Amestecarea

În contextul ingineriei chimice și chimice dell, amestecarea (amestecarea în engleză) este operația unitară prin intermediul căreia creați un amestec din mai multe substanțe sau amestecuri de solide , lichide sau gaze .

Operația de amestecare este exploatată într-o multitudine de procese industriale și neindustriale, inclusiv:

amestecarea mai multor substanțe în laborator (printr-un agitator magnetic );
în reactoarele chimice CSTR ( Continuous Stirred Tank Reactor ); ^[1]
în cristalizatoare DTB (tub de tiraj și deflector).

Amestecarea în laborator

Același subiect în detaliu: Agitator magnetic .

La scară de laborator , amestecul poate fi realizat și manual, ^[2] printr-o agitare mecanică simplă (adică prin agitarea recipientului sau cu ajutorul unor tije speciale). Când este necesară omogenizarea perfectă a fazelor, se utilizează echipamente specifice. Un echipament folosit în laborator pentru amestecare este agitatorul magnetic .

Un agitator magnetic este compus dintr-o placă magnetică care are, de asemenea, funcția de a încălzi recipientul care este plasat pe el și o bară de agitare magnetică, care este scufundată în fluidul care trebuie agitat. Deoarece câmpul magnetic impus de placa magnetică variază, viteza de rotație a barei magnetice variază și, prin urmare, eficiența amestecului variază.

Un alt echipament de laborator pentru amestecare este mixerul vortex , folosit pentru a agita eprubete sau articole de sticlă similare. În mixerul vortex, eprubeta este introdusă într-o carcasă de cauciuc care se rotește excentric datorită acțiunii unui motor electric.

Un agitator magnetic de laborator.
Vortex mixer

Amestec industrial

Echipamente industriale pentru amestecare

În funcție de miscibilitatea fluidelor de tratat, sunt disponibile următoarele soluții:

în cazul fluidelor foarte miscibile în regim turbulent (acesta este cazul multor gaze), o joncțiune T este suficientă pentru a efectua amestecul; ^[3]
dacă fluidele sunt foarte vâscoase , se utilizează mixere statice (în general formate din componente elicoidale dispuse în serie, ancorate pe pereții țevii); ^[4] ^[5] ^[6] ^[7]
pentru amestecarea pulberilor , solidelor granulare , a pastelor sau a altor substanțe care nu se amestecă ușor, apelăm la utilizarea recipientelor agitate .

Containere agitate

Schema descriptivă a unui vas agitat

Crearea unui „vortex adânc” într-un pahar cu apă.

Vasele amestecate sunt echipamentele de amestecare prin excelență, deoarece sunt potrivite pentru utilizare într-o clasă largă de procese industriale.

Un vas agitat este compus în esență dintr-un rezervor cilindric echipat cu un capac cu flanșă , în interiorul căruia este dispus un agitator sau un rotor sau un rotor (în general în poziție axială). Pe pereții vasului agitat există 3 sau 4 septuri sau diafragme care sparg vortexul (în engleză baffle ), care au scopul de a evita formarea de vortexuri profunde. ^[8] În absența deflectoarelor vortex , s-ar crea o mișcare a ansamblului (sau rotația unui corp rigid ) a fluidului, împiedicând condiția amestecării perfecte ; în plus, dacă vârtejul profund ajunge la rotor, o parte din aer ar fi amestecată împreună cu lichidul de tratat, cu efecte adesea nedorite. O alternativă la utilizarea deflectoarelor (pentru echipamente nu prea mari) este poziționarea înclinată (sau într-o poziție nu perfect axială) a rotorului. ^[9]

Recipientele agitate pot fi, de asemenea, prevăzute cu o manta sau cu bobine interne pentru răcirea sau încălzirea fluidului de amestecat. ^[10] De exemplu, în cazul utilizării ca CSTR pentru reacții exoterme, mantaua externă permite răcirea echipamentului, în timp ce agitația continuă indusă de rotor împiedică formarea de puncte fierbinți , adică puncte în care temperatura atinge valori Care nu sunt admisibile din punct de vedere al siguranței instalației.

Paturi fluidizate

Același subiect în detaliu: Fluidizarea .

Paturile fluidizate sunt echipamente chimice deosebite, care permit omogenizarea solidelor granulare datorită trecerii unui fluid în rezervorul care le conține. Operația de fluidizare determină o amestecare puternică a solidului și, prin urmare, este indicată în cazul reacțiilor puternic exoterme, pentru care este esențial să eliminați căldura eficient. Amestecarea continuă a particulelor solide în patul fluidizat crește, pe lângă coeficientul de schimb de căldură , și coeficientul de schimb de materiale .

Agitate de curgere axială și de curgere radială

Agitator de curgere predominant axial (stânga) și agitator de curgere predominant radial (dreapta).

Amestecul poate fi deplasat de agitator într-o direcție predominant axială (adică de-a lungul axei de rotație a arborelui) sau într-o direcție predominant radială (adică într-o direcție perpendiculară pe axa de rotație a arborelui). Direcția de curgere (axială sau radială) depinde de geometria rotorului utilizat.

Rotorile cu palete înclinate plate și elicele marine aparțin agitatorilor de curgere axiale în principal ; în acest caz, debitul manipulat este maximizat, în timp ce forțele de forfecare exercitate de rotor asupra amestecului sunt minime.

Rotorele Rashton (sau discul cu lame ) , rotorele cu palete , agitatorii de bare și agitatorii de disc aparțin agitatorilor cu flux radial predominant ; în acest caz, tensiunile de forfecare impresionate de rotor pe amestec sunt maximizate (de aici turbulența locală), în timp ce debitul deplasat este minim.

În plus față de geometria rotorului, înălțimea rotorului de la fundul vasului agitat influențează și tipul de curgere. De exemplu, plasarea unui rotor Rashton foarte aproape de fundul rezervorului duce la cazul unui flux predominant axial.

Rotorile axiale sunt preferate în procesele controlate prin mișcare în vrac , adică procesele de omogenizare a fluidelor miscibile și dispersia solid-lichid, în care maximizarea mișcării generale este crucială.

Rotorele radiale sunt în schimb preferate în procese controlate cu viteză de forfecare , adică procese în care este necesar să rupeți o interfață de faze (de exemplu lichide nemiscibile), pentru care sunt necesare forțe de forfecare mari.

Numărul de putere și numărul de pompare

Debitul volumic eliminat de un rotor axial (stânga) și radial (dreapta).

Parametrii care trebuie luați în considerare la dimensionarea unui agitator sunt în esență debitul tratat și capacitatea de pompare. Acești parametri sunt asociați cu două numere adimensionale, numite număr de putere ( număr de putere în limba engleză) ^[11] N și _P numărul de pompare (în limba engleză număr de pompare) N _Q, ^[12] definit ca: ^[13]

N_{P}={\frac {P}{\rho N^{3}D^{5}}}

{\ displaystyle N_ {P} = {\ frac {P} {\ rho N ^ {3} D ^ {5}}}}

{\ displaystyle N_ {P} = {\ frac {P} {\ rho N ^ {3} D ^ {5}}}}

N_{Q}={\frac {Q}{D^{3}N}}

{\ displaystyle N_ {Q} = {\ frac {Q} {D ^ {3} N}}}

{\ displaystyle N_ {Q} = {\ frac {Q} {D ^ {3} N}}}

in care:

Î: debitul volumetric eliminat de rotor [m ³ / s]
N: numărul de rotații ale rotorului [rps]
D: diametrul rotorului [m]
P: putere mecanică absorbită de agitator [W]
$\rho$ ${\ displaystyle \ rho}$ $\ rho$ : densitatea amestecului [kg / m ³ ]

Cunoscând natura amestecului care urmează a fi tratat și stabilind geometria agitatorului, putem obține direct debitul dispus pornind de la numărul de pompare și puterea absorbită de numărul de putere (de unde și numele celor două mărimi adimensionale). Numărul de putere este mai mare pentru agitatorii radiali, în timp ce numărul de pompare este mai mare pentru agitatorii axiali.

Derivarea ecuației de proiectare

Ecuația constitutivă și ecuația de echilibru a impulsului

Sistem de referință asociat cu mixerul.

Să luăm în considerare un agitator cu axa axului dispusă vertical și ne fixăm referința carteziană pe axa axului (sau butuc ), cu $z$ ${\ displaystyle z}$ $z$ orientat în jos, deci în aceeași direcție cu accelerația gravitației $g$ ${\ displaystyle g}$ $g$ . Viteza și presiunea depind de coordonatele spațiale (x, y, z) și timpul (t):

\mathbf {v} =\mathbf {v} (x,y,z,t)

{\ displaystyle \ mathbf {v} = \ mathbf {v} (x, y, z, t)}

{\ displaystyle \ mathbf {v} = \ mathbf {v} (x, y, z, t)}

p=p(x,y,z,t)

{\ displaystyle p = p (x, y, z, t)}

{\ displaystyle p = p (x, y, z, t)}

Presupunând că fluidul este incompresibil, densitatea $\rho$ ${\ displaystyle \ rho}$ $\ rho$ rămâne constantă în timp. Mai mult, introducem ipoteza fluidului newtonian , pentru care stresul tangențial $\tau$ ${\ displaystyle \ tau}$ $\ tau$ este dat de:

\tau =\mu {\frac {dv}{ds}}

{\ displaystyle \ tau = \ mu {\ frac {dv} {ds}}}

{\ displaystyle \ tau = \ mu {\ frac {dv} {ds}}}

fiind $s$ ${\ displaystyle s}$ $s$ deplasarea tangențială suferită de un mic element de fluid în corespondență cu viteza tangențială v.

Ecuația constitutivă pentru acest sistem este scrisă:

\nabla \cdot \mathbf {v} ={\frac {\partial v_{x}}{\partial x}}+{\frac {\partial v_{y}}{\partial y}}+{\frac {\partial v_{z}}{\partial z}}=0

{\ displaystyle \ nabla \ cdot \ mathbf {v} = {\ frac {\ partial v_ {x}} {\ partial x}} + {\ frac {\ partial v_ {y}} {\ partial y}} + { \ frac {\ partial v_ {z}} {\ partial z}} = 0}

{\ displaystyle \ nabla \ cdot \ mathbf {v} = {\ frac {\ partial v_ {x}} {\ partial x}} + {\ frac {\ partial v_ {y}} {\ partial y}} + { \ frac {\ partial v_ {z}} {\ partial z}} = 0}

în timp ce ecuația echilibrului impulsului :

\rho {\frac {D\mathbf {v} }{Dt}}=-\nabla p+\mu \nabla ^{2}\mathbf {v} +\rho \mathbf {g}

{\ displaystyle \ rho {\ frac {D \ mathbf {v}} {Dt}} = - \ nabla p + \ mu \ nabla ^ {2} \ mathbf {v} + \ rho \ mathbf {g}}

{\ displaystyle \ rho {\ frac {D \ mathbf {v}} {Dt}} = - \ nabla p + \ mu \ nabla ^ {2} \ mathbf {v} + \ rho \ mathbf {g}}

in care ${\frac {D\mathbf {v} }{Dt}}$ ${\ displaystyle {\ frac {D \ mathbf {v}} {Dt}}}$ ${\ displaystyle {\ frac {D \ mathbf {v}} {Dt}}}$ este derivata totală a vectorului viteză.

Condițiile limită asociate sunt:

\left\{{\begin{aligned}&\mathbf {v} =0\ \ \ \ (S_{laterale}(x,y,z)=0)\\&\mathbf {v} =\mathbf {v} _{agitatore}\ \ \ \ (S_{agitatore}(x,y,z,t)=0)\\&p=p_{0}\ \ \ \ (S_{pelolibero}(x,y,z,t)=0)\end{aligned}}\right.

{\ displaystyle \ left \ {{\ begin {align} & \ mathbf {v} = 0 \ \ \ \ (S_ {lateral} (x, y, z) = 0) \\ & \ mathbf {v} = \ mathbf {v} _ {agitator} \ \ \ \ (S_ {agitator} (x, y, z, t) = 0) \\ & p = p_ {0} \ \ \ \ (S_ {pelolibero} (x, y, z, t) = 0) \ end {align}} \ right.}

{\ displaystyle \ left \ {{\ begin {align} & \ mathbf {v} = 0 \ \ \ \ (S_ {lateral} (x, y, z) = 0) \\ & \ mathbf {v} = \ mathbf {v} _ {agitator} \ \ \ \ (S_ {agitator} (x, y, z, t) = 0) \\ & p = p_ {0} \ \ \ \ (S_ {pelolibero} (x, y, z, t) = 0) \ end {align}} \ right.}

presiunea dinamică P poate fi introdusă ca:

P=p-\rho (g_{x}x+g_{y}y+g_{z}z)=p-\rho \mathbf {g} z

{\ displaystyle P = p- \ rho (g_ {x} x + g_ {y} y + g_ {z} z) = p- \ rho \ mathbf {g} z}

{\ displaystyle P = p- \ rho (g_ {x} x + g_ {y} y + g_ {z} z) = p- \ rho \ mathbf {g} z}

în termeni de presiune dinamică, ecuația echilibrului impulsului devine:

\rho {\frac {D\mathbf {v} }{Dt}}=-\nabla P+\mu \nabla ^{2}\mathbf {v}

{\ displaystyle \ rho {\ frac {D \ mathbf {v}} {Dt}} = - \ nabla P + \ mu \ nabla ^ {2} \ mathbf {v}}

{\ displaystyle \ rho {\ frac {D \ mathbf {v}} {Dt}} = - \ nabla P + \ mu \ nabla ^ {2} \ mathbf {v}}

în acest fel am încorporat doi termeni într-unul singur.

Dimensionalizarea ecuației constitutive și a ecuației de echilibru a impulsului

Constanța lui N _P și N _Q

În condiții particulare, numărul de putere N _P și numărul de pompare N _Q pot fi considerate constante.

Numărul de pompare N _Q este o funcție a numărului Reynolds ( Re ) și a numărului Froude ( Fr ), dar în cazul mișcării turbulente dezvoltate (indicativ Re > 10000) Re → + ∝ și dacă suprafața suprafeței libere poate asuma plat ^[14] , apoi depinde și de dependența de numărul lui Froude.

În mod similar, numărul de putere N _P depinde de numărul Reynolds și de numărul Froude și, dacă avem condițiile de suprafață liberă plană și mișcare turbulentă dezvoltată, se poate presupune că și ea este constantă.

Mai mult, tendința numărului de putere față de Re este liniară (pe o scară logaritmică) pentru valori scăzute ale numărului Reynolds (aproximativ pentru Re <10).

Ecuațiile văzute pot fi adimensionale prin introducerea următoarelor mărimi adimensionale:

L_{ad}^{*}=D

{\ displaystyle L_ {ad} ^ {*} = D}

{\ displaystyle L_ {ad} ^ {*} = D}

t_{ad}^{*}=1/N

{\ displaystyle t_ {ad} ^ {*} = 1 / N}

{\ displaystyle t_ {ad} ^ {*} = 1 / N}

unde N este perioada de rotație a rotorului. ^[15]

Pornind de la mărimile adimensionale definim următoarele mărimi adimensionale:

x^{*}=x/D

{\ displaystyle x ^ {*} = x / D}

{\ displaystyle x ^ {*} = x / D}

y^{*}=y/D

{\ displaystyle y ^ {*} = y / D}

{\ displaystyle y ^ {*} = y / D}

z^{*}=z/D

{\ displaystyle z ^ {*} = z / D}

{\ displaystyle z ^ {*} = z / D}

t^{*}=Nt

{\ displaystyle t ^ {*} = Nt}

{\ displaystyle t ^ {*} = Nt}

P^{*}={\frac {P-p_{0}}{\rho (ND)^{2}}}

{\ displaystyle P ^ {*} = {\ frac {P-p_ {0}} {\ rho (ND) ^ {2}}}}

{\ displaystyle P ^ {*} = {\ frac {P-p_ {0}} {\ rho (ND) ^ {2}}}}

De asemenea, definim următorii operatori fără dimensiuni:

\nabla ^{*}={\frac {\partial }{\partial x^{*}}}+{\frac {\partial }{\partial y^{*}}}+{\frac {\partial }{\partial z^{*}}}=D\nabla

{\ displaystyle \ nabla ^ {*} = {\ frac {\ partial} {\ partial x ^ {*}}} + {\ frac {\ partial} {\ partial y ^ {*}}} + {\ frac { \ partial} {\ partial z ^ {*}}} = D \ nabla}

{\ displaystyle \ nabla ^ {*} = {\ frac {\ partial} {\ partial x ^ {*}}} + {\ frac {\ partial} {\ partial y ^ {*}}} + {\ frac { \ partial} {\ partial z ^ {*}}} = D \ nabla}

\nabla ^{*2}=x/D

{\ displaystyle \ nabla ^ {* 2} = x / D}

{\ displaystyle \ nabla ^ {* 2} = x / D}

^[16]

{\frac {D^{*}}{Dt^{*}}}={\frac {\partial }{\partial t^{*}}}+v_{x}^{*}{\frac {\partial }{\partial x^{*}}}+v_{y}^{*}{\frac {\partial }{\partial y^{*}}}+v_{z}^{*}{\frac {\partial }{\partial z^{*}}}={\frac {1}{N}}{\frac {D}{Dt}}

{\ displaystyle {\ frac {D ^ {*}} {Dt ^ {*}}} = {\ frac {\ partial} {\ partial t ^ {*}}} + v_ {x} ^ {*} {\ frac {\ partial} {\ partial x ^ {*}}} + v_ {y} ^ {*} {\ frac {\ partial} {\ partial y ^ {*}}} + v_ {z} ^ {*} {\ frac {\ partial} {\ partial z ^ {*}}} = {\ frac {1} {N}} {\ frac {D} {Dt}}}

{\ displaystyle {\ frac {D ^ {*}} {Dt ^ {*}}} = {\ frac {\ partial} {\ partial t ^ {*}}} + v_ {x} ^ {*} {\ frac {\ partial} {\ partial x ^ {*}}} + v_ {y} ^ {*} {\ frac {\ partial} {\ partial y ^ {*}}} + v_ {z} ^ {*} {\ frac {\ partial} {\ partial z ^ {*}}} = {\ frac {1} {N}} {\ frac {D} {Dt}}}

Ecuația constitutivă și ecuația echilibrului adimensional sunt:

\nabla ^{*}{\vec {v}}^{*}=0

{\ displaystyle \ nabla ^ {*} {\ vec {v}} ^ {*} = 0}

{\ displaystyle \ nabla ^ {*} {\ vec {v}} ^ {*} = 0}

{\frac {D^{*}{\vec {v}}^{*}}{Dt^{*}}}=-\nabla ^{*}P^{*}-{\frac {1}{Re}}\nabla ^{*2}{\vec {v}}^{*}

{\ displaystyle {\ frac {D ^ {*} {\ vec {v}} ^ {*}} {Dt ^ {*}}} = - \ nabla ^ {*} P ^ {*} - {\ frac { 1} {Re}} \ nabla ^ {* 2} {\ vec {v}} ^ {*}}

{\ displaystyle {\ frac {D ^ {*} {\ vec {v}} ^ {*}} {Dt ^ {*}}} = - \ nabla ^ {*} P ^ {*} - {\ frac { 1} {Re}} \ nabla ^ {* 2} {\ vec {v}} ^ {*}}

fiind Re numărul Reynolds . A doua ecuație poate fi rescrisă ca:

{\frac {D^{*}{\vec {v}}^{*}}{Dt^{*}}}=-\nabla ^{*}P^{*}+{\frac {\mu N}{D\rho N^{2}D}}\nabla ^{*2}{\vec {v}}^{*}

{\ displaystyle {\ frac {D ^ {*} {\ vec {v}} ^ {*}} {Dt ^ {*}}} = - \ nabla ^ {*} P ^ {*} + {\ frac { \ mu N} {D \ rho N ^ {2} D}} \ nabla ^ {* 2} {\ vec {v}} ^ {*}}

{\ displaystyle {\ frac {D ^ {*} {\ vec {v}} ^ {*}} {Dt ^ {*}}} = - \ nabla ^ {*} P ^ {*} + {\ frac { \ mu N} {D \ rho N ^ {2} D}} \ nabla ^ {* 2} {\ vec {v}} ^ {*}}

Prin dimensionarea condițiilor limită, obținem:

\left\{{\begin{aligned}&{\vec {v}}^{*}=0\ \ \ \ (S_{laterale}^{*}(x^{*},y^{*},z^{*})=0)\\&{\vec {v}}^{*}={\vec {v}}_{agitatore}^{*}\ \ \ \ (S_{agitatore}^{*}(x^{*},y^{*},z^{*},t^{*})=0)\\&p^{*}=-{\frac {1}{Fr}}z^{*}\end{aligned}}\right.

{\ displaystyle \ left \ {{\ begin {align} & {\ vec {v}} ^ {*} = 0 \ \ \ \ (S_ {lateral} ^ {*} (x ^ {*}, y ^ { *}, z ^ {*}) = 0) \\ & {\ vec {v}} ^ {*} = {\ vec {v}} _ {agitator} ^ {*} \ \ \ \ (S_ {agitator } ^ {*} (x ^ {*}, y ^ {*}, z ^ {*}, t ^ {*}) = 0) \\ & p ^ {*} = - {\ frac {1} { Fr}} z ^ {*} \ end {align}} \ right.}

{\ displaystyle \ left \ {{\ begin {align} & {\ vec {v}} ^ {*} = 0 \ \ \ \ (S_ {lateral} ^ {*} (x ^ {*}, y ^ { *}, z ^ {*}) = 0) \\ & {\ vec {v}} ^ {*} = {\ vec {v}} _ {agitator} ^ {*} \ \ \ \ (S_ {agitator } ^ {*} (x ^ {*}, y ^ {*}, z ^ {*}, t ^ {*}) = 0) \\ & p ^ {*} = - {\ frac {1} { Fr}} z ^ {*} \ end {align}} \ right.}

in care $F. r$ ${\ displaystyle Fr}$ ${\ displaystyle Fr}$ este numărul lui Froude .

În ipoteza suprafeței libere plane sau dacă suprafața este închisă de un acoperiș plutitor, viteza adimensională își pierde dependența de numărul Froude. În aceste condiții, ființa ${\vec {v}}^{*}$ ${\ displaystyle {\ vec {v}} ^ {*}}$ ${\ displaystyle {\ vec {v}} ^ {*}}$ independent de $R. Și$ ${\ displaystyle Re}$ ${\ displaystyle Re}$ Și $F. r$ ${\ displaystyle Fr}$ ${\ displaystyle Fr}$ , putem crede că există o similitudine geometrică și dinamică , adică extinderea nu schimbă caracteristicile sistemului.

Geometrie standard

Geometrie standard.

În proiectarea vaselor agitate se preferă adesea să nu se dimensioneze echipamentul maximizând debitul pentru procesele de omogenizare și numărul de pompare pentru procesele de dispersie, ci mai degrabă se alege o geometrie standard pentru dimensionare, ale cărei date din literatură sunt mai disponibile decât alte geometrii posibile. Folosim chiar rotorul Rashton, care este un rotor radial, și pentru procesele de omogenizare (pentru care ar fi preferabil un rotor axial), deoarece în acest fel putem duce înapoi la geometria standard, care este cea optimă din punct de vedere al siguranței. a procesului.

Figura din lateral arată măsurătorile geometriei standard, care poate fi scalată în virtutea constanței numărului de debit și a numărului de pompare.

Sisteme solid-lichide

În amestecul unei faze solide cu o fază lichidă, starea suspensiei uniforme nu este aproape niciodată atinsă (din punct de vedere operațional), care este starea fluidodinamică în care concentrația solidelor dizolvate în recipient este constantă ca scufundarea variază. ^[17] Unul dintre puținele cazuri în care se dorește condiția de suspensie uniformă se referă la reacția de polimerizare .

Pe de altă parte, condiția numită doar condiție de suspensie în terminologia engleză are un interes practic mai mare, care corespunde condiției în care fiecare particulă solidă rămâne pe fundul recipientului pentru un timp care nu depășește 1-2 secunde, deci că într-un moment dat marea majoritate a particulelor solide sunt disponibile pentru schimbul de materie și căldură. În aceste condiții, concentrația solidelor suspendate în amestec crește pe măsură ce scufundarea crește.

Frecventa $N_{JS}$ ${\ displaystyle N_ {JS}}$ ${\ displaystyle N_ {JS}}$ corespunzătoare condiției de suspensie justă poate fi obținută din următoarea corelație, numită corelația lui Zwietering ( 1958 ): ^[18] ^[19]

N_{JS}={\frac {S\mu ^{0,1}d_{p}^{0,2}(g\Delta \rho )^{0,45}B^{0,134}}{\rho _{L}^{0,55}D^{0,85}}}

{\ displaystyle N_ {JS} = {\ frac {S \ mu ^ {0,1} d_ {p} ^ {0,2} (g \ Delta \ rho) ^ {0,45} B ^ {0,134}} {\ rho _ {L} ^ {0,55} D ^ {0,85}}}}

{\ displaystyle N_ {JS} = {\ frac {S \ mu ^ {0,1} d_ {p} ^ {0,2} (g \ Delta \ rho) ^ {0,45} B ^ {0,134}} {\ rho _ {L} ^ {0,55} D ^ {0,85}}}}

in care:

$\mu$ ${\ displaystyle \ mu}$ $\ mu$ este vâscozitatea amestecului
$d_{p}$ ${\ displaystyle d_ {p}}$ ${\ displaystyle d_ {p}}$ este diametrul mediu al particulelor solide
$g$ ${\ displaystyle g}$ $g$ este accelerarea gravitației
$\Delta \rho$ ${\ displaystyle \ Delta \ rho}$ ${\ displaystyle \ Delta \ rho}$ este schimbarea densității între lichid ( $\rho _{L}$ ${\ displaystyle \ rho _ {L}}$ ${\ displaystyle \ rho _ {L}}$ ) și solidul ( $\rho _{p}$ ${\ displaystyle \ rho _ {p}}$ $\ rho _ {p}$ )
$D.$ ${\ displaystyle D}$ $D.$ este diametrul rotorului
$B.$ ${\ displaystyle B}$ $B.$ este raportul procentual dintre masa solidă și masa lichidului
$S.$ ${\ displaystyle S}$ $S.$ este un parametru care depinde de geometria sistemului.

Sisteme lichid-lichid și gaz-lichid

Dacă avem în vedere un proces de dispersie lichid-lichid (nemiscibil) sau gaz-lichid, creșterea numărului de rotații pe minut ( $Nu.$ ${\ displaystyle N}$ $Nu.$ , în [rpm]) a rotorului, cu același debit gazos suflat în distribuitor, trecem prin viteze diferite, cu un grad crescut de amestecare.

Pentru viteze unghiulare mici, cădem din nou în regimul rotorului inundat , în care faza dispersată crește de la distribuitor fără a avea o creștere considerabilă a interfeței dintre faze.

La viteze unghiulare mai mari, se formează un inel primar de recirculare ^[20] deasupra rotorului; încărcăm starea (încărcarea).

Prin creșterea suplimentară a N-ului, suntem într-o stare de dispersie completă , cu formarea a două inele primare de recirculare: unul deasupra rotorului și unul sub acesta.

Pentru viteze unghiulare și mai mari, apar bucle secundare de recirculare.

Regimuri de amestecare pentru sistemele lichid-lichid și gaz-lichid.

Notă

^ Aparat de amestecare
^ ( RO ) IUPAC Gold Book, „mixare”
^ Acest tip de amestecare se realizează de exemplu în arzătoare .
^ O analiză a procesului de amestecare într-un mixer static
^ Brevete Google - Dispozitiv de amestecare static
^ Brevete Google - Dispozitiv de amestecare
^ Brevete Google - Aparat de amestecare a materialelor
^ Inglezakis , p. 82.
^ Caracteristicile câmpului de debit al amestecării cu rotor cu lamă înclinată modificată Depus 13 octombrie 2008 în Internet Archive .
^(EN) Thermopedia, „Transfer de căldură în vas agitat”
^ http://www.manualihoepli.it/media/doc/pr199.pdf
^ Manual de amestecare industrială
^(EN) Thermopedia, „Dispozitive de agitare”
^ Starea suprafeței suprafeței plane libere este verificată în cazul vaselor agitate echipate cu deflectoare vortex, pentru vase închise sau pentru valori reduse ale numărului Reynolds (indicativ Re <300). În acest din urmă caz, însă, există o dependență de numărul Froude.
^ perioada este cantitatea inversă a frecvenței
^ $\nabla ^{*2}$ ${\ displaystyle \ nabla ^ {* 2}}$ ${\ displaystyle \ nabla ^ {* 2}}$ este operatorul laplacian adimensional.
^ Termenul "scufundare" înseamnă distanța particulei luate în considerare față de suprafața liberă. Prin urmare, scufundarea este zero la suprafața liberă și își ia valoarea maximă (egală cu înălțimea amestecului lichid) în partea de jos a recipientului.
^ Modelarea CFD a contactorului gaz-lichid-solid agitat mecanic ^{[ link rupt ]}
^ TN Zwietering, Suspendarea particulelor solide în agitatoare lichide , în Chemical Engineering Science , vol. 8, 1958, pp. 244-253. accesso necesită url ( ajutor )
^ Din figură s-ar putea să arate ca două inele de recirculare, dar figura are 3 dimensiuni, deci există un singur inel de recirculare în formă de toroid ; cele vizibile în figură sunt secțiunile toroidului cu un plan care trece prin axa rotorului.

Bibliografie

( EN ) Warren Lee McCabe, Julian Cleveland Smith, Peter Harriott, Unit operations of chemical engineering , ediția a 6-a, McGraw Hill, 2001, pp. 473-503, ISBN 0-07-039366-4 .
(EN) Robert H. Perry , Don W. Green, James O. Maloney, Perry's Chemical Engineers 'Handbook , ediția a VII-a, McGraw-Hill, 1997, ISBN 0-07-049841-5 .
(EN) Edward L. Paul, Victor Atiemo-Obeng, Suzanne M. Kresta, Handbook of Industrial Mixing: Science and Practice, Wiley, 2003, ISBN 978-0-471-26919-9 .
( EN ) Dianne N. Epp, Chemical Manufacturing: The Process of Mixing , Terrific Science Press, 2000, ISBN 1-883822-23-8 .
(EN) Rob Sturman, Julio M. Ottino, Stephen Wiggins, The Mathematical Foundations of Mixing, Cambridge University Press, 2006, ISBN 0-521-86813-0 .
( EN ) AW Nienow, MF Edwards, N. Harnby, Mixing in the Process Industries , ediția a doua, Butterworth-Heinemann, 1997, ISBN 0-7506-3760-9 .
( EN ) Gary Benjamin Tatterson, Scaleup and Design of Industrial Mixing Processes , Gary Tatterson, 2003, ISBN 0-9726635-1-7 .
( EN ) Gary Benjamin Tatterson, Amestecarea fluidelor și dispersia gazelor în rezervoarele agitate , Gary Tatterson, 2003, ISBN 0-9726635-2-5 .
( EN ) Ralf Weinekötter, H. Gericke, Mixing of Solids , prima ediție, Springer, 2000, ISBN 0-7923-6229-2 .
( EN ) Marko, Stirring: Theory and Practice , prima ediție, Wiley-VCH, 2001, ISBN 3-527-29996-3 .
( EN ) Vassilis J. Inglezakis, Stavros G. Poulopoulos, Adsorbție, schimb ionic și cataliză: proiectarea operațiunilor și a aplicațiilor de mediu , Elsevier, 2006, ISBN 0-444-52783-4 .
Debangshu Guha, PA Ramachandran, MP Dudukovic, Câmp de curgere a solidelor suspendate într-un reactor cu rezervor agitat prin urmărire Lagrangiană , în Chemical Engineering Science , vol. 62, nr. 22, noiembrie 2007, pp. 6143-6154, DOI : 10.1016 / j.ces.2007.06.033 . Adus de 28 februarie 2009.
Yuyun Bao, Zhigang Hao, Zhengming Gao, Litian Shi, JM Smith, Suspendarea particulelor plutitoare într-un rezervor agitat trifazat , în Chemical Engineering Science , vol. 60, n. 8-9, 2005, pp. 2283-2292, DOI : 10.1016 / j.ces.2004.10.040 . Adus de 28 februarie 2009.
Alberto Brucato, Franco Grisafi, G. Montante, Coeficienți de rezistență la particule în fluide turbulente , în Chemical Engineering Science , vol. 53, nr. 18, 1998, pp. 3295–3314, DOI : 10.1016 / S0009-2509 (98) 00114-6 . Adus la 28 februarie 2009 (arhivat din original la 4 martie 2009) .

Elemente conexe

Alte proiecte

Wikționarul conține dicționarul lemă « amestecare »
Wikimedia Commons conține imagini sau alte fișiere despre amestecare

linkuri externe

Amestecarea substanțelor chimice - Note de siguranță. ( PDF ), pe sicurfad.it .
Amestecarea computațională a fluidelor. , pe bakker.org . Adus la 29 decembrie 2008 (arhivat din original la 1 februarie 2009) .
Modelarea și simularea dispersiilor gaz-lichid în vase agitate folosind tehnici de dinamică numerică a fluidelor ( PDF ), pe tesionline.com .
Simulare numerică a unui proces de solubilitate într-un reactor cu rezervor amestecat ( PDF ), la wpi.edu .
Bazele tehnologiei de amestecare ( PDF ), pe herbst-planetary-mixers.com . Adus la 28 februarie 2009 (arhivat din original la 3 decembrie 2012) .
Efectul amestecului asupra reologiei materialelor pe bază de ciment care conțin superplacticizanti de înaltă performanță ( PDF ) ^{[ link rupt ]} , pe nordicrheologysociety.org .
Note de amestecare: Capitolul 19 Robert P. Hesketh ( PDF ), la users.rowan.edu .
Studiu comparativ al fluxului într-un vas de amestecare agitat de un disc solid și un rotor cu patru pale ( PDF ), la flair.monash.edu.au . Adus la 28 februarie 2009 (arhivat din original la 12 septembrie 2009) .
Simulare numerică și studiu experimental al fluxului de amestecare non-newtonian cu o suprafață liberă ( PDF ), pe scielo.br .
Brevete Google - Dispozitiv de amestecare și agitare , pe google.com .
Amestecarea solidelor ( PDF ) ^{[ collegamento interrotto ]} , su dipic.unipd.it .
( EN ) Mixing in Chemical Reactors ( PDF ), su jbrwww.che.wisc.edu . URL consultato il 22 giugno 2009 (archiviato dall' url originale il 9 maggio 2010) .

Controllo di autorità	Thesaurus BNCF 5874

Portale Chimica

Portale Ingegneria

[1] Aparat de amestecare

[2] ( RO ) IUPAC Gold Book, „mixare”

[3] Acest tip de amestecare se realizează de exemplu în arzătoare .

[4] O analiză a procesului de amestecare într-un mixer static

[5] Brevete Google - Dispozitiv de amestecare static

[6] Brevete Google - Dispozitiv de amestecare

[7] Brevete Google - Aparat de amestecare a materialelor

[8] Inglezakis , p. 82.

[9] Caracteristicile câmpului de debit al amestecării cu rotor cu lamă înclinată modificată Depus 13 octombrie 2008 în Internet Archive .

[10] (EN) Thermopedia, „Transfer de căldură în vas agitat”

[11] ttp://www.manualihoepli.it/media/doc/pr199.pdf

[12] Manual de amestecare industrială

[13] (EN) Thermopedia, „Dispozitive de agitare”

[14] Starea suprafeței suprafeței plane libere este verificată în cazul vaselor agitate echipate cu deflectoare vortex, pentru vase închise sau pentru valori reduse ale numărului Reynolds (indicativ Re <300). În acest din urmă caz, însă, există o dependență de numărul Froude.

[15] rioada este cantitatea inversă a frecvenței

[16] $\nabla ^{*2}$ ${\ displaystyle \ nabla ^ {* 2}}$ ${\ displaystyle \ nabla ^ {* 2}}$ este operatorul laplacian adimensional.

[17] Termenul "scufundare" înseamnă distanța particulei luate în considerare față de suprafața liberă. Prin urmare, scufundarea este zero la suprafața liberă și își ia valoarea maximă (egală cu înălțimea amestecului lichid) în partea de jos a recipientului.

[18] Modelarea CFD a contactorului gaz-lichid-solid agitat mecanic ^{[ link rupt ]}

[19] TN Zwietering, Suspendarea particulelor solide în agitatoare lichide , în Chemical Engineering Science , vol. 8, 1958, pp. 244-253. accesso necesită url ( ajutor )

[20] Din figură s-ar putea să arate ca două inele de recirculare, dar figura are 3 dimensiuni, deci există un singur inel de recirculare în formă de toroid ; cele vizibile în figură sunt secțiunile toroidului cu un plan care trece prin axa rotorului.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]

[18]

[19]

[20]