Studul Operației de Amestecare

SCOPUL LUCRĂRII

Lucrarea urmăreşte studiul operaţiei de amestecare în fază lichid – lichid (omogenizare) pentru diferite tipuri de dispozitive de agitare prin:

a) Studiul factorilor care influenţează operaţia:

- natura lichidelor supuse omogenizării;

- turaţia;

- natura curgerii;

- mărimea aparatului în care se realizează agitarea;

- forma, dimensiunile şi modul de dispunere a dispozitivului de agitare în aparat.

b) Determinarea experimentală a înălţimii paraboloidului care se formează la amestecare, a duratei de amestecare, compararea cu valorile obţinute din calcul şi stabilirea dependenţei criteriului puterii (criteriul Euler) de criteriul Reynolds.

NOTAŢII

Simbol Semnificaţia Unitatea de masură

a, b, k1 Exponenţi -

c Coeficient -

d Diametrul cercului descris de dispozitivul de agitare m

D Diametrul vasului în care are loc amestecarea m

Eum Criteriul Euler modificat pentru amestecare -

Frm Criteriul Froude modificat pentru amestecare -

Rem Criteriul Reynolds modificat pentru amestecare -

Hom Criteriul de homocronism -

g Acceleraţia gravitaţională m/s2

h2 Distanţa de la fundul vasului până la axul dispozitivului de agitare m

b Înălţimea paletei dispozitivului de agitare m

hp Înălţimea paraboloidului care se formează la amestecare m

h0 Înălţimea de la fundul vasului la vârful paraboloidului în timpul amestecarii m

hmax Înălţimea maximă a lichidului în timpul amestecării m

h1 Inalţimea lichidului din vas m

H Inalţimea vasului m

K Coeficient de corecţie -

m Exponent -

n Turaţia dispozitivului de amestecare rot/s

N Puterea cosumată W

s Pasul elicei m

rc Raza cilindrului format de lichidul care se mişcă cu aceeaşi viteză ca dispozitivul de agitare m

Unghiul de înclinare a elicei grade

w Viteza periferică a fluidului la capătul dispozitivului de agitare m/s

Simbol Semnificaţia Unitatea de masură

Densitatea fluidului kg/m3

Vâscozitatea dinamică a fluidului Pa•s

Vâscozitatea cinematică a fluifului m2/s

Durata agitării determinată experimental s

Durata agitării calculată s

ω Viteza unghiulară rot/s

PRINCIPIUL METODEI

Amestecarea (agitarea) este operaţia hidrodinamică prin care se realizează omogenizarea amestecurilor, manifestată prin reducerea gradientului de concentraţie, a gradientului de temperatură sau, simultan, a ambilor gradienţi. Apare rar ca o operaţie independentă, în general fiind o operaţie auxiliară.

Implicând mişcarea materialelor, amestecarea constă într-o acţiune locală, generatoare de curenţi turbionari, cu viteze de mărime şi direcţie diferite şi una generală, în întreaga masă a materialului, ca efect al acţiunii locale.

Amestecarea presupune mişcarea turbulentă a materialului, caracterul curgerii având mare importanţă şi definindu-se prin valoarea criteriului Reynolds modificat pentru amestecare:

(1)

Limita dintre curgerea laminară şi turbulentă la amestecare este cuprinsă între valori ale lui Reynolds: Rem = 10 - 20.

Eficacitatea amestecării prezintă importanţă deosebită în realizarea acestei operaţii; în procese de amestecare nestaţionară curgerea are loc tot nestaţionar şi poate fi parţial caracterizată prin criteriul de homocronism modificat pentru amestecare:

(2)

Timpul de amestecare (durata amestecării), cu condiţia respectării similitudinii geometrice, se poate exprima prin ecuaţia criteriafă:

(3)

(4)

Energia care se consumă în timpul amestecării este specifică modului de realizare a operaţiei. În cazul agitatoarelor mecanice puterea consumată pentru realizarea amestecării este exprimată prin relaţia:

W (5)

Dacă agiatatorul nu respectă condiţiile de similitudine geometrică, mărimea puterii calculată cu relaţia anterioară (5), trebuie înmulţită cu factorul de corecţie:

 pentru agitatoare cu palete (braţe) care însă respectă condiţiile:

D/d =2.5 - 4; h1/d = 1.5 – 6.4; b/d = 0.2 – 0.67.

(6)

 pentru agitatoare cu elice sau turbină: