Keverés Hidromechanikus m veletek: - Keverés - Gáz-szilárd rendszerek szétválasztása - Sz rés (foly.-szil., gáz-szil.) - Centrifugálás (foly.-szil., foly.-foly.) - Fluidizáció Keverés: Egy készülékben a folyadékot technológiai célból mozgatjuk valamilyen kever elemmel. Ilyen technológiai cél pl.: oldás, reakciósebesség gyorsítása, egyenletes h eloszlás, h átadás javítása (leves kevergetése). A keverés lehet: - folyadékok keverése - nagy viszkozitású anyagok keverése (kenyérgyártás) - homogenizáló keverés - szilárd (porszer ) anyagok keverése (cementgyártás) Kever modell: arányok: d = 0 .4 − 0 .5 D W = 0 .9 − 1 d h = 0 .1 − 0 .2 d H = 1 .5 − 2 d
A. Kever típusok 1.) Síklapátos kever k
Jellemz ik: - áramlási irány tangenciális
1 ; perc
m ) s
-
lassú járásúak ( nmax = 100
-
központosak legtöbbször kis viszkozitás esetén alkalmazzák (η ≅ 50cP ; ( 1cP = 10 −3 Pa ⋅ s )
vk max = 3 − 5
η max = 2000cP )
2.) Ívelt lapátú kever k:
Jellemz ik: - f leg szuszpenziók keverésére használják 1 ) perc
-
még ezek is kis fordulatszámúak ( n = 60 − 180
-
a kever karok kb. 10-15°-os szögben emelkednek, felülnézetben hátrafele hajlanak. legtöbbször kis viszkozitás esetén alkalmazzák (η ≅ 50cP ; η max = 2000cP )
-
3.) Propellerkever k:
Jellemz ik: - alakilag hasonlók a hajócsavarokhoz - f leg szuszpenziók keverésére használják
1 ), ezért általában közvetlen perc
-
fordulatszámuk aránylag nagy ( n = 150 − 1600
-
motorhajtásúak igen er s axiális áramlást idéznek el nagy folyadéktömeg megmozgatására alkalmazzák általában η ≅ 1000cP , kivételesen η max = 10000cP viszkozitásig használják
3.1.) függ leges tengelyelrendezés propeller kever k: álló hengeres készülék közepébe helyezik el; a tölcsérképz dés és - szuszpenziók esetén - a szétválasztódási jelenségek elkerülése érdekében áramlástör elemek beépítésével védekezünk.
megjegyzés: ha a kever nek a készülék kis töltésénél – ürítésnél – is kifogástalanul kell m ködnie, az áramlástör ket a fenékre helyezik el. 3.2.) ferde tengelyelrendezés propeller kever k: nagyméret tárolótartályok keverésére használják, a tölcsérképz dés és a szétválasztódási (ülepedés) jelenségek elkerülése érdekében
4.) Turbinakever k (turbókever k): lehet zárt vagy nyitott, egyszeres vagy kett s beömlés , sugárirányú vagy görbe mentén lapátozott kivitel.
4.1.) zárt turbinakever k jellemz i: - centrifugálszivattyú járókerekéhez hasonlóan m ködik - a tengelyirányban odaáramló folyadékot a lapátok felgyorsítják, majd sugárirányban nagy sebességgel áramlik az edény távolabbi része felé -
gyors kever khöz tartozik ( n = 50 − 1800
-
felhasználás kb. η ≅ 1000cP -ig
1 ), a lapátok száma 3-12 perc
4.2.) nyitott turbinakever k jellemz i: - alakjuk a síklapátos kever kre emlékeztet - lehetnek sík, ívelt, ferde és Brumagin-féle lapátozásúak
-
max η ≅ 20000cP viszkozitásig alkalmazhatók ferde lapátozású kever összetett, sugár- és tengelyirányú áramlást hoz létre.
5.) Egyéb kever k: vibro-kever , ingamozgású kever , pneumatikus buborékoltató (pachuca-edények)
B. A keverés teljesítményszükséglete A mechanikus kever k teljesítményszükséglete a hasonlósági elmélet alkalmazásával oldható meg. A hasonlósági kritériumok a dimenzióanalízis segítségével meghatározhatók. Az áramlás leírása kritériális egyenletekkel: → Reynolds - szám = Re =
w⋅d ⋅ ρ
η
tehetetlenségi er bels súrlódási er
υ=
η ρ
A kever k számításainál a hasonlósági kritériumok módosított értékeivel dolgozunk, jelölje ezt ideiglenesen „m” index. n⋅d2 ⋅ρ módosított Reynolds-szám: Re m = , η mivel w ~ n ⋅ d
→ Froude - szám =
tehetetlenségi er nehézségi er
Fr =
w2 g ⋅d
Frm =
→ Euler - szám =
n2 ⋅ d 2 n2 ⋅ d = g ⋅d g
∆p ρ ⋅ w2 ∆p Eu m = ρ ⋅ n2 ⋅ d 2
nyomóer tehetetlenségi er
Eu =
Ellenállás-tényez – keverés teljesítményszükséglete ∆p =
F N ; = A w⋅ d 2
F=
N ; w
A~ d2
ezt helyettesítsük be a módosított Euler-számba: Eu m =
∆p N N N = = = =ξ 2 2 2 2 2 2 2 2 ρ ⋅n ⋅d w⋅ d ⋅ ρ ⋅ n ⋅d n⋅d ⋅d ⋅ ρ ⋅n ⋅d ρ ⋅ n3 ⋅ d 5
ahol a ξ az ellenállás-tényez . Levezetés nélkül a keverés teljesítményszükséglete: N = ξ ⋅ ρ ⋅ n 3 ⋅ d 5 Az Euler-szám felírható a Reynolds- és a Froude-szám hatványfüggvényeként, azaz: Eu m = A ⋅ Re B ⋅ Fr C
ha nincs felszíni hullámzás (tölcsérképz dés), akkor: C = 0 ha van akkor: C ≠ 0
Fr C = 1 ,
C. A keverés alkalmazása -Gázok diszpergálása -Szilárd anyag diszpergálása -Oldás -Két folyadék keverése -H átvitel kever s készülékben
D. Folyadékkever k kiválasztásának szempontjai A folyadékkever k tervezésénél az alábbi feladatokat kell elvégezni: 1. A technológia követelményeknek legjobban megfelel kever típust kiválasztani. 2. Meghatározni a gazdaságos keverési id t.(Folytonos üzem készülékeknél a tartózkodási id t.) 3. Meghatározni a kever fordulatszámát. 4. A keverés teljesítményszükségletének meghatározása a B pont alapján. 5. Az esetleges h átadó felület nagyságának megállapítása. Méretnövelés keverésnél: A kisminta kísérletek célja a legalkalmasabb kever típus kiválasztása. A mért n m , τm , N m -b l meghatározzuk a nagygép n, τ, N értékeit.
arány (méretnövelés): k=
d dm
N = ξ ⋅ ρ ⋅ n3 ⋅ d 5
↓ Eu m = A ⋅ Re B ⋅ Fr C
Kritériumok: 1. a térfogategységre vonatkoztatott teljesítményszükséglet állandó: N N = áll = m V Vm
-lamináris esetben: n = n m − 23
-turbulens esetben: n = k ⋅ n m 2. a Reynolds-szám állandó:
N = k3 ⋅ Nm
Re = k 2 ⋅ Re m
N = k3 ⋅ Nm
Re = k 3 ⋅ Re m w = k 3 ⋅ w m
4
Re = áll = Re m
- ha a két folyadék viszkozitása megegyezik: υ = υm n = k −2 ⋅ n m
3. a kerületi sebesség állandó:
-lamináris esetben: N = k ⋅ N m -turbulens esetben: N = k 2 ⋅ N m
N = k −1 ⋅ N m
w = áll = w m Re = k ⋅ Re m
w = k −1 ⋅ w m
1
