Blanding (procesteknik)

Den blanding er en grundlæggende operation i mekanisk procesteknik .

I procesteknik omtales maskiner generelt som blandere, hvor blandede komponenter, der er til stede som en fast fase, dominerer.

I procesteknik omtales maskiner generelt som omrører, hvor hovedkomponenterne i blandingen er i form af en flydende fase.

I modsætning til processer, der kan beskrives som omrøring, er målet med en blandingsproces normalt klart defineret statistisk via blandingskvaliteten.

Definition af udtryk

I tilfælde af blandingsprocesser flyttes bestanddelene i mindst to separat tilstedeværende blandingskomponenter ved relativ bevægelse på en sådan måde, at der oprettes et nyt arrangementskema. Dette frembringer en blanding (blanding) og under visse betingelser et nyt stof. Den såkaldte hovedfase er til stede som en kontinuerlig fase, mens den såkaldte tillægsfase i første omgang er diskontinuerlig.

Særlige vilkår for blandingsprocesser

		diskontinuerlig fase
		gasformig	væske	fast
kontinuerlig fase	gasformig	Homogeniser	Forstøv	Forstemmende, hvirvlende
	væske	Gas	(opløselige komponenter) homogeniserende, (uopløselige) dispergerende, emulgerende	Suspendere, omrøre
	fast	Fluiderende	Fugtning, belægning	Blanding af faste stoffer, pulverisering

chauffør

De følgende tre drivere til blandingsprocesser er underklasser af konvektiv blanding : Ved distributiv blanding blandes to stoffer, der er opløselige i hinanden, med lave forskydningskræfter. Da mikroorganismer kun kan modstå lave forskydningskræfter, er distributiv blanding i bioreaktorer af stor betydning.
Når sammenslutninger af stofferne, der skal blandes, knuses, indbyrdes vådt og til sidst opbevares i suspension, taler man om dispergerende blanding . Dette kræver højere forskydningskræfter end fordelingsblanding. Eksempler er suspension (hovedfase -væske / fastfase i yderligere fase), emulgering (væske / væske) og gasning (væske / gasformig).
Ved turbulent blanding skaber en strøm af materiale, der strømmer ind med høje Reynolds -tal, en stærk langsgående blanding i strømningsretningen. Vinkelret på dette sikrer turbulens krydsblanding.
Den endelige klassificering af blandingsdrivere er diffus blanding , hvor ingen ekstern kraft driver blandingen. Diffusiv blanding er derfor den langsomste af alle de nævnte drivere.

Blandingskvalitet

Det primære mål er at opnå en jævn fordeling af de komponenter, der skal blandes. Dette kan kvantificeres via blandingskvaliteten. Den finder fordelingen af den observerede parameter: Hvis den varians over en kontrol volumen er KV og den højeste lokalt stødt varians, gælder følgende: ${\ displaystyle \ sigma}$${\ displaystyle \ sigma _ {\ mathrm {max}}}$

${\ displaystyle \ sigma ^ {2} = {\ frac {1} {\ venstre | V \ højre |}} \ int \ grænser _ {V_ {KV}} \ venstre (c - {\ bar {c}} \ højre) ^ {2} {\ tekst {d}} V}$

og

${\ displaystyle \ sigma _ {\ mathrm {max}} ^ {2} = {\ bar {c}} \ left (c - {\ bar {c}} \ right) {\ text {,}}}$

hvor står for en volumenkontrol, for den gennemsnitlige koncentration og for den højeste koncentration, der findes lokalt. ${\ displaystyle V_ {KV}}$${\ displaystyle {\ bar {c}}}$${\ displaystyle c _ {\ mathrm {max}}}$

Ifølge Danckwert er adskillelsesintensiteten nu defineret som${\ displaystyle I}$

${\ displaystyle I = {\ frac {\ sigma ^ {2}} {\ sigma _ {\ mathrm {max}} ^ {2}}} {\ text {.}}}$

Begge forvandler dette til blandingsintensitet${\ displaystyle M}$

${\ displaystyle M = 1 - {\ sqrt {I}} = 1 - {\ frac {\ sigma} {\ sigma _ {\ mathrm {max}}}}}}$

${\ displaystyle M = 0}$eller beskriver en fuldstændig inhomogen blanding. eller beskriver en fuldstændig homogen blanding. ${\ displaystyle I = 1}$${\ displaystyle M = 1}$${\ displaystyle I = 0}$

Formålet med blandingsopgaven opnås empirisk, når et statistisk sikret antal prøver afspejler en sammensætning, der svarer til en påkrævet blandingskvalitet med henvisning til populationen .

Blandingskvaliteten er en kvalitetskarakteristik, det vil sige, at den afgiver en størrelse om fordelingen af ​​en størrelse, ikke om selve størrelsen.

Hvorvidt en ønsket blandingskvalitet kan opnås, afhænger grundlæggende af den valgte blandemetode eller den valgte blandeteknologi og de parametre, som denne metode (f.eks. Hastigheder, antal, form, arrangement af blandeværktøjer osv.) Betjenes med.

Beregning af blandingsprocesser

Den matematiske modellering af blandingsprocesser er tilstrækkelig. Simuleringer er stadig meget beregningsmæssigt intensive, men kan valideres med eksperimentelle resultater i forbindelse med numerisk simulering .

Når man beskriver blandingsprocesser ved hjælp af dimensionsløse parametre, ud over de hydrodynamiske parametre som f.eks B. Reynolds tal er det Fourier nummer

${\ displaystyle {\ mathit {Fo}} = {\ frac {M \ cdot t} {L ^ {2}}}}$

hvor står for blandings- eller spredningskoefficienten og for mixerens længde og Bodenstein -tallet${\ displaystyle M}$${\ displaystyle L}$

${\ displaystyle {\ mathit {Bo}} = {\ frac {u \ cdot L} {M}}}$

af betydning for dynamikken i massetransport.

Procedurer og enheder

Kontinuerlig eller diskontinuerlig drift
Ved kontinuerlig drift er blanderen i stationær tilstand. Udgangsmaterialerne indføres kontinuerligt, og blandingen udledes kontinuerligt. Et eksempel er blanding i et transportrør. Ved diskontinuerlig drift udfyldes cyklussen med udfyldning af udgangsmaterialerne; Blande; Blandingen aflades gentagne gange. Et eksempel er en batchkedel.

Aktiv eller passiv blander
I aktive blandere trækkes den energi, der kræves til den relative forskydning af partikler i udgangsmaterialerne, ikke fra selve udgangsmaterialerne. Eksempler er ultralydsbølger, vibrationer fra stigende bobler og pulserende tilstrømning. I passive blandere udvindes den nødvendige energi fra de indgående råvarer. Et eksempel er superfokusmixeren . Blandere, der ikke indeholder bevægelige dele, er også kendt som statiske blandere. Eksempler er rørblandere med styretøj eller blandesiloer.

Design

• Blandingskammerets geometri (tromle, cylinder, terning, kegle, tetraeder)
• Kapacitet (testskala (f.eks. 2 l), pilotanlægsskala (20 l), masseproduktion (200 l) eller mixer i mikroreaktionsteknologi )

For blandere, hvis beholdere og / eller blandeværktøj er monteret på aksler, kan antallet af aksler (enkeltakselblander, flerakselblander) også klassificeres i henhold til antallet af aksler.

Midler til kraftindgang

• Blander med bevægelige blandeværktøjer (langsomt kørende: skruemixer, højhastighedsmaskine), kaskade vs. grå stær
• Blander med bevægelig beholder ( tromleblander , konisk mixer)
• pneumatisk blander ( fluid bed mixer , gasstråle mixer )

For blandere, hvis beholdere og / eller blandeværktøj er monteret på aksler, kan følgende også klassificeres efter blandingens relative acceleration:

• Frit fald og skub mixer ( Froude nummer , subkritisk kaskade)${\ displaystyle {\ mathit {Fr}} <1}$
• Kuldblander ( , superkritisk grå stær)${\ displaystyle {\ mathit {Fr}}> 1}$
• Centrifugal mixer ( )${\ displaystyle {\ mathit {Fr}} \ gg 1}$

Stoffer, der skal blandes

• en eller to fase

se definition af begreber

• flerfaset
  • Kemisk reaktionsteknik: katalysator med gas i væske
  • Biologisk reaktionsteknologi: mikroorganisme med gas i væske

Se også

• Damp-vand mixer

litteratur

• Heinrich Schubert: Manual for mekanisk procesteknik . Weinheim 2003.
• M. Stieß: Mekanisk procesteknik 1 . Springer, Berlin 1995/2008, ISBN 978-3-540-32551-2 .

Individuelle beviser

1. ^ ^{A b} Matthias Kraume: transportprocesser i procesteknik. Springer-Verlag, Berlin / Heidelberg 2012, ISBN 978-3-642-25148-1 , s. 592-598.
2. ^ PV Danckwerts: Definition og måling af nogle egenskaber ved blandinger. I: Applied Scientific Research, afsnit A. bind 3, nr. 4. Springer Nederlandene, 1952, s. 279-296.
3. ^ Dieter Bothe: Evaluering af en blandings kvalitet: homogenitetsgrad og segregeringsskala. I: Mikro- og makroblanding. Springer, Berlin / Heidelberg 2010, ISBN 978-3-642-04548-6 , s. 17-35.
4. ↑ Matthias Bohnet (red.): Mekanisk procesteknik. Wiley-VCH, Weinheim 2004, ISBN 3-527-31099-1 , s. 213-229.
5. ↑ Matthias Bohnet (red.): Mekanisk procesteknik. Wiley-VCH, Weinheim 2004, ISBN 3-527-31099-1 , s. 213-229.
6. ^ V. Hessel et al: Chemical Micro Process Engineering, forarbejdning og anlæg. Wiley-VCH, Weinheim 2006, ISBN 3-527-30998-5 , s.4.