Кинетика процесса смешивания.
Кинетика - наука о движении и движущих силах процесса.
Кинетика перемешивания - количественное соотношение между однородностью смеси и продолжительностью перемешивания.
Основная задача кинетики перемешивания - оценка сил влияния различных факторов на процесс, и вывод математической моделей, наиболее полно описывающих эту зависимость, т.е. необходимо определить изменение критерия качества во времени с учетом рабочих параметров и габаритов смесителя и физико-механических характеристик исходных компонентов и смеси.
Скорость процесса смешения - число актов образования смеси за единицу времени в единице V.
Смесители организуют процесс таким образом, чтобы образование смеси было преобладающим по сравнению с разложением. Рабочие параметры выбирают так, чтобы = max, а = min.
Na – число частиц компонента А
Nb – число частиц компонента В
Na Na’
- конечные значения.
Nb Nb’
Уравнение скорости по одному из компонентов будет выглядеть следующим образом:
W = (1/V) (dNa/dT); V = const;
Считается, что объем смесей остается постоянным в процессе перемешивания, тогда это выражение можно внести под знак дифференциала:
W = (d/dT (Na/V)) = dCa/dT.
Са – мольная концентрация.
Уравнение скорости можно записать через дисперсию:
W = (d/dT) ((Na – Na’)/V) = d(Ca – Ca’)/dT = dS/dT
Скорость есть величина, определяющая величину кинетической кривой. Изменения качества смеси во времени.
Крутизна изменения качества определяется скоростью перемещения компонентов в объеме смеси с соответствующим увеличением поверхности раздела фаз.
Физический смысл скорости – tg угла наклона касательной к кинетической кривой в рассматриваемой точке.
Изменение свойств смеси во времени σ = f (τ) – называется кинетической кривой. По этой кривой можно определить скорость процесса в любой момент времени. Чтобы процесс шел, необходимо приложить внешние силы. Они могут быть:
массовые (сила тяжести, сила инерции, центробежная, напряженность электрических полей и т.д.);
поверхностные (внешнее и внутреннее трение, вязкость, сила поверхностного натяжения, сила сцепления и плотность).
Е
сли
массовые силы превышают поверхностные
(Рмас.> Рпов.), то получается расслоение,
осаждение, сегрегация. Для перемешивания
таких материалов необходимо внешнее
силовое воздействие, т.е. чтобы поддержать
частицы с большой плотностью в смеси.
Уменьшение внешней силы можно достигнуть снижением дисперсности. Если Рмас. = Рпов., то смесь устойчива, т.е. внешние силы близки к нулю. Если Рмас. < Рпов., то смешение происходит самопроизвольно, но смесь разлагается, т.е. происходит всплытие частиц.
Методы исследования кинетики.
Цель исследования – получение достоверного (адекватного) математического описания процесса с учетом истинного механизма смешения и всех факторов, влияющих на процесс.
Существуют 6 методов исследования:
Исследование на качественном уровне.
Производится констатацией фактов, и получается оптимальный режим работы смесителя для данного состава. Имеется смесь и аппарат. В результате исследований определяются:
возможность приготовления данного состава на данном аппарате;
оптимальные параметры смесителя для данного состава;
оптимальное время перемешивания.