B. ĐỘNG LỰC HỌC CỦA CHẤT LỎNG
15.2. CẤU TẠO CÁNH KHUẤY
15.2.1. Loại mái chèo
Cánh khuấy loại mái chèo cấu tạo rất đơn giản, gồm cĩ hai tấm phẳng gắn chặt vào trục thẳng, trục quay nhờ bộ phận truyền động từ động cơ. Đƣờng kính của mái chèo thƣờng vào khoảng 0.7 đƣờng kính thiết bị.
Nếu số vịng quay nhỏ thì chất lỏng sẽ chuyển động vịng trịn trên mặt phẳng nằm ngang trùng với mặt phẳng của cánh khuấy, và khơng cĩ sự khuấy trộn chất lỏng ở các lớp khác.
lỏng chuyển động xốy. Dịng chuyển động phụ này xuất hiện do lực li tâm gây nên làm cho chất lỏng văng từ tâm của thiết bị ra ngồi thành, đồng thời áp suất ở tâm sẽ giảm xuống và hút chất lỏng nằm ở bên trên và bên dƣới cánh khuấy. Do đĩ trong chất lỏng xuất hiện dịng tuần hồn theo mũi tên chỉ của hình 15.2.
Dịng chuyển động phụ làm tăng cƣờng độ của khuấy trộn. Cƣờng độ khuấy càng tăng khi tăng số vịng quay, nhƣng đồng thời năng lƣợng tiêu hao cũng tăng.
Khi chất lỏng chuyển động vịng thì do tác dụng của lực li tâm nên trên bề mặt của chất lỏng cĩ cĩ dạng hình phễu (xem hình 15.2). Chiều sâu của phễu càng tăng khi số vịng quay tăng. Sự xuất hiện phễu chất lỏng sẽ dẫn tới làm giảm thể tích sử dụng của thiết bị. Do đĩ trong trƣờng hợp cụ thể, bằng thực nghiệm ngƣời ta cĩ thể tìm số vịng quay thích hợp cho khuấy trộn. Nếu tăng quá số vịng quay đĩ thì năng lƣợng tiêu hao sẽ tăng lên.
Để tăng sự khuấy trộn chất lỏng thƣờng ngƣời ta dùng cánh khuấy mái chèo hình khung (Hình 15.3), loại mái chèo này cĩ phần đáy cong tƣơng ứng với bán kính cong của đáy thiết bị. Đơi khi ngƣời ta gắn vào thành thiết bị các tấm ngăn để làm tăng sự xáo trộn chất lỏng. Loại cánh khuấy mái chèo cĩ ƣu điểm: cấu tạo đơn giản dễ gia cơng, thích hợp với chất lỏng cĩ độ nhớt nhỏ. Nhƣợc điểm: hiệu suất khuấy thấp đối với chất lỏng nhớt, khơng thích hợp với các chất lỏng dễ phân lớp.
15.2.2. Cánh khuấy loại chân vịt (chong chĩng)
Hình 15.4 Cánh khuấy chân vit Hình 15.3 Cánh khuấy mái
Để tăng sự tuần hồn chất lỏng ngƣời ta thƣờng dùng cánh khuấy loại chân vịt (chong chĩng) loại này thƣờng gồm ba cánh (hình 15.4), mỗi cánh uốn cong một gĩc , gĩc này thay đổi dần từ 00 ở trục đến 900 ở cuối cánh. Cánh khuấy gắn trên trục, số chong chĩng trên trục cĩ thể nhiều ít khác nhau phụ thuộc điều kiện khuấy trộn và chiều sâu mực chất lỏng khuấy.
Bề mặt cánh khuấy nghiêng bên phải, trục quay theo chiều kim đồng hồ, chất lỏng chuyển động dọc theo trục theo hƣớng từ dƣới lên, tuần hồn nhƣ hình vẽ (hình bên phải). Nếu cánh khuấy nghiêng bên trái, thì trục quay theo chiều ngƣợc kim đồng hồ.
Đƣờng kính cánh khuấy chong chĩng vào khoảng 0.25÷0.3 đƣờng kính thiết bị, số vịng quay vào khoảng 200÷1500 vịng/phút.
Để tăng sự khuấy trộn ngƣời ta làm thêm bộ phận hƣớng chất lỏng, bộ phận này cĩ thể là ống hình trụ hay hình nĩn cụt, trong đĩ đặt cánh khuấy.
Ngồi ra nếu thể tích thiết bị khuấy lớn ngƣời ta cĩ thể đặt cánh khuấy lệch tâm hoặc nghiêng một gĩc 10÷200 so với trục thẳng đứng.
Cánh khuấy chong chĩng cĩ ƣu điểm: cƣờng độ khuấy lớn, năng lƣợng tiêu hao nhỏ kể cả khi số vịng quay lớn, giá thành hạ.
Nhƣợc điểm: khi khuấy chất lỏng độ nhớt cao thì hiệu suất thấp, thể tích chất lỏng đƣợc khuấy mãnh liệt bị hạn chế.
15.2.3. Cánh khuấy tuabin
Cánh khuấy tuabin làm việc giống nhƣ bơm ly lâm, nghĩa là cũng cĩ guồng quay, tùy theo cấu tạo của guồng ngƣời ta phân ra loại cánh khuấy tuabin hở hay kín.
Cánh khuấy tuabin hở guồng động cĩ những cánh thẳng (hình 15.5a) hoặc cánh cong (hình 15.5) làm việc nhƣ cánh khuấy mái chèo.
Cánh khuấy tuabin kín (hình 15.6) guồng động gồm hai hình vành khăn, đƣợc nối với nhau bằng những cánh nhỏ, giữa hai cánh tạo thành rãnh. Guồng động thƣờng đặt trong một bộ phận hƣớng chất lỏng đứng yên.
Khi cánh khuấy tuabin kín làm việc chất lỏng đi vào theo lỗ ở tâm của guồng, chuyển động theo rãnh trong guồng, rồi ra ngồi theo hƣớng tiếp tuyến với cánh guồng. Ta thấy chất lỏng chuyển động từ hƣớng thẳng đứng đến hƣớng nằm ngang theo bán kính và ra khỏi guồng với tốc độ lớn.
Trong một đơn vị thời gian lặp đi lặp lại nhiều lần nhƣ thế làm cho chất lỏng bị khuấy mãnh liệt tồn bộ thể tích chất lỏng trong thùng.
Loại cánh khuấy tuabin đƣờng kính d phụ thuộc vào đƣờng kính của thiết bị D. Nếu đƣờng kính D<1.6m, đối với thiết bị cĩ dung tích nhỏ hơn 0.75m3
thì d=0.5-0.33D. Khi D>1.6m, đối với thiết bị dung tích lớn hơn 0.75m3
, thì d= 0.25-0.33D.
Loại cánh khuấy tuabin cĩ ƣu điểm: hiệu suất cao, hịa tan nhanh, thuận tiện cho quá trình liên tục. Loại này cĩ nhƣợc điểm là cấu tạo phức tạp, giá thành đắt.
15.2.4. Cánh khuấy đặc biệt – thùng khuấy
Thùng khuấy gồm cĩ một thùng cĩ cánh khuấy, trơng giống nhƣ lồng sĩc. Loại này dùng để tạo huyền phù nhũ tƣơng, hoặc để tăng phản ứng hĩa học giữa khí và lỏng. Thƣờng thùng khuấy sử dụng trong trƣờng hợp tỉ lệ đƣờng kính của thùng khuấy và của thiết bị từ
4 1 . . 6 1 và tỷ số chiều cao mực chất lỏng với đƣờng kính thùng khuấy khơng nhỏ hơn 10.