Blandning i tankar

28/11/2013 

Transportprocesser 

Masstransport IV 

-- 

Omrörning och massväxling 

F15 – Masstransport 4 

Innehåll 

Masstransport 4 

• Blandning och Omrörning 

– Statisk mixer 

– Omrörning i tank: Baffel och Impeller 

– Blandningstider och effektförbrukning 

• Massväxlare 

– Vätske/Vätske - dialys 

– Vätske/Gas - skrubber 

Transportprocesser, KETF01 


1

28/11/2013 

Blandning 

• Diffusion är 

långsamt 

– Korta avstånd 

– Stora ytor 

• Konvektion är 

snabb 

Massöverföring 

– Omrörning 

– Blandning 



Blandning i rör 

• Statisk mixer 

– Stillastående böjda 

blad 

– Strömningen 

skapar 

omblandningen 

• Laminärt flöde: 

flödesdelning skapar 

blandning 

• Turbulent flöde: 

fluid-rotation skapar 

blandning 



2

28/11/2013 

Blandning i tankar 

• Omrörning 

– Motor roterar en 

impeller 

– Impeller rör om i 

vätskan 

– Baffel är ett 

strömningsmotstånd 

som gör att vätskan 

inte bara roterar 

Kylflöde in 

Motor 

Kylflöde ut 

Kylmantel 

Baffel 

Impeller 



Impeller 

• Impeller 

– Skapa 

omblandning 

– Undvika 


• Kavitation 

• Förstörande 

skjuvkrafter 

• För höga 

vridmoment 

• För hög motoreffekt 

• Rushton impeller 

• Propeller 


3

28/11/2013 

Blandningsmönster 

Bufflad tank 

• Rushton impeller 

– Radiell strömning 

– Omblandningszoner mellan 

bafflar 

• Propeller 

– Axiell strömning 

– Omblandningszoner mellan 

bafflar 

Obufflad tank 

• Propeller 

– Axiell strömning 

– Roterande blandningszoner 


– Sugtratt 


Blandningsmönster 

• 6-bladig Rushton 

• 4-bafflad tank 

– Visar mängden 

virvlar 

– Störst omblandning 

bakom bladen 

– Lägre blandning 

mellan bafflar och 

utmed axel 

– Lägst blandning i övrig 

vätska 



4

28/11/2013 

Blandningstider I 

• Momentan tillförsel av 

komponent (konstant c f ) 

• Cirkulationstiden, t c , 

är tiden som vätskan 

roterar i tanken. 

• Omblandningstiden, 

t m , är tiden för 

viss homogenitet, 

t.ex. 90%. t m =4*t c 



Blandningstider II 

• Blandningen avgörs av impellern 

• Hastighet vid impeller 

v N D 

• Reynolds impellertal 

för omrörda tankar 

Re 

i 

viDi 

 

 

2 

N iDi 

 

 

i 

i 

i 

Re i < 10 000 => laminärt 

och delvis 

turbulens 

Re i > 10 000 => fullständig 

turbulens 



5

28/11/2013 

Blandningsvolymer 

Optimal betingelser 

• Tankdiameter = 

3 * impellerdiameter 

• Vätskehöjd = 

tankdiameter = 

3 * impellerdiameter 

H t 

Motor 

Tillflöde 

Mantel 

Baffel 

Impeller 

D t 

Utflöde 


D i 



Blandningstider III 

• Produkten N i *t M 

(varvtal * blandningstid) 

mått på blandning 

• N i *t M är en funktion 

av Reynolds 

impellertal 

• Vid fullständig 

turbulens 


N t 

V 

1.54 

Di 

i M 

 

3 

 

 

 

N i 

t M 

Optimala 

blandningsvolymer 

30 

2 

N iDi 

Rei 

 

 

6

28/11/2013 

Effektförbrukning 

• Effektbehovet 

P N N 

p 

3 

i 

D 

5 

i 

som funktion av 

Reynolds 

Rei 

 

impellertal 

• N p är impellers 

Newtontal 

2 

N iDi 

 

1. Rushton turbin (Np=5-8) 

2. Propeller 

3. Högeffektiv propeller 



Exempel PU3 

• Vatten: 4 l 

• Omrörning: 

700 varv/min 

• Tankdiameter: 15cm 

• Impellerdiameter: 5cm 

• Reynolds 

impellertal 

2 

N iDi 

Rei 

 

 

1000700 / 600.05 

 

0.001 

(turbulent) 

• Omblandningstid 

2 

29000 

V 0.004 

N 1.54 

 

itM 

 

1.54 49 

3 

 

3 

 

Di 

0.05 

49 49 

tM 

4.2 

N 700 / 60 

i 



7

28/11/2013 

Blandning 

• Ideal blandning: 

– Homogen vätska 

=> samma 

koncentrationer i 

hela tanken 

– Momentana 

förlopp 

=> omedelbar 

omblandning 

Mycket viktigt antagande 


• Verklig blandning 

– Uppskattning av 

blandningstid 

(fullständig turbulens) 

N i 

t M 

30 

Blandningstid 

omvänt prop. mot 

varvtal! 

2 

N iDi 

Rei 

 

 

10000 

Varvtalet omvänt 

prop. D 

2 

i dvs tanken 


• ”Ideal tank” 

homogen 

koncentration 

Ideal mixing 

• Gäller för alla förlopp som 

är ca. 10 gånger 

långsammare än t m 

• Separationsteknik 

och Reaktionsteknik 



8

28/11/2013 

Innehåll 



– Statisk mixer 

– Omrörning i tank: Baffel och Impeller 


• Massväxlare 

– Vätske/Vätske 

– Vätske/Gas 



Dialys 

• Blodplasma passerar tunna 

porösa fibrer. 

• Dialysvätska pumpas utanför 

fibrerna 

• “som en tubvärmeväxlare” 

• Kan betraktas som en 

massväxlare 



9

28/11/2013 

Massgenomgång 

Massgenomgång • Massöverföring 

N 

N 

Kc 1 

c 2 

 

k1c 

1 

c1, 

w 

 

A 

A 

N 

k2c2, 

w 

c2 

 

A 

• Diffusion 

N D 

c1 , w 

c2, 

w 

 

c 2 

A b 

d t,2 

c 1 

d t,1 

Strömningsgränsskikt 


• och 

massgenomgångstal 

1 1 

 

K k 

1 

b 

D 

1 

 

k 

2 


Massväxlare 

• Materialbalans 

– Blodsida 

– Dialyssida 

• Masstransport 

N K 

 


NA 

0 Fb 

cb, 

in 

cb, 

c1 

c 

c1 

ln 

c 

2 

ut 

2 

 

 

c 

c 

NA 

0 Fd 

d , in d , 

ut 

Motströms! 

c 

c 

c 

• Logaritmisk 

medelkoncentrationensskillnad 

c1 

c2 

 

c L 

 

c1 

ln 

c F15 – Masstransport 4 

2 

1 

2 

c 

b, 

in 

b, 

ut 

c 

c 

d , ut 

d , in 

10

28/11/2013 

Massväxlare Gas/Vätska 


Bubbelkolonn 

- Bubblor stiger 

upp i vätska 

Spraykolonn 

- droppar faller 

ner i gas 

Fyllkroppskolonn 

-Vätska möter gas 

när den rinner 

genom packning 


Massväxlare 


– Konstanta flöden 

• Vätska, L 

• Gas, G 

– Låga koncentrationer 

(stora flöden av inert) 


– Konstant Henry (p=Hc) 

=> konstant massgenomgång 

c L 

c 

* 

, in G, 

ut 

L G 

c L 

c 

* 

, ut G, 

in 

c * p / H 



11

28/11/2013 

Massväxlare 

• Stationära Materialbalanser 

– Vätska 

– Gas 


c 

c 

 

N K 

L 


c 

c 

 

NA 

0 L 

L, 

in L, 

0 G 

1 

c 

ln 

c 

ut 

c * p / H 

* * 

c 

c 

NA 

G, 

in 

G, 

in 

1 

2 

2 

c 

c 

• Logaritmiska 

medelkoncentrationsskillnad 

 

1 

c 

2 

c L 

c 

 

L, 

in 

L, 

ut 

 

c 

c 

* 

G, 

ut 

* 

G, 

in 

c1 

c 

c1 

ln 

c 

2 

2 

L 

 

G 


Räkna med molbråk 

• Modifierad Henry 

* 

c p / H 

c 

tot 

• Massgenomgång 

N K c 

L 


 

tot 


L 

K 

0 L cL, 

in 

cL, 

ut 

0 Lc 

* 

x Py / H 

y H 

m 

x 

* 

 

L 

c 

tot 

NA 

x 

xin 

xut 

KL 

ActotxL 

L 

• Molbråksskillnader 

c 

c 

1 

c 

2 

c 

x 

L 

L, 

in 

L, 

ut 

c 

c 

c 

 

c 

L 

tot 

* 

G, 

ut 

* 

G, 

in 

 

 

c 

c 

c1 

x1 

 

c 

x 

2 

tot 

c 

 

c 

2 

tot 

 

 

 

x1 

x 

x1 

ln 

x 


Logaritmisk medelmolbråkskillnaden 

tot 

tot 

 

x 

 

in 

x 

x 

x 

ut 

in 

2 

ut 

x 

x 

2 

 

* 

ut 

x 

* 

ut 

x 

* 

in 

 

* 

in 

 

 

 

12

28/11/2013 

Exempel 8.2 

• En gas renas med 

absorption i vatten. 

• Vad är tornets 

massgenomgång 

L=27.2 mol/s 

x in 

0 y 0.005 

ut 

y 1.5x 

* 

G=13.6 mol/s 

x ut 

0.0075 

y 0.02 

in 



Exempel 8.2 

• Räkna om y till x* 

• Log. Medelmolbråk 

x 

L 



 

0 L x 

K 

K 

L 

L 

 

0.0033 

( 0.0058) 

 

0.0033 

ln 

0.0058 

in 

x 

A L 

ut 

x 

K 

x 

x 

in 

 

Ax 

0 0.0075 

A 27.2 

0.0044 

L 

L 

ut 

 

L 

 

 

0.0044 

46.4 

L=27.2 mol/s 

x in 

0 y 0.005 

ut 

* 0.0033 x ut 

y 1.5x 

* 

G=13.6 mol/s 

x ut 

0.0075 

y 0.02 

in 

* 0.0133 x in 


13

28/11/2013 

Massväxlare 

• Masstransport per 

packningsvolym 

K 

L 

A 

K 

La 

 

V 

col 

• Kolonnhöjd 

h 

col 

K 

L 

A 

 

K aA 

L 

col 

Masstransport 

per m 3 packning 

K L 

a 



Exempel 8.3 

• En gas renas med 

absorption i vatten. 

• Vad är tornets höjd 

om K L a = 2.5? 

h 

h 

col 

col 

K 

L 

A 

 

K aA 

L 

46.4 

 

2.5 

0.8 

• Kolonnhöjd=9.2 m 


col 

2 

9.24 

L=27.2 mol/s 

D=1.6 m 

x in 

0 y 0.005 

ut 

y 1.5x 

* 

G=13.6 mol/s 

x ut 

0.0075 

y 0.02 

in 


14

28/11/2013 

Massväxlare 

• Gäller vid låga 

koncentrationer 

• Konstant Henry 

• Konstant 

massgenomgång 

och flöden 

• Inte så vanligt 

industriellt 


Gäller ej vid 

Destillation 


Sammanfattning 



– Statisk mixer, Baffel och Impeller 

– Reynolds impellertal 


• Massväxlare (som värmeväxlare) 

– Vätske/Vätske: 

– Vätske/Gas - skrubber 



15

Blandning i tankar

You also want an ePaper? Increase the reach of your titles

Delete template?

Save as template?