Auto Instrument | Khuấy trộn không chỉ đơn thuần là khuấy đều nguyên liệu: 

Hướng dẫn đầy đủ về các nguyên tắc và loại khuấy trộn

Giới thiệu

Kết hợp với điều kiện làm việc thực tế của các bể phản ứng hóa học, đội ngũ kỹ thuật của Auto Instrument phân tích logic hoạt động của thiết bị khuấy và đính chính quan niệm sai lầm rằng “tốc độ quay càng cao thì hiệu quả trộn càng tốt”. Hướng dẫn này giúp các kỹ sư quy trình và thiết bị hiểu rõ nguyên lý khuấy và lựa chọn cánh khuấy cũng như các thông số vận hành phù hợp.

Nhiều đội thi công tại chỗ đã gặp phải vấn đề này: các xoáy nước rõ ràng xuất hiện trong bể khuấy, nhưng cặn vẫn tích tụ ở đáy bể. Sau khi tăng tốc độ quay, dòng điện động cơ tiếp tục tăng, nhưng tình trạng trộn không đều các vật liệu vẫn không được cải thiện. Cấu trúc cánh khuấy, chiều cao lắp đặt, độ nhớt của vật liệu và kiểu dòng chảy bên trong bể quyết định trực tiếp hiệu suất khuấy trộn. Ngay cả với cùng công suất động cơ và tốc độ quay, các cánh khuấy có thiết kế khác nhau cũng có thể tạo ra các trạng thái dòng chảy khác nhau rất nhiều.

1. Chức năng của thiết bị khuấy trộn trong quá trình sản xuất

Quá trình khuấy trộn thúc đẩy dòng chảy vật liệu thông qua chuyển động quay cơ học, sục khí hoặc phun tia chất lỏng để đạt được sự tiếp xúc đầy đủ giữa các vật liệu đa pha, nhằm hoàn thành các quá trình trộn, phân tán, truyền nhiệt và truyền khối. Các mục tiêu quy trình phổ biến được liệt kê như sau:

· Trộn chất lỏng: Loại bỏ sự chênh lệch nồng độ bên trong bể chứa thông qua việc tuần hoàn chất lỏng;

· Hệ thống huyền phù rắn: Thúc đẩy dòng chảy chất lỏng để ngăn ngừa sự lắng đọng và tích tụ các hạt rắn;

· Phân tán lỏng-lỏng: Chia một chất lỏng thành các giọt nhỏ li ti và phân tán chúng trong một chất lỏng khác bằng lực cắt;

· Phân tán khí-lỏng: Phá vỡ các bong bóng để mở rộng diện tích tiếp xúc giữa khí và lỏng;

· Truyền nhiệt và truyền khối: Luồng tuần hoàn liên tục của vật liệu giúp cải thiện hiệu quả trao đổi nhiệt và truyền khối.

Các mục tiêu quy trình khác nhau đòi hỏi các yêu cầu về chất lỏng khác nhau. Việc trộn chất lỏng ưu tiên tốc độ dòng chảy tuần hoàn; huyền phù chất rắn tập trung vào tốc độ dòng chảy ở đáy bể; phân tán chất lỏng-chất lỏng yêu cầu độ bền cắt cục bộ đủ lớn. Đối với nhiều quy trình phản ứng, các thiết bị đo được triển khai cùng với hệ thống khuấy để theo dõi điều kiện vật liệu trong thời gian thực. Đối với các ứng dụng bùn, máy đo mật độ bùn được sử dụng trong một số dự án. Máy đo mật độ hóa chất thường được kết hợp với bể khuấy cho các quy trình tổng hợp và pha chế. Là một nhà sản xuất máy đo mật độ, chúng tôi đã chứng kiến ​​nhiều trường hợp thực tế trong đó hiệu suất khuấy ảnh hưởng trực tiếp đến độ ổn định lấy mẫu và đo lường của các máy đo mật độ chất lỏng trực tuyến công nghiệp và máy đo mật độ chất lỏng.

2. Các loại khuấy trộn chính

Dựa trên nguồn dẫn động, quá trình khuấy trộn được chia thành ba loại: khuấy trộn cơ học, khuấy trộn bằng khí và khuấy trộn bằng tia nước. Khuấy trộn cơ học sử dụng động cơ để dẫn động cánh khuấy quay. Các loại cánh khuấy phổ biến bao gồm cánh khuấy dạng mái chèo, cánh quạt, tuabin, neo và dải xoắn ốc.

1. Máy khuấy cánh quạt Máy khuấy bao gồm trục khuấy và các cánh khuấy, bao gồm các loại cánh phẳng, cánh nghiêng và cánh khuấy có góc nghiêng. Máy có cấu trúc đơn giản, dễ tháo lắp và bảo trì, thích hợp cho việc hòa tan, định lượng và trộn chất lỏng có độ nhớt thấp đến trung bình.

2. Máy khuấy cánh quạt Với cánh quạt kiểu trục quay, máy tạo ra dòng chảy hướng trục mạnh. Chất lỏng được đẩy theo hướng trục và sau đó hồi lưu tạo thành dòng tuần hoàn quy mô lớn. Máy phù hợp cho việc trộn chất lỏng có độ nhớt thấp, hòa tan và các ứng dụng huyền phù rắn thông thường.

3. Máy khuấy tuabin Cấu trúc nhiều cánh, bao gồm tuabin cánh thẳng, tuabin cánh nghiêng và tuabin dạng đĩa. Tuabin dạng đĩa cánh thẳng chủ yếu tạo ra dòng chảy hướng tâm; tuabin cánh nghiêng tạo ra dòng chảy kết hợp hướng trục và hướng tâm. Khả năng vận chuyển và cắt của nó được xác định bởi góc và cấu trúc cánh.

4. Máy khuấy neo Các cánh khuấy chạy sát thành trong của bể với đường kính khuấy lớn và tốc độ vận hành thấp, chủ yếu tác động lên các vật liệu xung quanh thành bể. Độ nhớt cao hơn đòi hỏi mô-men xoắn đầu ra cao hơn từ trục khuấy, do đó cần phải dự trữ đủ công suất cho tải trọng của động cơ và bộ giảm tốc.

5. Máy khuấy ruy băng xoắn ốc Các cánh xoắn ốc được bố trí dọc theo trục. Sự quay đẩy vật liệu chuyển động theo trục, và sự tuần hoàn được hình thành với hiện tượng hồi lưu bên trong bể. Nó được sử dụng rộng rãi để khuấy trộn các vật liệu có độ nhớt cao.

6. Khuấy khí Khí nén đi vào pha lỏng thông qua các thiết bị phân phối khí. Các bọt khí nổi lên thúc đẩy sự tuần hoàn của chất lỏng đồng thời thực hiện quá trình truyền khối khí-lỏng.

7. Khuấy động bằng tia nước Chất lỏng có áp suất được phun ra qua các vòi phun bằng bơm tuần hoàn, cuốn theo môi chất xung quanh để tạo sự tuần hoàn trong bể. Góc phun, lưu lượng tuần hoàn và tổn thất trong đường ống ảnh hưởng trực tiếp đến kết quả khuấy trộn. Đối với môi chất chứa các hạt rắn, cần đánh giá trước nguy cơ mài mòn và tắc nghẽn vòi phun.

3. Nguyên tắc cốt lõi của trường dòng chảy trong quá trình khuấy trộn

Quá trình khuấy trộn cơ học truyền năng lượng cơ học từ cánh khuấy đến vật liệu, tạo ra ba kiểu dòng chảy: dòng chảy hướng trục, dòng chảy xuyên tâm và dòng chảy tiếp tuyến. Thông thường, nhiều trường dòng chảy chồng chéo và cùng tồn tại bên trong bể chứa.

1. Dòng chảy trục Vật liệu di chuyển lên xuống dọc theo trục khuấy tạo thành dòng chảy tuần hoàn lớn bên trong bể, cho phép trao đổi vật liệu ở các độ cao khác nhau. Thiết bị có khả năng vận chuyển tổng thể mạnh mẽ, lý tưởng cho các ứng dụng trộn chất lỏng, huyền phù chất rắn và truyền nhiệt.

2. Dòng chảy xuyên tâm Chất lỏng được phun ra từ cánh khuấy về phía thành bể, bật lên và xuống sau khi va vào thành bể rồi chảy ngược trở lại cánh khuấy. Cánh khuấy tạo ra dòng chảy xuyên tâm mang lại lực cắt và nhiễu loạn cục bộ mạnh, phù hợp hơn cho các quá trình phân tán giọt và bọt khí.

3. Dòng chảy tiếp tuyến Vật liệu quay theo chu vi quanh trục khuấy. Luồng chảy tiếp tuyến quá mức tạo ra các xoáy bề mặt, nơi vật liệu quay thành một khối với sự trao đổi theo chiều dọc rất ít. Việc lắp đặt các vách ngăn trên thành bể có thể ngăn chặn hiệu quả sự quay tiếp tuyến và cải thiện sự tuần hoàn tổng thể.

Trong các bể chứa thực tế, dòng chảy hướng trục, hướng tâm và tiếp tuyến cùng tồn tại đồng thời. Cường độ dòng chảy được xác định bởi loại cánh quạt, vị trí lắp đặt và các phụ kiện của bể.

4. Mối quan hệ giữa tốc độ quay và công suất khuấy

Đường kính cánh khuấy, tốc độ quay và đặc tính vật liệu đều ảnh hưởng đến công suất tiêu thụ khi khuấy. Trong điều kiện dòng chảy rối, công thức tính công suất trục là:P = Np × ρ × n³ × D⁵ P — Công suất trục cánh quạt (W) Np — Hệ số công suất (không thứ nguyên) ρ — Khối lượng riêng của chất lỏng (kg/m³) n — Tốc độ quay của cánh quạt (vòng/giây) D — Đường kính cánh quạt (m)

Với cấu trúc cánh khuấy, bể chứa và vật liệu cố định, công suất tiêu thụ xấp xỉ không đổi. Công suất khuấy tỷ lệ thuận với lập phương của tốc độ quay. Thay đổi đường kính cánh khuấy cũng làm thay đổi đáng kể mức tiêu thụ điện năng. Công suất tiêu thụ thay đổi tùy thuộc vào cấu trúc và cần được tính toán cụ thể. Tốc độ quay cao hơn không phải lúc nào cũng tốt hơn. Tốc độ quá cao có thể dẫn đến hiện tượng cuốn khí vào bề mặt chất lỏng, tạo bọt, rung động thiết bị và quá tải động cơ. Công thức này chỉ tính toán công suất trục cánh khuấy. Việc lựa chọn động cơ cũng cần tính đến tổn thất truyền động và tải trọng hoạt động thực tế.

5. Logic lựa chọn cho máy khuấy

Trước khi lựa chọn, cần xác định ba điều kiện cơ bản: đặc tính vật liệu, mục tiêu khuấy trộn trong quá trình và cấu trúc lò phản ứng. Loại cánh khuấy, kích thước và các thông số vận hành đều được xác định theo điều kiện làm việc thực tế, có xem xét toàn diện đến độ nhớt, mật độ, hàm lượng chất rắn của vật liệu, kích thước bể chứa và hiệu suất trộn cần thiết. Điều đáng lưu ý là trạng thái khuấy trộn ảnh hưởng trực tiếp đến các thiết bị đo trực tuyến. Khuấy trộn quá mạnh gây nhiễu loạn phép đo, trong khi khuấy trộn không đủ dẫn đến sự phân lớp vật liệu; cả hai đều ảnh hưởng đến độ ổn định của kết quả đo của các thiết bị đo mật độ trực tuyến và các thiết bị tương tự.

6. Kết luận

Cánh khuấy và cánh quạt có ưu điểm vượt trội trong việc tuần hoàn và trộn chất lỏng; cánh khuấy tuabin phù hợp với việc phân tán chất lỏng-chất lỏng và khí-chất lỏng; cánh khuấy dạng neo và dạng dải xoắn ốc chủ yếu được sử dụng để xử lý vật liệu có độ nhớt cao. Hiệu suất thực tế của thiết bị khuấy không thể chỉ được đánh giá dựa trên tốc độ quay của động cơ và dòng điện hoạt động. Nó phải được đánh giá toàn diện dựa trên các đặc tính vật liệu, bố trí cánh khuấy và kết quả thử nghiệm quy trình.

Là nhà sản xuất thiết bị đo mật độ, Auto Instrument cung cấp các loại thiết bị đo mật độ trực tuyến, thiết bị đo mật độ chất lỏng, thiết bị đo mật độ chất lỏng trực tuyến công nghiệp, thiết bị đo mật độ bùn và thiết bị đo mật độ hóa chất. Các sản phẩm này phù hợp với nhiều loại lò phản ứng khuấy trộn khác nhau để phát hiện vật liệu theo thời gian thực trong dòng chảy quy trình, giúp các kỹ sư quy trình giám sát điều kiện vật liệu bên trong các bể chứa.