Mieszanie cieczy wysokolepkich. Podstawy procesowe.

Mieszanie cieczy wysokolepkich. Podstawy procesowe.

Monografia jest przeznaczona dla studentów wyższych lat studiów kierunków inżynierii chemicznej, technologii chemicznych, mechanicznych oraz pokrewnych. Może być również przydatną dla projektantów stykających się w swojej pracy zawodowej z problemami mieszania cieczy o dużych lepkościach. W monografii zagadnienia związane z procesem mieszania podzielono na sześć kategorii: hydrodynamika cieczy, mieszalnik jako wymiennik ciepła, wytwarzanie zawiesiny ciała stałego w cieczy i rozpuszczanie, dyspersja gaz-ciecz i absorpcja, ciecze wzajemnie nierozpuszczalne, emulsje i ekstrakcja, ciecze wzajemnie rozpuszczalne i reaktory.

SPIS TREŚCI
SPIS OZNACZEŃ................................................................................................. 7
1. WPROWADZENIE ........................................................................................ 11
1.1. Zakres i przeznaczenie książki ................................................................. 11
1.2. Pojęcie płynu, makroskopowe własności płynu ....................................... 13
2. CYRKULACJA CIECZY W MIESZALNIKU .............................................. 19
2.1. Intensywność mieszania ........................................................................... 25
3. MIESZADŁA WSTĘGOWE .......................................................................... 28
3.1. Moc mieszania mieszadeł wstęgowych .................................................... 28
3.1.1. Równania korelacyjne w formie funkcji potęgowych .................. 35
3.1.2. Zastosowanie analogii przepływu Couette'a ................................. 42
3.1.3. Analiza wielkości oporu cieczy względem elementu
obrotowego w mieszalniku .......................................................... 47
3.1.4. Wykorzystanie metod modelowania matematycznego ................. 51
3.1.5. Wpływ poszczególnych parametrów geometrycznych mieszadła
na moc mieszania ......................................................................... 52
3.1.5.1. Wpływ prześwitu ............................................................ 53
3.1.5.2. Wpływ skoku wstęgi mieszadła ...................................... 56
3.1.5.3. Liczba wstęg.................................................................... 58
3.1.5.4. Szerokość wstęgi ............................................................. 60
3.1.6. Nietypowe rozwiązania konstrukcyjne mieszadeł wstęgowych ... 60
3.2. Czasy homogenizacji ................................................................................ 63
3.2.1. Zależność pomiędzy czasem homogenizacji m a czasem
cyrkulacji c.................................................................................. 71
3.2.2. Wpływ szerokości wstęgi na czas homogenizacji ........................ 72
3.2.3. Wpływ prześwitu na czas homogenizacji ..................................... 73
3.2.4. Wpływ skoku wstęgi mieszadła na czas homogenizacji............... 75
3.2.5. Wpływ liczby wstęg mieszadła na czas homogenizacji ............... 76
3.2.6. Zależności korelacyjne określające czas homogenizacji .............. 77
3.3. Mieszanie cieczy nienewtonowskich........................................................ 78
3.3.1. Podział cieczy nienewtonowskich ................................................ 78
3.3.1.1. Obliczanie lepkości pozornej dla płynów reostabilnych . 85
3.3.2. Wyznaczanie szybkości ścinania w mieszalniku na podstawie
uproszczonych modeli ................................................................. 86
3.3.3. Doświadczalne wyznaczanie średniej szybkości ścinania
w mieszalniku .............................................................................. 89
3.3.4. Zależności korelacyjne określające średnią szybkość ścinania
cieczy w mieszalniku ................................................................... 90
3.3.5. Ciecze sprężystolepkie.................................................................. 98
4
3.4. Wymiana ciepła w mieszalniku .............................................................. 105
3.4.1. Współczynniki wnikania ciepła na ściance mieszalnika ............ 107
3.4.2. Metody pomiaru współczynników wnikania ciepła na ściance
mieszalnika ................................................................................ 109
3.4.2.1. Metoda termiczna .......................................................... 109
3.4.2.2. Metoda elektrochemiczna ............................................ 115
3.4.2.3. Metoda z wykorzystaniem lokalnego źródła ciepła ...... 116
3.4.3. Zależności korelacyjne dotyczące współczynników wnikania
ciepła na ściance mieszalnika .................................................... 117
3.4.4. Zastosowanie modeli fenomenologicznych do opisu
wymiany ciepła .......................................................................... 130
3.4.5. Wykorzystanie metod CFD do modelowania wymiany ciepła ... 136
3.5. Mieszadła o pracy cyklicznej i zmiennym kierunku obrotów ................ 148
4. MIESZADŁA KOTWICOWE ...................................................................... 169
4.1. Moc mieszania ........................................................................................ 170
4.1.1. Układy złożone mieszadeł .......................................................... 176
4.1.2. Wpływ wężownic i prętów zamocowanych w mieszalniku
na moc mieszania ....................................................................... 180
4.2. Średnia szybkość ścinania cieczy w mieszalniku .................................. 181
4.2.1. Ciecze posiadające granicę płynięcia ......................................... 191
4.3. Wymiana ciepła na ściance mieszalnika ................................................ 195
4.3.1. Ciecze newtonowskie ................................................................. 196
4.3.2. Ciecze nienewtonowskie ............................................................ 201
4.3.3. Mieszadła skrobakowe................................................................ 206
4.3.4. Wymiana ciepła do wężownic .................................................... 209
5. MIESZADŁA ŚLIMAKOWE....................................................................... 216
5.1. Czasy cyrkulacji oraz czasy zmieszania ................................................. 217
5.2. Efektywność mieszania .......................................................................... 225
5.3. Wymiana ciepła ...................................................................................... 230
5.4. Moc mieszania ........................................................................................ 233
6. MODELOWANIE HYDRODYNAMIKI MIESZALNIKA ......................... 246
6.1. Przegląd ogólny modeli .......................................................................... 247
6.2. Modelowanie dla zakresu mieszania laminarnego ................................. 252
6.2.1. Dwuwymiarowe modele fenomenologiczne .............................. 253
6.2.2. Model 2D dla mieszadeł o łopatkach ustawionych prostopadle
do płaszczyzny obrotów mieszadła ............................................ 258
6.2.3. Model 2D dla mieszadeł o łopatkach ustawionych ukośnie
do płaszczyzny obrotów mieszadła ............................................ 261
6.2.3.1. Określenie dodatkowych sił działających na elementy
cieczy w obszarze mieszadła ........................................ 267
6.2.3.2. Rozwiązanie modelu ..................................................... 269
6.2.3.3. Rozwiązanie modelu 2D dla mieszadeł wstęgowych .... 272
6.2.4. Modele 3D oraz model hybrydowy 3D/2D ................................ 275
6.3. Podsumowanie........................................................................................ 283
SUMMARY .................................................................................................. 290