základy procesního inženýrství - Vysoká škola báňská - Technická ...

68
3 Hydromechanické operace
Pro dispergaci je výhodné umístit míchadlo do blízkosti fázového rozhraní, umístění míchadla do
prostoru s menším zastoupením spojité fáze se dá podpořit inverze a koalescence – např. mechanické
rozbíjení pěny. Tomu může pomoci i chemické zachycení povrchově aktivních látek např. přídavkem
stop oleje k napěněné polární kapalině.
I když se zpravidla při vyšší rychlosti míchadla, vytvářejí jemnější disperze, existují i případy, kdy
rychle rotující míchadlo začne působit jako odstředivka a fáze se v něm budou spíše separovat.
V oblasti nižšího tlaku za listem míchadla (nebo oběžného kola odstředivého čerpadla) se pak mohou
vytvářet a shromažďovat bubliny plynu nebo par (zejména při teplotách blížších teplotě varu
kapaliny), a jejich uvolňování bývá doprovázeno smršťováním až zánikem bubliny s akustickými
efekty. Tomuto jevu říkáme kavitace a její mechanické rázy jsou nežádoucí nejen přímo ale i tím, že
podporují korozi.
Poměr odstředivých sil k tíži je dán Froudovým číslem
2
ρ N d
Fr ≡ , (3-57)
∆ρ g
které by mělo být malé, aby nedocházelo k hromadění lehčí fáze v prostoru míchadla. Pro případ
strhávání plynu od hladiny do promíchávané kapaliny je rozdíl hustot fází prakticky roven hustotě
kapaliny; ∆ρ ≈ ρ. Ve válcových nádobách běžné konstrukce se souose umístěným míchadlem se dá
očekávat vznik víru, strhávaného do oblasti míchadla již při Fr>0,1;
v nádobách s narážkami, brzdícími rotaci až při Fr>1; záleží to však
značně i na výšce hladiny nad míchadlem.
Míchadla
Míchání je záměrné spotřebovávání mechanické energie
v tekutině na vyvození složitého proudění, při kterém se tekutina
deformuje a přeskupuje. Nejběžnější možností je použití míchacích
zařízení s rotačními míchadly. Charakter proudění tekutiny se dá
odvodit od průměru d /(m) míchadla a frekvence otáčení N /(s -1 )
s použitím základních vlastností tekutiny ρ a µ. Reynoldsovo číslo
pro míchání je
2
N d ρ
Re M ≡ (3-58)
µ
Pro Re M < 10 míchadlo pouze prohrabává laminárně se přemísťující
tekutinu a proto zde používáme pomaloběžná míchadla složitějšího
tvaru, zasahující při otáčení větší část vsádky. Pro Re M > 100 se
výrazně projevuje setrvačnost. Tekutina roztočená i poměrně malým
rychloběžným míchadlem (poměr průměru míchadla d k průměru
nádoby D se volí v rozsahu 0,1