academiejaar 2005 1

Mengen

Doel: twee of meerdere stoffen bewerken tot ze een eeindproduct geven dat meer uniform is dan het oorspronkelijk product

academiejaar 2005 2

De mengindex

Als een twee-component mengsel bemonsterd wordt aan het begin van de menging(ongemengd mengsel) dan zullen de meeste monsters bestaan uit één van de componenten

Als menging plaatsgrijpt dan zullen de monsters een meer uniforme samenstelling krijgen die een bepaald gemiddelde benaderd

Een van de methoden om de veranderende samenstelling te evalueren is de standaard deviatie van elke fractie in opeenvolgende monsters te bepalen

academiejaar 2005 3

Mengindex ctd

Een manier om de menging te beoordelen is gebruik te maken van de mengindex

academiejaar 2005 4

Mengindex so² - s² so : voor menging

M = s : op willekeurig moment

so² - sp² sp : na gewenste menging

so² = F (1 - F)

academiejaar 2005 5

De mengtijd

I= 1 - M ln I = - K tm

met K de mengsnelheidsconstante die varieert met het type menger en de aard van de componentenmet tm (s) de mengsnelheid (variabel)

academiejaar 2005 6

0 min 10 min 15 min 20 min 25 min

1 10,1 14,5 18,2 19,2 20,4

2 30,7 18,1 25,3 21,0 20,6

3 18,1 26,0 17,0 20,2 20,5

4 26.5 25.9 21.1 22.1 21.1

5 13.2 21.0 17.6 21.5 22.0

6 16.9 17.8 23.5 22.0 21.5

7 20.5 16.5 25.0 20.1 20.8

8 19.0 21.2 17.1 20.8 20.5

9 27.0 25.1 19.1 21.3 21.0

10 11.3 13.8 23.5 21.4 21.1

XS²

VC

19.36.9636.0

20.04.5822.9

20.73.3416.1

21.00.914.3

21.00.532.5

academiejaar 2005 7

Na 20 min is in principe de variatiecoëfficiënt voldoende laag (< 5 %) . De optimale mengtijd is dan ook bereikt aangezien voor verder mengen: s²(20) (0.91)² 0.83

= = = 2.95 < F0.05,9,9 = 3.18 s²(25) (0.53)² 0.28 De standaardafwijking niet significant verandert; vergelijk met s²(15) ----- = 13.44 > F0.05,9,9 = 3.18 s²(20)

academiejaar 2005 8

academiejaar 2005 9

academiejaar 2005 10

simulaties

http://lcvmsun9.epfl.ch/~moakher/mixing/

academiejaar 2005 11

Mengen van vloeistoffen

In dit verband moet men het onderscheid maken tussen :

- mengbare vloeistoffen‑ niet mengbare vloeistoffen‑ verdunde suspensies* convectiestroming : spontaan a.g.v.

temperatuursverschil of concentratieverschil * circulatiestroming : menging met roerders,

menging is afhankelijk van de dichtheid en van de viscositeit van de vloeistoffen

academiejaar 2005 12

Mengen van vloeistoffen

Diverse roerdertypes Blad- of plaatroerders Schroefroerders of propellers Turbineroerders

academiejaar 2005 13

academiejaar 2005 14

academiejaar 2005 15

Mengen vloeistof-vast

fluïdum in rust kracht nodig om een oneindig dun laagje fluïdum t.o.v.

het stilstaande fluïdum voort te bewegen met een constante snelheid overeenkomstig het stationair snelheidsprofiel, wordt gegeven door de wet van Newton :

F = ‑ A. .dv/dx dv/dx < 0 , de snelheid neemt af

A : contactoppervlak van fluïdumlaagdx : dikte van fluïdumlaagjedv : snelheidsverval in fluïdumlaagje met dikte dx µ : dynamische viscositeit

Voor een totale fluïdumdikte d ( dx : 0 d) wordt F = A. µ .v/d

academiejaar 2005 16

F/A = = schuifspanning * [µ] = N.s /m² = kg/m.s

* poise = eenheid van dynamische viscositeit = kracht nodig om een dun

laagje fluïdum, met 1 cm² contactopper vlak, met een snelheid van 1 cm/s te verplaatsen t.o.v. een ander laagje waarvan het 1 cm verwijderd is.

1 poise = 1 dyne.s/cm² = 10‑5 N.s/cm² = 0.1 kg/m.s* kinematische viscositeit = µ / [ ] = m²/s‑ Gassen en vloeistoffen in stationair regime ‑‑>

Newtoniaanse media = ‑ µ . dv / dx‑ Suspensies, verven, pasta's en plastics ‑‑>

Niet‑Newtoniaanse media = 0 + µ '(dv/dx)n

academiejaar 2005 17

= 0 + µ '(dv/dx) 0 > 0 N = 1

Zie verder cursus: Fysische

eigenschappen van vloeistoffen

academiejaar 2005 18

Mengen vast-gas

Fluïdisatie Drogen Vriezen Ventileren

De minimumsnelheid voor fluïdisatie moet berekend worden uitgaande van het moment waarop fluïdisatie intreedt of waarbij P gelijk is aan het gewicht van de materiaalkolom per eenheidsoppervlak.

P is afkomstig van 2 factoren : * de wrijvingsverliezen Pw * en/of de kinetische energieverliezen Pe bijgevolg is P = Pw + Pe

academiejaar 2005 19

Fluïdisatie

De minimumsnelheid zal afhankelijk zijn van de aard van de stroming m.a.w. van het Reynoldsgetal D . . v / µ of

van de diameter van de deeltjes, de dichtheidde luchtsnelheid.

in laminair regime voor een Re < 10 zij vooral de wrijvingsverliezen van belang

in turbulent regime de kinetische energieverliezen bepalend

De minimumsnelheid (v min) De maximumsnelheid : om pneumatisch transport te

voorkomen verlies aan materie Pas op: soms gewenst bij bvb pneumatisch transport, of

stofafscheiding

academiejaar 2005 20

Fluïdisatie ctd

De belangrijkste voordelen van fluïdisatie zijn : ‑ intense menging : grotere homogeniteit van de vaste fase dan bij

statisch opgestapeld materiaal ‑ een snelle en goede warmteoverdracht ‑ een groot contactoppervlak

Mogelijke nadelen van de fluïdisatie : - erosie, slijtage van de apparatuur of duurder beschermd materiaal

gebruiken ‑ verlies van fijne deeltjes moet tegengegaan worden

De belangrijkste toepassingen van fluïdisatie: invriezen van losse partikels (diepvrieserwtjes), het drogen van granulaire bakkersgist, men spreekt hier resp. over wervelbed (fluidized bed) drogers en –

vriezers. (zie bijlage fluid bed processing)

academiejaar 2005 21

academiejaar 2005 22

academiejaar 2005 23

Mengen vloeistof-gas

Vloeistof in gas: verstuiven Bvb. verstuivingsdrogen (sproeidrogen)

Gas in vloeistof: aëreren, beluchten Productie van frisdranken

academiejaar 2005 24

academiejaar 2005 25

Toepassing van spray dry: micro-encapsulatie