворы, гели, суспензии и эмульсии. Использовать такое оборудование можно для трудно смешивающихся компонентов, которые характеризуются, разной плотностью, массой, структурой. Данное устройство позволяет также использовать различную лабораторную посуду (колбы, стаканы и др.).
Выделяется два основных типа устройств – высокоскоростные (применяются для жидких смесей) и низкоскоростные (применяются для компонентов, имеющих высокую плотность и вязкость). Кроме того процесс гомогенизации осуществляется достаточно быстро благодаря высокой мощности верхнеприводных мешалок.
Верхнеприводная мешалка состоит из верхнего привода и насадки. Привод – электронно-механическое устройство, вращающее насадку. Насадка в свою очередь контактирует с содержимым емкости и перемешивает его. Скорость перемешивания регулируется индивидуально. Достоинством данного устройства является долгий срок эксплуатации благодаря тому, что двигатель и привод не соприкасаются с перемешиваемой средой.
Верхнеприводные мешалки применяются в химической, пищевой, косметической, нефтехимической промышленности. Также прибор активно используется в медицине, фармацевтике, экологии, энергетике, в аналитических и экспертных лабораториях и учебных заведениях.
Вам может быть интересно: универсальные титраторы.
Вопрос/Ответ
Верхнеприводная мешалка — это прибор, в котором электродвигатель расположен над сосудом и приводит во вращение вертикальный вал с насадкой (импеллером), погружённой непосредственно в перемешиваемую среду; в отличие от магнитной мешалки, механическая связь между приводом и насадкой прямая и не зависит от магнитной муфты. Верхнеприводная мешалка необходима при работе с высоковязкими средами (вязкость свыше 1000–5000 мПа·с), большими объёмами (свыше 5–10 л), а также при необходимости использования насадок специальной геометрии — якорных, рамочных, спиральных. Кроме того, верхнеприводная мешалка незаменима в реакторах и сосудах нестандартной формы, где размещение магнитного якоря на дне невозможно.
Основные параметры выбора: максимальный крутящий момент (Н·см или мН·м) — определяет способность мешалки работать с вязкими средами без снижения скорости и остановки, диапазон скоростей (об/мин) — должен перекрывать как медленные режимы для кристаллизации (10–50 об/мин), так и высокоскоростные для диспергирования (500–2000 об/мин), и допустимая нагрузка на вал (максимальная масса насадки и вала). Не менее важны: наличие цифровой индикации фактической скорости (а не только заданной), стабилизация скорости при изменении нагрузки (постоянство оборотов независимо от вязкости среды) и наличие индикатора крутящего момента — последний позволяет в реальном времени контролировать изменение вязкости среды в ходе процесса. При выборе между моделями с одинаковым крутящим моментом предпочтение следует отдавать мешалкам с бесщёточным двигателем (brushless DC) — они обеспечивают более высокую стабильность скорости, меньший уровень шума и значительно больший ресурс по сравнению с коллекторными двигателями.
Пропеллерные насадки (2–3 лопасти) создают преимущественно осевой поток и подходят для маловязких жидкостей при скоростях 300–2000 об/мин — обеспечивают эффективное перемешивание по всей высоте сосуда, но создают значительные сдвиговые усилия, неприемлемые для чувствительных биологических объектов. Дисковые турбины Рашона и крыльчатые насадки обеспечивают высокое радиальное усилие сдвига и применяются для эмульгирования, диспергирования и растворения — работают в диапазоне 100–1500 об/мин при вязкости до 5000 мПа·с. Якорные и рамочные насадки вращаются медленно (10–100 об/мин), создают тангенциальный поток вблизи стенок и дна сосуда, исключают образование застойных зон — незаменимы для высоковязких сред (пасты, гели, полимерные расплавы), кристаллизации и процессов с интенсивным теплообменом через стенку реактора; спиральные и ленточные насадки аналогичны по назначению, но обеспечивают дополнительный вертикальный поток.
Для большинства типов насадок (пропеллер, турбина, крыльчатка) оптимальное соотношение диаметра насадки (d) к диаметру сосуда (D) составляет 1/3 — это эмпирическое правило обеспечивает баланс между интенсивностью перемешивания, потребляемым крутящим моментом и равномерностью потока. При уменьшении соотношения d/D ниже 1/4 перемешивание становится неэффективным — насадка создаёт локальный поток, не захватывающий периферийные зоны сосуда; при увеличении выше 1/2 резко возрастает потребный крутящий момент и усиливается образование воронки. Для якорных и рамочных насадок соотношение d/D выше — 0,9–0,95 от внутреннего диаметра сосуда, поскольку их задача — создание потока непосредственно у стенок; зазор между насадкой и стенкой сосуда должен составлять 5–10 мм для предотвращения механического контакта.
Наиболее частые причины отказа: износ подшипников вала (проявляется нарастающим биением, вибрацией и шумом при вращении), износ или загрязнение щёток коллекторного двигателя (нестабильность скорости, искрение, запах гари), а также повреждение уплотнений вала при работе с агрессивными средами — разрушение уплотнения приводит к попаданию жидкости в двигатель и его быстрому выходу из строя. После каждого использования вал и насадку необходимо тщательно промывать и просушивать — остатки реакционных смесей, особенно кислотных или полимеризующихся, закоксовываются на поверхности и в резьбовых соединениях, делая разборку для очистки или замены насадки крайне затруднительной. Плановое техническое обслуживание (проверка биения вала индикатором, смазка подшипников, контроль состояния уплотнений и щёток) рекомендуется проводить не реже одного раза в год или через каждые 500–1000 часов работы — своевременное обнаружение износа позволяет избежать аварийного выхода из строя в критический момент длительного синтеза или технологического процесса.