Оценка эффективности перемешивания

Эффективность перемешивания, применяемого для образования однородных систем, следует оценивать степенью полученной однородности в перемешиваемом объеме через некоторое время от начала перемешивания. На рис. 17.5 представлена схема мешалки намечены точками пункты, где одновременно отбираются пробы. Среднюю концентрацию твердого тела в жидкой среде: в которой оно нерастворимо, при идеальном распределении его по всему объему обозначим через Со. Практически в различных точках концентрации будут С1, С2 ....Сm. соответственно в отдельных точках отклонения от средней концентрации составит (С1-Со), (С2-Со)......(Сm-Со). Если абсолютные величины этих отклонений просуммировать и разделить на m, то получим среднее С ср. выразим его в % от Со. Величина 

характеризует равномерность распространения твердого тела при перемешивании. Чем меньше β , тем эффективнее перемешивание. При идеальном перемешивании β=0 .

При теплопередаче эффективность перемешивания оценивается коэффициентом теплоотдачи от стенки к жидкости или равномерность температуры жидкости. При массопередаче эффективность перемешивания оценивается величиной коэффициента массопередачи (например при интенсификации растворения перемешиванием оно оценивается качеством вещества, растворенного за определенное время).

Рис. 17.5. Точки отбора проб

Ультразвуковое дисперигирование. При воздействии ультразвуковых волн на жидкость возникает явление кавитации, т.е. ультразвуковые волны обладают собственным давлением на жидкость, которое накладывается на постоянное гидростатическое давление. Если в жидкость распространяется звуковая волна, оказывающая давление 1 атм., то в момент сжатия суммарное давление в жидкости будет равно 2 атм. Жидкости устойчивы против сжатия и очень чувствительны к растягивающим условиям, поэтому в момент разрежения в них образуется большое количество разрывов в местах, где их прочность ослаблена, например, у посторонних твердых частиц. Эти полости, называемые кавитационными пузырьками, сохраняется некоторое время, после чего “захлопываются”. В это время развивается местное давление, достигающее сотен атмосфер и приводящее к разрушению твердых тел, находящихся вблизи пузырька.

Ультразвуковая кавитация достигается с помощью механических, электромеханических и магнитострикционных излучателей.

Механические излучатели. Для получения мощного ультразвука применяют жидкостные свистки, в которых пучки ультразвука создаются колебаниями пластин, возникающими под действием струи жидкости, входящей под давлением из сопла и разбивающей о край пластинки. Он работает в диапазоне от 400 до 30000 Гц и обладает полезной мощностью в несколько десятков Ватт (рис.17 .6).

Рис. 17.6. Жидкостной свисток

1 – сопло; 2 – вибрационная пластинка

Электромеханические излучатели. Из электромеханических излучателей наиболее перспективны магнитострикционные излучатели. Магнитострикция – свойство некоторых материалов менять свои размеры под действием сильного магнитного поля. Если магнитное поле не постоянно по величине и меняется с определенной частотой, то с такой же частотой будут изменяться размеры тела, находящегося в этом поле. Изменение магнитного поля с ультразвуковой частотой (100 кГц) вызывает ультразвук.

Магнитострикционные излучатели обычно имеют вид сплошного или полого стержня с обмоткой, которую питает ток необходимой частоты. Материалами для стержня могут быть никель, нержавеющая сталь и некоторые сплавы. Мощность стержня зависит от мощности тока, проходящего по обмотке излучателя (рис. 17.7).

Рис. 17.7. Устройство магнитострикционного излучателя

1 – сосуд; 2 – никелевый стержень; 3 – муфта;

4 – обмотка для пропускания переменного тока

Он состоит из сосуда, куда наливают масло, воду и эмульгатор. В дно сосуда с помощью резиновой трубки вмонтирован никелевый стержень, имеющий обмотку, через которую пропускают ток ультразвуковой частоты. Колебания стержня передаются смеси и через несколько секунд из нее образуется эмульсия. Под влиянием ультразвуковой кавитации жидкость перемешивается с такой силой, что над ее поверхностью появляются фонтанчики высотой до 25 см. (“холодное кипение” жидкости). Никелевые стержни при работе обычно сильно нагреваются, поэтому их охлаждают водой.