• Nie Znaleziono Wyników

Celem procesu mieszania jest Mieszanie

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2022

Share "Celem procesu mieszania jest Mieszanie"

Copied!
24
0
0

Pełen tekst

(1)

Mieszanie

Celem procesu mieszania jest :

otrzymanie jednorodnych roztworów, emulsji i zawiesin

intensyfikacja procesów wymiany ciepła

intensyfikacja procesów wymiany masy

Sposoby prowadzenia mieszania w środowisku ciekłym :

mieszanie mechaniczne przy użyciu mieszadeł o różnej konstrukcji

mieszanie pneumatyczne za pomocą przepływających przez ciecz pęcherzyków gazu

mieszanie przepływowe, poprzez wielokrotne przetłaczanie

strumieni cieczy przez aparat w obiegu zamkniętym

(2)

mieszalnik dla układów, w których fazę ciągłą stanowi gaz lub ciecz - zbiornik wyposażony w mieszadło

Ruch cieczy odbywa się względem elementu ruchomego np. łapy wirnika.

elementu ruchomego np. łapy wirnika.

Charakter ruchu

•laminarny – łagodny opływ cieczy względem elementu ruchomego

•burzliwy – z tworzeniem się wirów

(3)

kryterium ruchu cieczy w mieszalniku – liczba

Reynoldsa

L Lud Re

Lnd

Re2

L

L M L

Re nd

 

dn

u   

u – prędkość obwodowa zewnętrznej krawędzi mieszadła, m/s

n - prędkość obrotowa mieszadła, 1/s

liczba Reynoldsa dla mieszania jest funkcją rodzaju

stosowanego mieszadła i mieszalnika

(4)

Podstawowe zagadnienie w procesie mieszania

obliczenie mocy niezbędnej dla osiągnięcia założonej jednorodności układu mieszanego

Moc mieszania – N [W]

ilość energii przekazanej w jednostce czasu do cieczy

mieszanej przez mieszadło

(5)

Moc mieszania - N

d , D , H , y , L , b , a , , n , g

f

N   LL

•parametry fizyczne układu: gęstość L, lepkość L

•parametry kinetyczne i dynamiczne układu: częstość obrotów mieszadła n, przyspieszenie ziemskie g

przyspieszenie ziemskie g

•parametry geometryczne mieszadła i zbiornika: średnica mieszadła d, średnica zbiornika D, wysokość słupa cieczy w zbiorniku H, odległość mieszadła od dna zbiornika y, długość/wysokość przegród L, szerokość łopatek b, szerokość przegród a.

(6)

Moc mieszania

M M

M

f Re , Fr

LL

M – liczba mocy, zmodyfikowana liczba Eulera, zmodyfikowana liczba Newtona

d , D , H , y , L , b , a , , n , g

f

N   LL

Analiza wymiarowa

B M A

M

K Re

M

Fr L

5 3d n LM N

L M L

Re nd

2

g

d FrM n

2

Newtona

Re

M– liczba Reynoldsa dla mieszania

Fr

M – liczba Froude’a dla mieszania

(7)

Ruch laminarny cieczy w mieszalniku

Re

M

10

B = 0

FrMB=1

A = -1

B M A

M

K Re

M

Fr L

M M

Re LK

3 2 d n K

N   L

 wpływ lepkości cieczy

(8)

Zakres ruchu przejściowego

Re

M

=10  10

4

B M A

M

K Re

M

Fr L

B = 0

FrMB=1

A = -r

r M A

M

K Re

M

K Re

L  

r r

r L r

L n d

K

N   1 3 5 2

(9)

Zakres ruchu burzliwego

Re

M

> 10

4

Mieszanie niezakłócone Brak przegród (lej)

B M A

M

K Re

M

Fr L

B = 0 Fr

MB

=1 A = 0 przegrody (brak leja)

K L M

5 3 d n K

N   L

 wpływ gęstości cieczy

(10)

100

mieszanie przejściowe mieszanie burzliwe

LM FM

100

mieszanie przejściowe mieszanie burzliwe

LM FM

Moc mieszania

- wyznaczana na podstawie wykresów funkcji uzyskiwanych na podstawie badań

doświadczalnych

M

B M

M f Re Fr

L LM f

ReM

Mieszanie laminarne - linia prosta o

nachyleniu 135 w stosunku do osi odciętych

Mieszanie burzliwe – brak leja - B

M

M

M f Re Fr

L

B M Fr

L

1 10

1 10 100 1000 10000 100000

mieszanie uwarstwione

mieszalnik z przegrodami

mieszalnik bez przegród mieszanie niez akłócone (lej)

ReM FM

1 10

1 10 100 1000 10000 100000

mieszanie uwarstwione

mieszalnik z przegrodami

mieszalnik bez przegród mieszanie niez akłócone (lej)

ReM FBM

FrM

(11)

K - współczynnik uwzględniający wpływ parametrów

geometrycznych mieszadła i mieszalnika na moc mieszania, -

B M M Fr

L

B M A

M

K Re

M

Fr

L

(12)

Modelowanie mocy mieszania

moc mieszania burzliwego moc mieszania laminarnego

5 3 d n

K N   L

3 2 d n

K

NKL n d NKL n d

N   L

(13)

Modelowanie mocy mieszania

Rozpatrujemy dwa mieszalniki o podobnych parametrach geometrycznych, w których jest mieszana ta sama ciecz:

dla mieszania burzliwego dla mieszania laminarnego

2

2 1 3

2 1 2

1

 

 

 

 

 

 

n n d

d N

N

3

2 1 5

2 1 2

1

 

 

 

 

 

 

n n d

d N

N

dla mieszania burzliwego dla mieszania laminarnego

(14)

podobne warunki mieszania w obu mieszalnikach -

moc właściwa, tj. moc przypadająca na jednostkę objętości mieszanego układu w obu mieszalnikach jest taka sama.

2 3 2

d d H d

d D d

d H d

V D   

 

 

 

 

 

  

Dla mieszalnika cylindrycznego z płaskim dnem:

V

– objętość mieszanego układu

(15)

Podobieństwo geometryczne zbiorników:

D/d = const H/d = const

23 2

2 2

2 2 2

13 1

1 2

1 1 1

d d H d

V D

d d H d

V D

 

 

 

 

 

 

3 2 1 2

1  

 

 

d d V

V

(16)

Stosunek mocy właściwych:

dla mieszania burzliwego dla mieszania laminarnego

2

2 1 3

2 1 2

1

 

 

 

 

 

 

n n d

d N

N

3

2 1 5

2 1 2

1

 

 

 

 

 

 

n n d

d N

N

3 2 1 2

1  

 

 

d d V

V

2 2 1 3

1 2 2

1 2

2 1 1

 

 

 

 

 

 

n

n d

d N

N V

N V

N

3

2 1 2

2 1 3

1 2 2

1

2 2 1 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

n d

d d

d N

N V

N V N

2

2  d

V

(17)

podobne warunki mieszania w obu mieszalnikach -

moc właściwa, tj. moc przypadająca na jednostkę objętości mieszanego układu w obu mieszalnikach jest taka sama.

2 2 1

1

V N V

N

dla mieszania laminarnego dla mieszania burzliwego dla mieszania laminarnego

2

1 n

n 

3

2

1 2 2

1

 

 

 

d

n d

n

(18)

Re = const dla dwóch mieszalników geometrycznie podobnych:

2

1 M

M Re

Ren 1 d 1 2 n 2 d 2 2

dla mieszania burzliwego dla mieszania laminarnego

L M L

Re nd

2

1 2 1

2 1

2 2

2 1 2

1

D D d

d d

d Re

Re N

N

M

M

    

 

 

1 2 1

2 1

2 3

2 1 2

1

D D d

d d

d Re

Re N

N

M

M

    

 

 

(19)

prędkości obwodowe mieszadła dla dwóch mieszalników geometrycznie podobnych są sobie równe

dla mieszania laminarnego

2 1 u

u  n 1d 1n 2d 2 dn

u  

dla mieszania burzliwego dla mieszania laminarnego

2 1 2

1 2

1 2

2 2

1 1

2 1

D D d

d d

d n

d

n d

N

N     

 

 

2

2 1 2

2 1 3

2 2

1 1

2

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

D D d

d d

n

d n

N

N

(20)

Dla układów przemysłowych:

• dwa mieszalniki geometrycznie podobne

• dla każdego z nich D/d = 3

• D2=10 * D1

• ta sama moc właściwa

dla mieszania burzliwego dla mieszania laminarnego

2

1 n

n 

2n1

dla mieszania burzliwego n

3 2

1 2 2 1





d d n n

1 10 3

10 3

3

3

1

1 2 1

2

 

 

D D D

D d

d

6 4 10

1 3

2 2 1

.

n

nn

(21)

Kryteria służące ocenie efektu procesu mieszania

1. Stopień zmieszania, indeks mieszania I -

miara

jednorodności układu.

 

 

 

n

i k

i

c c

c c

I n

1 0

1

0

gdzie: n - liczba pobranych próbek gdzie: n - liczba pobranych próbek

c

i

, c

0

, c

k

, - stężenie lub inna cecha charakteryzująca badany układ odpowiednio dla czasów  ,  =0, oraz dla końca procesu mieszania 

k

Gdy nie ma mieszania :

I0

Idealne mieszanie:

I1

(22)

Kryteria służące ocenie efektu procesu mieszania

2. Intensywność mieszania

• liczba obrotów mieszadła n,

• prędkość obwodowa końca łopatek mieszadła u,

• prędkość obwodowa końca łopatek mieszadła u,

• liczba Reynoldsa dla mieszania Re

M

,

• moc mieszania, liczona na jednostkę objętości mieszanej cieczy N/V

(23)

Kryteria służące ocenie efektu procesu mieszania 3. Efektywność mieszania

Określana nakładem energii niezbędnej do osiągnięcia żądanego efektu technologicznego

  n

N f I

zależność pomiędzy stosunkiem indeksu mieszania do mocy mieszania, a liczbą obrotów mieszadła

 

 

V f N I

 

 

V f N

I

zależności między indeksem mieszania a mocą zużywaną na jednostkę objętości mieszanego układu

zależności między indeksem

mieszania a nakładem energii

zużywanym na jednostkę

objętości mieszanego układu

(24)

Kryteria służące ocenie efektu procesu mieszania

 

 

V f N I

t

e k

I  1

Bardzo mały wzrost indeksu I przy wzroście mocy .

I

Indeks jest mały (słabe wymieszanie) przy zbyt małym zużyciu mocy.

Szybki wzrost indeksu I, przy małym wzroście mocy

przy wzroście mocy .

Cytaty

Powiązane dokumenty

Nagroda za pisanie w niewłaściwej sali jest równa -10 punktów (odejmuję 10 punktów od

Przenoszenie zakażenia COVID-19 z matki na dziecko rzadkie Wieczna zmarzlina może zacząć uwalniać cieplarniane gazy Ćwiczenia fizyczne pomocne w leczeniu efektów długiego

[r]

Natężenie przepływu cieczy przez wirnik pompy o swobodnym przepływie je3t w punkcie optymalnej sprawności 3-^ razy większe od wydajności pompy.. Proces działania pompy

Przemieszczanie składników następuje strumieniem powietrza wypływającego z dyszy Lavala (zw ór 7 - otwarty), co powoduje unoszenie mieszanego materiału z dna

Wiele osób identyfikujących się z anarchizmem opowiada się za wprowadzeniem związków partnerskich, relacji przypominającej małżeństwo i jak ono wymagającej potwierdzenia

Statystycznie istotn okazaa si natomiast ujemna korelacja midzy wielkoci realnych roz- stpów cenowych w ogniwach przetwórstwa i skupu w acuchu marketingo- wym

bezpiecza układ przed nadmiernym wzrostem ciśnienia; zawór przelewowy jest zawsze otwarty, a zawór bezpieczeństwa jest zamknięty i otwiera się tylko wtedy, gdy