Практически любой эксперимент в современной химической лаборатории сопровождается перемешиванием. Перемешивание – это способ получения однородных смесей и/ или интенсификации тепло- и массообмена. Перемешивание может включать следующие процессы:
- смешивание двух и более жидкостей с получением истинного раствора
- смешивание двух и более жидкостей с получением эмульсии
- смешивание жидких и твердых компонентов с получением истинного раствора, геля, неньютоновской жидкости и т.п.
- смешивание жидких и твердых компонентов с получением суспензии
- интенсификация подачи газа в объем жидкости
В лабораториях для перемешивания обычно применяются мешалки: верхнеприводные или магнитные. В данной статье мы рассмотрим верхнеприводные мешалки: их устройство, функции и возможности.
Конструктивно мешалки устроены практически одинаково:
- Привод с двигателем. Чаще в лабораториях используется электрический двигатель, но во взрывоопасных средах двигатель может быть пневматическим
- Система передачи вращения с регулятором скорости
- Корпус, защищающий механические части привода от попадания пыли и влаги
- Патрон или другое устройство для зажима вала перемешивающего элемента
- Сам перемешивающий элемент со стационарным или сменным мешальником на валу.
Обычно современные мешалки поставляются со специальными стержнями-держателями для удобного крепления зажимом на лабораторном штативе.
Основными критериями при выборе верхнеприводной мешалки являются требуемая скорость и мощность.
Большинство современных верхнеприводных мешалок имеют достаточную мощность для перемешивания применяемых в лаборатории объемов растворов – до 10-20 л. Скорость вращения при этом регулируется в диапазоне от нескольких десятков до нескольких тысяч оборотов в минуту. Это позволяет решать большинство лабораторных задач по перемешиванию для жидкостей с вязкостью до 100000 мПа·с. Более мощные мешалки, например, Heidolph Hei-Torque 400 с крутящим моментом 400 Нсм имеют переключаемые диапазоны скоростей, что позволяет выбирать оптимальный режим для более вязких растворов (до 250000 мПа·с). При этом следует отметить, мешалки серии Hei-Torque поддерживают постоянную заданную скорость вращения даже при изменении вязкости.
Сменные перемешивающие элементы позволяют использовать один и тот же привод для самых разнообразных задач. Они изготавливаются из нержавеющей стали и могут иметь инертное покрытие из PTFE или других материалов, устойчивых к коррозии.
Перемешивающие элементы могут иметь различную форму и размер.
Стандартные пропеллерные мешальники применяются для смешивания жидкостей и растворения порошков.
Лопастные и якорные мешальники – обычно требуются для жидкостей средней вязкости при невысоких скоростях вращения. В ряде случаев якорные мешалки комплектуются скребками для стенок и днища сосудов.
Для эффективного диспергирования и эмульгирования применяются специальные мешальники диссольверы.
Специальные мешальники в форме турбинки с полым валом обеспечивают более эффективный захват газа с поверхности и перенос его в объем раствора.
Для эффективного перемешивания вязких субстанций применяются особые мешальники с лопастями в форме конусообразных сопел. При вращении в толще жидкости турбулентность создаётся за счет динамического давления на входе конуса и ускорения потока на выходе (так называемый эффект форсунки). При круговом движении лопастей турбулетные потоки сталкиваются, чем обеспечивается более высокая эффективность перемешивания.
Размер обычно подбирается по диаметру сосуда, в котором осуществляется перемешивание. При наличии у сосуда узкого горла, можно применять мешальники со складывающимися лопастями.
Особый класс задач в лаборатории – это перемешивание в герметичных сосудах или в колбах при проведении различных реакций, когда необходимо ограничить контакт реакционной смеси с атмосферой, например, при нагревании, чтобы растворитель не испарялся.
В этих случаях применяют специальные затворы на горловинах колб. Затворы могут быть полностью герметичные с магнитной муфтой для передачи вращающего момента или со специальными уплотнителями, обеспечивающими герметичность вала.
При этом следует иметь в виду, что даже при самом тщательном центрировании на практике не удаётся добиться полной соосности привода мешалки и горла колбы или сосуда. Чтобы избежать быстрого износа уплотнения или повреждения затвора применяют компенсаторы осевых биений вала. Компенсатор может быть в виде резинового переходника или в форме карданной передачи.
Выбор такого простого инструмента, как вехнеприводная мешалка не всегда очевиден.
Казалось бы, чем выше скорость и чем больше мощность, тем лучше и быстрее пойдёт процесс. Однако это работает не во всех случаях. При слишком высокой скорости может произойти выброс жидкости. Слишком мощная неотцентрованная мешалка может сломать горло колбы. Неправильно подобранный мешальник может не обеспечить промешивание всего объема вязкого продукта. И, наконец, в ряде химических синтезов выход продукта напрямую зависит от формы перемешивающего элемента.
Наши специалисты, обладающие большим опытом в различных областях химии готовы рассмотреть вашу задачу для неё подходящую долговечную верхнеприводную мешалку.
Добавить комментарий