Hydrodynamicky optimalizovaná míchadla a míchadla pro speciální technologie
Míchání v kapalném prostředí je jednou z nejrozšířenějších operací v chemickém, potravinářském a zpracovatelském průmyslu, Účelem míchání je intenzifikace přenosu tepla a hmoty a příprava směsí požadovaných vlastností, např. suspenzí a emulzí. V míchacích zařízeních se používají tři základní principy míchání – hydraulické, pneumatické a mechanické, příp. při společném průtoku látek potrubím se používají tvarované vestavby vkládané do potrubí zajišťující radiální směšování kapalin, tzv. statické směšovače. Nejčastěji se v průmyslu vykytují míchací zařízení s mechanickým rotačním míchadlem, které vytváří v nádobě nucené proudění. Z hlediska účelu míchání se nejčastěji setkáváme s požadavky na homogenizaci míchané vsádky a zajištění suspendace částic v kapalině. Tyto operace jsou ovlivněny prouděním v míchané vsádce. Charakter proudění v míchané vsádce je ovlivněn geometrickými parametry míchaného systému a zejména tvarem lopatek míchadel.
Geometrická konfigurace míchacího zařízení a tvar lopatek míchadla mají zásadní vliv na rozložení rychlosti v míchané vsádce, čímž jsou ovlivňovány probíhající procesy míchání. V současnosti je trend konstruovat hydrodynamicky optimalizovaná míchadla s tvarovanými lopatkami tzv. hydrofoil míchadla. Většina firem produkujících míchací zařízení (např. Chemineer, Lightnin, Ekato i česká firma Techmix) používá vlastní vyvinuté typy hydrodynamicky optimalizovaných míchadel.
Cílem je navrhnout míchadlo s tvarovanými lopatkami, které co nejvíce usměrní tok míchané vsádky při dosažení
co nejvyšší hydraulické účinnosti, tj. nejvyšší využití energie dodané míchadlu ve formě jeho příkonu na vyvolání
jeho čerpacího výkonu a turbulence disipované mimo rotorovou oblast míchadla. Konstrukční úpravy tvaru lopatek spočívají
v úpravě plochy lopatek a její ohýbání či lomení. Nejjednodušší způsob tvarování lopatek je jejich úhlopříčné
lomení, což má za následek rovnoměrný axiální výtok kapaliny z míchadla s prakticky pístovým rychlostním profilem.
Dalším stupněm je zvětšování plochy lopatky a úprava jejího tvaru, čímž dojde nejen k usměrnění toku, ale
i ke zlepšení dalších procesních charakteristik. Tímto postupem jsou na Ústavu procesní a zpracovatelské techniky navrhovány vlastní konstrukce hydrodynamicky
optimalizovaných míchadel, jejichž příklad je uveden na fotografiích.
Při navrhování míchacích zařízení je třeba volit konfiguraci zařízení nejen s ohledem na minimalizaci provozních
nákladů, ale je třeba zohlednit volbu tvaru a materiálu funkčních částí zařízení (míchadlo, hřídel a nádoba)
i z hlediska jejich pevnostních charakteristik, odolnosti proti korozi a mechanickému opotřebení. V chemickém, potravinářském
a farmaceutickém průmyslu jsou zařízení často vystavena působení agresivního prostředí, kdy je třeba k ochraně
proti korozi a opotřebení volit vhodnou povrchovou úpravu, např. smaltováním. Z hlediska strojírenské výroby takovéhoto
zařízení je pak třeba počítat s úpravou geometrie funkčních částí zařízení (nutnost odstranění všech ostrých
přechodů a hran pozvolným zaoblení v případě smaltování). Tyto limitující faktory jsou zohledněny při konstrukci
etážového míchadla pro smaltované aparáty, jehož ukázka je znázorněna na fotografiích.
Využití
- více než 40 průmyslových aplikací využívajících znalostí v oblasti míchání a míchacích zařízení,
- spolupráce na výzkumu, vývoji a zejména na průmyslových realizacích míchacích zařízení dodávaných firmou TENEZ a.s.,
- spolupráce na výzkumu a vývoji formou mnoha společných projektů aplikovaného výzkumu s firmou Techmix s.r.o.
Kontakt
prof. Ing. Tomáš Jirout, Ph.D. (tomas.jirout (zavináč) fs.cvut.cz)
(22 435) 2681
420770125378
místnost: B1-421, Dejvice