INTRODUCERE___________________________________________________Pag.3 Studii cu privire la transportul amestecurilor eterogene CAPITOLUL… [309707]

Universitatea:

Facultatea:

Specializarea:

LUCRARE DE LICENȚA

Coordonator: Profesor Dr.

ABSOLVENT: [anonimizat] 2020

CUPRINS

INTRODUCERE___________________________________________________Pag.3

Studii cu privire la transportul amestecurilor eterogene

CAPITOLUL I_____________________________________________________Pag.5

Amestecuri eterogene

CAPITOLUL II____________________________________________________Pag.28

Operatia de transport pentru amestecuri eterogene (tipuri)

CAPITOLUL III___________________________________________________Pag.

Transportul pneumatic pentru amestecuri eterogene

CAPITOLUL IV___________________________________________________Pag.

Calcul dimensionarea unui sistem pneumatic de transport pentru amestecuri eterogene

BIBLIOGRAFIE___________________________________________________Pag.

[anonimizat] o combinație de două sau mai multe materii/substanțe, în care aceste substanțe nu sunt legate (sau unite) între ele și nu se produce nicio reacție chimică între ele.Vedem amestecuri tot timpul în viața noastră de zi cu zi. O tocană,[anonimizat], cum ar fi carne și legume; [anonimizat], [anonimizat].

[anonimizat] o substanță care conține două sau mai multe elemente sau compuși care nu sunt legați covalent între ei și își păstrează propriile identități chimice și fizice – o substanță care are două sau mai multe substanțe fizice constitutive. Amestecurile, [anonimizat], [anonimizat], raporturile nu sunt neapărat luate în considerare. [3]

[anonimizat] o operație unitară care implică manipularea unui sistem fizic eterogen cu intenția de a-l face mai omogen. Exemple familiare includ pomparea apei într-o piscină pentru a omogeniza temperatura apei și agitarea bateriei de clătite pentru a elimina bulgări (deagglomerare).

Amestecarea se face pentru a permite transferul de căldură și / [anonimizat]. Prelucrarea industrială modernă implică aproape întotdeauna o anumită formă de amestecare. [1]

[anonimizat]-o simplă agitare a mâinii. Uneori amestecarea în vasele de laborator este mai amănunțită și se produce mai repede decât este posibil industrial. Barele de agitare magnetice sunt mixere cu flux radial care induc rotirea corpului solid în fluidul amestecat. [anonimizat], [anonimizat] (timp de amestecare scurt). Există o [anonimizat] (de obicei) vâscozității scăzute a fluidului, este posibil să se utilizeze o configurație pentru aproape toate sarcinile de amestecare. [anonimizat], deagglomerare (utilă pentru prepararea mediului de creștere a microbiologiei din pulberi) [anonimizat].

O altă particularitate a amestecării de laborator este aceea că mixerul se sprijină pe fundul vasului în loc să fie suspendat lângă centru. Mai mult, vasele utilizate pentru amestecarea în laborator sunt de obicei mai variate decât cele utilizate pentru amestecarea industrială; de exemplu, baloane Erlenmeyer sau baloane Florence pot fi utilizate pe lângă paharul mai cilindric.

Unele clase de reactoare chimice sunt de asemenea mixere. Cu echipamentul adecvat, este posibil să amestecați un solid, lichid sau gaz într-un alt solid, lichid sau gaz. Un fermentator pentru biocombustibili poate necesita amestecarea microbilor, gazelor și a mediului lichid pentru un randament optim; nitrația organică necesită acizi concentrați (lichizi) azotici și sulfuri să fie amestecate cu o fază organică hidrofobă; producerea de tablete farmaceutice necesită amestecarea pulberilor solide. Opusul amestecării este segregarea. Un exemplu clasic de segregare este efectul piuliței braziliene.

Schemele unui vas agitat cu o turbină Rushton

Sursa: https://www.researchgate.net/figure/Schematic-diagram-of-a-baffled-tank-with-a-dual-Rushton-turbine-impeller_fig1_277816940, accesat la 16/02/2020.

Echipamente industriale de amestecare

La scară industrială, amestecarea eficientă poate fi dificil de realizat. O mare parte din efortul de inginerie se referă la proiectarea și îmbunătățirea proceselor de amestecare. Amestecarea la scară industrială se face în loturi (amestecare dinamică), în linie sau cu ajutorul mixerelor statice. Mixerele mobile sunt alimentate cu motoare electrice care funcționează la viteze standard de 1800 sau 1500 RPM, care este de obicei mult mai rapid decât este necesar. Cutii de viteze sunt utilizate pentru a reduce viteza și pentru a crește cuplul. Unele aplicații necesită utilizarea mixerelor cu mai mulți arbori, în care o combinație de tipuri de mixere este utilizată pentru a amesteca complet produsul. [11]

Malaxoare de închidere

Există două tipuri principale de mixere apropiate: ancore și panglici elicoidale. Mixerele de ancore induc rotirea corpului solid și nu promovează amestecarea verticală, dar panglicile elicoidale. În regimul laminar se folosesc amestecătoare de degajare strânse, deoarece vâscozitatea fluidului copleșește forțele inerțiale ale fluxului și împiedică lichidul să părăsească rotorul să încerce lichidul lângă el. Mixerele cu panglici elicoidale sunt de obicei rotite pentru a împinge materialul la perete în jos, ceea ce ajută la circulația fluidului și la reîmprospătarea suprafeței la perete. [14].

Dispersoare de forfecare ridicate

Dispersoarele de forfecare ridicate creează o forfecare intensă în apropierea rotorului, dar curge relativ puțin în cea mai mare parte a vasului. Astfel de dispozitive seamănă de obicei cu lame de ferăstrău circular și sunt rotite cu viteză mare. Datorită formei lor, acestea au un coeficient de tracțiune relativ scăzut și, prin urmare, necesită un cuplu relativ mic pentru a se roti la viteză mare. Dispersoarele cu forfecare înaltă sunt utilizate pentru formarea emulsiilor (sau suspensiilor) de lichide imiscibile și deagglomerare solidă. [15]

Malaxoare statice

Malaxoarele statice sunt utilizate atunci când un rezervor de amestecare ar fi prea mare, prea lent sau prea scump pentru a fi utilizat într-un proces dat.

Fluiere lichide

Fluierele lichide sunt un fel de amestecător static care trec fluidul la presiune înaltă printr-un orificiu și ulterior peste o lamă. [16] Aceasta supune fluidului la tensiuni mari turbulente și poate duce la amestecare, emulsificare, [17] [18] deaglomerare și dezinfectare.

Alte

Malaxor industrial de pădure

Blender industrial V.

Blender pentru panglici industriale.

Blender industrial cu dublu con.

Amestecator / granulator industrial cu forfecare mare.

Mixer dublu ax pentru materiale cu vâscozitate ridicată

Blender panglică

Amestecurile cu panglici sunt foarte frecvente în industriile proceselor pentru efectuarea operațiunilor de amestecare la uscat. Amestecarea se realizează datorită 2 helix (panglică) sudate pe arbori. Ambele elice mută produsul în direcții opuse obținând astfel amestecarea [19] (a se vedea fotografia blenderului cu panglici).

V Blender

Blender continuu cu două șuruburi [20]

Procesor continuu

Blender cu șuruburi conice

Blender cu șuruburi

Blender dublu con

Planeta dubla

Mixer de înaltă vâscozitate

Counter-rotative

Arbore dublu și triplu

Malaxor

Stator rotor cu forfecare înaltă

Baterie cu impingere

Malaxoare de dispersie

Paletă

Jet Mixer

Malaxoare mobile

Blenders cu tambur

Mixer intermix

Mixer orizontal

Combinație de amestecare cald / rece

Malaxor vertical

Turbomixer

Mixer planetar

Un mixer planetar este un dispozitiv utilizat pentru amestecarea produselor rotunde, inclusiv adezivi, produse farmaceutice, alimente (inclusiv aluatul), substanțe chimice, electronice, materiale plastice și pigmenți.

Acest mixer este ideal pentru amestecarea și frământarea pastelor vâscoase (până la 6 milioane centipoise) în condiții atmosferice sau de vid. Capacitățile variază de la 0,5 picturi în SUA (0,24 l; 0,42 imp pt) până la 750 de galoane SUA (2.800 l; 620 imp. Gal). Sunt disponibile multe opțiuni, inclusiv jacketing pentru încălzire sau răcire, vid sau presiune, variante de viteză etc.

Lamele rotesc fiecare pe propriile axe și, în același timp, pe o axă comună, oferind astfel o amestecare completă într-un interval de timp foarte scurt.

Malaxor Banbury

Mixerul Banbury este un brand de mixer intern pentru loturi, numit pentru inventatorul Fernley H. Banbury. Marca „Banbury” este deținută de Farrel Corporation. Malaxoarele interne de lot, precum mixerul Banbury sunt utilizate pentru amestecarea sau amestecarea cauciucului și a materialelor plastice. Designul original datează din 1916. [21] Malaxorul este format din două lame rotative în formă de spirală, încorporate în segmente de carcase cilindrice. Acestea se intersectează astfel încât să lase o creastă între lame. Lamele pot fi curate pentru circulația încălzirii sau răcirii. Invenția sa a avut drept rezultat economii majore de forță de muncă și de capital în industria anvelopelor, eliminând pasul inițial de cauciuc de frezare [22]. Este, de asemenea, utilizat pentru armarea umpluturilor într-un sistem de rășină.

NOTE BIBLIOGRAFICE :

"Rotor elicoidal de panglică". Bakker.org. 10 aprilie 1998. Arhivat de la original la 14 august 2017.

„Un ghid practic pentru dispersia de mare viteză”. Hockmeyer.com.

Ryan, David; Simmons, Mark; Baker, Michael (2017). "Determinarea câmpului de curgere din interiorul fluierului lichid Sonolator folosind PIV și CFD". Știința ingineriei chimice. pp 123–136.

Ryan, David; Baker, Michael; Kowalski, Adam; Simmons, Mark (2018). "Emulsificare folosind un fluier lichid" Sonolator ": o nouă corelație pentru mărimea picăturilor din experimentele pe scară pilot" (PDF). Știința ingineriei chimice. pp 369–379.

Ryan, David (2015). Investigarea dinamicii fluidelor și a emulsificării în fluierul lichidelor Sonolator (EngD.). Universitatea din Birmingham, Marea Britanie.

"Mixer de pulbere – Blender panglică – Calcul de proiectare și parametrii de funcționare cheie". Arhivat de la original la 16 februarie 2018. https://www.powderprocess.net/Equipments%20html/Ribbon_blender.html

Nagy B; și colab. (2017). "Monitorizarea spectroscopică Raman și controlul feedback al unui proces continuu de amestecare și comprimare a pulberilor cu două șuruburi". Int. J. Pharm. pp 21–29.

„AML – support.gale”. www.accessmylibrary.com.

Leab, Daniel J. (26 aprilie 1985). Cititorul istoriei muncii University of Illinois Press, https://books.google.ro/books?id=XSybNRCfYn0C&pg=PA336&dq=%22Banbury+mixer%22+history&redir_esc=y&hl=ro#v=onepage&q=%22Banbury%20mixer%22%20history&f=false .

Amestecurile sunt impărțite in două mari categorii,si anume:

-amestecuri omogene

-amestecuri eterogene

Un amestec omogen este unul uniform și unde diferitele componente ale amestecului nu pot fi văzute. Amestecurile omogene, mai sunt numite și soluții. Soluțiile constau din particule cât mai mici,cu alte cuvinte, prea mici pentru a fi vizibile ochiului. Este imposibil să alegi componente ale unui amestec omogen. De exemplu, o soluție de zahăr și oțet alb sunt omogene, deoarece se pot vedea doar lichide incolore. Amestecurile omogene nu au decât o singură fază (stare de materie): gaz, lichid sau solid. Aceasta înseamnă că nu poți observa niciodată atât un gaz, cât și un lichid sau un lichid și un solid într-un amestec omogen. Alte exemple de amestecuri omogene sunt aerul, apa de ploaie și votca.

Clasificarea amestecului

Tipul de operare și echipamentele utilizate în timpul amestecării depinde de starea materialelor amestecate (lichid, semisolid sau solid) și de miscibilitatea materialelor prelucrate. În acest context, actul de amestecare poate fi sinonim cu procese de agitare sau frământare. [1]

Amestecare lichid – lichid

Amestecarea lichidelor are loc frecvent în tehnica proceselor. Natura lichidelor care se amestecă determină echipamentul utilizat. Amestecarea monofazată tinde să implice mixere cu forfecare mică și cu flux mare pentru a provoca înglobarea lichidului, în timp ce amestecarea monofazată necesită, în general, utilizarea mixerelor cu forfecare mare, cu flux redus, pentru a crea picături de un lichid în laminar, turbulent sau tranzitoriu regimuri de flux, în funcție de numărul Reynolds al fluxului. Amestecul turbulent sau tranzitoriu se realizează frecvent cu turbine sau rotori; amestecarea laminară se realizează cu panglici elicoidale sau mixere de ancorare.

Amestecare monofazată

Amestecarea lichidelor miscibile sau cel puțin solubile între ele are loc frecvent în tehnica proceselor (și în viața de zi cu zi). Un exemplu zilnic ar fi adăugarea de lapte sau smântână la ceai sau cafea. Deoarece ambele lichide sunt pe bază de apă, se dizolvă ușor unul în altul. Momentul lichidului adăugat este uneori suficient pentru a provoca suficientă turbulență pentru a amesteca cele două, deoarece vâscozitatea ambelor lichide este relativ scăzută. Dacă este necesar, o lingură sau o paletă ar putea fi utilizate pentru a finaliza procesul de amestecare. Amestecarea într-un lichid mai vâscos, cum ar fi mierea, necesită mai multă putere de amestecare pe unitatea de volum pentru a obține aceeași omogenitate în aceeași perioadă de timp.

Amestecare gaz-gaz

Amestec solid-solid

Amestecarea pulberilor este una dintre cele mai vechi operații unitare din industria de manipulare a solidelor. Timp de multe decenii, amestecarea pulberilor a fost folosită doar pentru omogenizarea materialelor în vrac. Multe utilaje diferite au fost proiectate pentru a manipula materiale cu diverse proprietăți solide în vrac. Pe baza experienței practice obținute cu aceste mașini diferite, cunoștințele de inginerie au fost dezvoltate pentru a construi echipamente fiabile și pentru a prezice comportamentul de amploare și amestecare. În zilele noastre, aceleași tehnologii de amestecare sunt utilizate pentru mai multe aplicații: pentru a îmbunătăți calitatea produsului, pentru a înveli particule, a fuziona materiale, a uda, a se dispersa în lichid, a aglomera, pentru a modifica proprietățile funcționale ale materialului, etc. Această gamă largă de aplicații echipamentele de amestec necesită un nivel ridicat de cunoștințe, experiență îndelungată și facilități extinse de testare pentru a ajunge la selecția optimă a echipamentelor și proceselor.

Amestecarea solidelor-solidelor poate fi efectuată fie în amestecătoare de loturi, care este forma mai simplă de amestecare, fie în anumite cazuri în amestec continuu uscat, mai complexă, dar care oferă avantaje interesante în ceea ce privește segregarea, capacitatea și validarea [3].

Un exemplu de proces de amestecare solid-solid este mularea nisipului de turnare a turnării, unde nisipul, argila bentonită, praful de cărbune fin și apa sunt amestecate într-o masă din plastic, modelabilă și refolosibilă, aplicată pentru modelarea și turnarea metalului topit pentru a obține turnare de nisip care sunt piese metalice pentru automobile, construcții de mașini, construcții sau alte industrii.

Mecanisme de amestecare

În pulbere pot fi determinate două dimensiuni diferite în procesul de amestecare: amestecare convectivă și amestecare intensivă. [4] În cazul amestecului convectiv în mixer este transportat dintr-o locație în alta. Acest tip de amestecare duce la o stare mai puțin ordonată în interiorul mixerului, componentele care trebuie amestecate sunt distribuite peste celelalte componente. Odată cu progresarea timpului, amestecul devine mai ordonat. După un anumit timp de amestecare este atinsă starea finală aleatorie. De obicei, acest tip de amestecare este aplicat pentru materiale cu flux liber și grosier.

Posibile amenințări în timpul amestecării macro este de-amestecarea componentelor, deoarece diferențele de dimensiune, formă sau densitate ale diferitelor particule pot duce la segregare.

Când materialele sunt coezive, ceea ce este cazul de ex. particule fine și, de asemenea, cu material umed, amestecarea convectivă nu mai este suficientă pentru a obține un amestec ordonat aleatoriu. Forțele relative puternice dintre particule formează bulgări, care nu sunt despărțite de forțele ușoare de transport în mixerul convectiv. Pentru a reduce dimensiunea forței de forță sunt necesare forțe suplimentare; adică este necesară o mai mare amestecare cu consum energetic. Aceste forțe suplimentare pot fi fie forțe de impact, fie forțe de forfecare.

Amestecare lichid – solid

Amestecarea lichid-solid este de obicei realizată pentru a suspenda solidele cu flux liber grosier sau pentru a sparge grămada de solide fine aglomerate. Un exemplu din prima este amestecarea zahărului granulat în apă; un exemplu din urmă este amestecarea făinii sau a laptelui praf în apă. În primul caz, particulele pot fi ridicate în suspensie (și separate unele de altele) prin mișcare în vrac a fluidului; în al doilea, mixerul în sine (sau câmpul de forfecare mare din apropierea acestuia) trebuie să destabilizeze glandele și să le determine să se dezintegreze.

Un exemplu de procedeu de amestecare solid-lichid în industrie este amestecarea betonului, unde cimentul, nisipul, pietrele mici sau pietrișul și apa se îmbină cu o masă omogenă de auto-întărire, folosită în industria construcțiilor.

Suspensie solidă

Suspendarea solidelor într-un lichid se face pentru a îmbunătăți rata de transfer de masă între solid și lichid. Exemple includ dizolvarea unui reactant solid într-un solvent sau suspendarea particulelor de catalizator în lichid pentru a îmbunătăți fluxul de reactanți și produse către și din particule. Difuziunea eddy asociată mărește rata de transfer de masă în cea mai mare parte a fluidului, iar convecția materialului departe de particule scade dimensiunea stratului de delimitare, unde apare cea mai mare parte a rezistenței la transferul de masă. Rotile axiale cu flux sunt preferate pentru suspensia solidă, deși rotativele cu flux radial pot fi utilizate într-un rezervor cu defecări, care transformă o parte din mișcarea de rotație în mișcare verticală. Când solidul este mai dens decât lichidul (și, prin urmare, se colectează în partea de jos a rezervorului), rotorul este rotit astfel încât fluidul este împins în jos; când solidul este mai puțin dens decât lichidul (și, prin urmare, plutește deasupra), rotorul este rotit astfel încât fluidul este împins în sus (deși acest lucru este relativ rar). Echipamentul preferat pentru suspensia solidă produce fluxuri volumetrice mari, dar nu neapărat cu forfecare mare; Se utilizează de regulă turbine cu turbine cu număr mare, cum ar fi hidrocarburi. Mai multe turbine montate pe același ax pot reduce atragerea puterii. [5]

Deaglomerare solidă

Pulberile foarte fine, cum ar fi pigmenții de dioxid de titan și materialele care au fost uscate prin pulverizare pot aglomera sau forma bulgări în timpul transportului și depozitării. Materialele amidonice sau cele care formează geluri atunci când sunt expuse solventului pot forma buline care sunt umezite la exterior, dar uscate la interior. Aceste tipuri de materiale nu se amestecă cu ușurință în lichid cu tipurile de mixere preferate pentru suspensie solidă, deoarece particulele de aglomerat trebuie să fie supuse unei forfecări intense pentru a fi despărțite. În unele moduri, deagglomerarea solidelor este similară amestecării lichidelor nemiscibile, cu excepția faptului că coalescența nu este de obicei o problemă. Un exemplu zilnic al acestui tip de amestecare este producerea de lapte din lapte lichid și înghețată solidă.

Amestecare lichid – gaz

Lichidele și gazele sunt de obicei amestecate pentru a permite transferul de masă. De exemplu, în cazul dezbrăcării aerului, gazul este utilizat pentru a îndepărta volatilele dintr-un lichid. De obicei, o coloană ambalată este folosită în acest scop, ambalajul acționând ca un mixer nemișcat și pompa de aer furnizând forța motrice. Când se utilizează un rezervor și un rotor, obiectivul este de obicei să se asigure că bulele de gaz rămân în contact cu lichidul cât mai mult timp posibil. Acest lucru este important mai ales dacă gazul este scump, cum ar fi oxigenul pur, sau se difuzează lent în lichid. Amestecarea într-un rezervor este utilă și atunci când are loc o reacție chimică (relativ) lentă în faza lichidă, astfel încât diferența de concentrație în stratul subțire de lângă bulă este apropiată de cea a volumului. Acest lucru reduce forța motrică pentru transferul de masă. Dacă există o reacție chimică (relativ) rapidă în faza lichidă, uneori este avantajos să se disperseze, dar să nu recirculeze bulele de gaz, asigurându-se că acestea sunt în fluxul dopului și pot transfera masa mai eficient.

Turbinele Rushton au fost utilizate în mod tradițional pentru a dispersa gazele în lichide, dar opțiuni mai noi, cum ar fi turbina Smith și turbina Bakker, devin mai răspândite. [6] Una dintre probleme este că pe măsură ce fluxul de gaz crește, din ce în ce mai mult gaz se acumulează în zonele de joasă presiune din spatele palelor rotorului, ceea ce reduce puterea obținută de mixer (și, prin urmare, eficacitatea acestuia). Modelele mai noi, cum ar fi rotorul GDX, au eliminat aproape această problemă.

Amestecare gaze-solide

Amestecarea gaz-solid poate fi realizată pentru a transporta pulberi sau solide cu particule mici dintr-un loc în altul sau pentru a amesteca reactanți gazoși cu particule solide de catalizator. În ambele cazuri, gazele turbulente ale gazului trebuie să asigure suficientă forță pentru a suspenda particulele solide, care altfel se scufundă sub forța gravitației. Mărimea și forma particulelor este o considerație importantă, deoarece diferite particule au coeficienți de tracțiune diferiți, iar particulele din materiale diferite au densități diferite. O operație unitară comună pe care industria de procese o folosește pentru a separa gazele și solidele este ciclonul, care încetinește gazul și face ca particulele să se decanteze.

Amestecare cu mai multe faze

Amestecarea multifazică are loc atunci când solidele, lichidele și gazele sunt combinate într-o singură etapă. Acest lucru poate apărea ca parte a unui proces chimic catalitic, în care reactivi lichizi și gazoși trebuie să fie combinați cu un catalizator solid (cum ar fi hidrogenarea); sau în fermentație, unde microbii solizi și gazele de care au nevoie trebuie să fie bine distribuiți într-un mediu lichid. Tipul mixerului depinde de proprietățile fazelor. În unele cazuri, puterea de amestecare este asigurată de gazul propriu-zis, pe măsură ce se deplasează în sus prin lichid, antrenând lichidul cu ploaia cu bule. Acest lucru atrage lichid în sus în interiorul penajului și face ca lichidul să cadă în afara penajului. Dacă vâscozitatea lichidului este prea mare pentru a permite acest lucru (sau dacă particulele solide sunt prea grele), poate fi nevoie de un rotor pentru a menține particulele solide suspendate.

Nomenclatorul de bază

Pentru amestecarea lichidelor, nomenclatura este destul de standardizată:

Diametrul rotorului, "D" se măsoară pentru mixerele industriale, deoarece diametrul maxim măturat în jurul axei de rotație.

Viteza de rotație, "N" este de obicei măsurată în rotații pe minut (RPM) sau revoluții pe secundă (RPS). Această variabilă se referă la viteza de rotație a rotorului, deoarece acest număr poate diferi de-a lungul punctelor trenului de antrenare.

Diametrul rezervorului, "T" Diametrul interior al unui vas cilindric. Majoritatea vaselor de amestecare care vor primi mixere industriale vor fi cilindrice.

Putere, "P" este energia introdusă într-un sistem de obicei de un motor electric sau un motor pneumatic

Capacitatea de pompare a rotorului, "Q" Mișcarea fluidului rezultat din rotația rotorului.

Un amestec eterogen este un amestec de doi sau mai mulți compuși. Exemple: amestecuri de nisip și apă sau nisip și fier, o rocă de conglomerat, apă și ulei, o salată, amestec de trasee și beton (nu de ciment) [1].

Heterogeneitatea este o diversitate a structurii constitutive. Eterogeneitatea sau eterogenul se refera la o reacție eterogenă, o reacție în cinetică chimică care are loc la interfața a două sau mai multe faze, adică între un solid și un gaz, un lichid și un gaz sau un solid și un lichid. O cataliză eterogenă, una în care catalizatorul se află într-o fază diferită de substrat.

Cataliza heterogenă a aurului se referă la cataliza reacțiilor chimice ale nanoparticulelor de aur, susținute în mod tipic pe substraturile de oxid de metal. În ciuda inerității binecunoscute a aurului în vrac, scăderea diametrului clusterelor de aur susținute până la cca. de 2 până la 5 nm s-a demonstrat că rezultă în activități catalitice surprinzător de mari față de oxidarea monoxidului de carbon de temperatură scăzută (CO), precum și alte câteva reacții relevante din punct de vedere industrial, cum ar fi activarea H2, schimbarea gazelor de apă și hidrogenarea hidrocarburilor nesaturate.

Activitatea ridicată a clusterelor de aur suportate a fost propusă pentru a rezulta dintr-o combinație de modificări structurale, efecte de dimensiune cuantică și efecte de susținere care să regleze în mod preferențial structura electronică a aurului, astfel încât să fie activată legarea optimă a adsorbatilor în timpul ciclului catalitic. [2] [3] [4] [5]

Selectivitatea și activitatea nanoparticulelor de aur pot fi reglate fin prin variația alegerii materialului de sprijin, de ex. titană (TiO2), hematit (α-Fe2O3), oxid de cobalt (II / III) (Co3O4) și oxid de nichel (II) (NiO), care servesc drept cele mai eficiente materiale de sprijin pentru facilitarea catalizării combustiei CO. [2]

_________________

[1] Gamow, George (aprilie 1967). „Capitolul VI,„ Scară descendentă ”. One Two Three … Infinity (Massback paperback) (Bantam Science and Mathematics, ediția a 5-a ediție). Bantam, p. 117.

[2] Haruta, Masatake (1997). „Dependența de mărime și suport în cataliza aurului”. Cataliză astăzi, pp 153–166.

[3] Haruta, Masatake (2011-10-04). "Conferința Memorial Spiers: Rolul interfețelor perimetrale în cataliză prin nanoparticule de aur". Faraday Discutii, pp 11–32.

[4] Van Santen, Rutger Anthony; Neurock, Matthew (2006). Cataliză heterogenă moleculară. O abordare conceptuală și de calcul. Weinheim, Germania: Wiley-VCH. pp 53–60.

[5] Valden, M.; Lai, X .; Goodman, D. W. (1998-09-11). „Debutul activității catalitice a ciorchinilor de aur pe Titania cu apariția proprietăților nemetalice”. Știință, pp 1647–1650.

Pe lângă faptul că permit o dispersie optimă a nanoclusterilor, materialele de sprijin li s-a sugerat să promoveze cataliza prin modificarea dimensiunii, formei, tulpinii și stării de încărcare a clusterului. [4] [6] [7]

S-a dovedit că un control precis al formei grupurilor de aur depuse a fost important pentru optimizarea activității catalitice, cu câteva nanoparticule groase emisferice, cu puține straturi atomice, care prezintă în general cele mai dorite proprietăți catalitice, datorită numărului maxim de site-uri cu cantități ridicate de energie și colț. [ 2] [5] [8].

CAPITOLUL I

Amestecuri eterogene

Cataliza eterogenă este tipul de cataliză în care faza catalizatorului diferă de faza reactanților [1] sau a produselor. Contrastă cu cataliza omogenă în care reacționarii, produsele și catalizatorul există în aceeași fază. Faza distinge între componentele solide, lichide și gaz, dar și amestecurile nemiscibile (de exemplu, ulei și apă) sau oriunde este prezentă o interfață. Catalizatorii sunt utili, deoarece cresc viteza unei reacții [2] fără a fi consumați și, prin urmare, sunt reutilizabili.

Cataliza eterogenă implică de obicei catalizatori în fază solidă și reactanți în fază gazoasă. În acest caz, la suprafața catalizatorului are loc un ciclu de adsorbție moleculară, reacție și desorbție. Termodinamica, transferul de masă și transferul de căldură influențează rata (cinetică) de reacție.

Cataliza eterogenă este foarte importantă, deoarece permite producerea mai rapidă la scară largă și formarea selectivă a produsului. [4] Aproximativ 35% din PIB-ul mondial este influențat de cataliză. [5] Producția de 90% din substanțele chimice (în volum) este asistată de catalizatori solizi. [3] Industriile chimice și energetice se bazează foarte mult pe cataliza eterogenă. De exemplu, procedeul Haber-Bosch utilizează catalizatori pe bază de metale în sinteza amoniacului, o componentă importantă în îngrășământ; În 2016 au fost produse 144 de milioane de tone de amoniac. [6]

Adsorbție

Adsorbția este un pas esențial în cataliza eterogenă. Adsorbția este procesul prin care o moleculă de fază de gaz (sau soluție) (adsorbatul) se leagă de atomii de suprafață solizi (sau lichizi) (adsorbant). Reversul adsorbției este desorbția, împărțirea adsorbantă de la adsorbant. Într-o reacție facilitată de cataliză eterogenă, catalizatorul este adsorbant, iar reactanții sunt adsorbat.

Tipuri de adsorbție

Două tipuri de adsorbție sunt recunoscute: fizisorbția, adsorbția slab legată și chemisorbția, adsorbția puternic legată. Multe procese în cataliză eterogenă se află între cele două extreme. Modelul Lennard-Jones oferă un cadru de bază pentru a prezice interacțiunile moleculare în funcție de separarea atomică. [7]

Physisorption

În fizisorbție, o moleculă devine atrasă de atomii de suprafață prin forțele van der Waals. Acestea includ interacțiuni dipol-dipol, interacțiuni dipol induse și forțe de dispersie la Londra. Rețineți că nu se formează legături chimice între adsorbat și adsorbant, iar stările lor electronice rămân relativ neperturbate. Energiile tipice pentru fizionorbire sunt de la 3 la 10 kcal / mol. [3] În cataliza eterogenă, atunci când o moleculă reactantă fizionizează un catalizator, se spune în mod obișnuit că este într-o stare precursoare, o stare de energie intermediară înainte de chemisorbție, o adsorbție mai puternic legată. [7] Din starea precursoare, o moleculă poate suferi fie chemisorbție, desorbție, fie migrare pe suprafață. [8] Natura stării precursoare poate influența cinetica reacției. [8]

Chemisorpția

Când o moleculă se apropie suficient de aproape de atomii de suprafață, astfel încât norii lor de electroni se suprapun, poate apărea chemisorbție. În chemisorbție, adsorbatul și adsorbentul împart electroni care semnifică formarea de legături chimice. Energiile tipice pentru chemisorbție variază între 20 și 100 kcal / mol. [3] Două cazuri de chemisorbție sunt:

Adsorbție moleculară: adsorbatul rămâne intact. Un exemplu este legarea alcenică de platină.

Adsorbția de disociere: una sau mai multe legături se rup simultan cu adsorbția. În acest caz, bariera de disociere afectează rata de adsorbție. Un exemplu de legare a H2 la un catalizator metalic, unde legătura H-H este ruptă după adsorbție.

Reacții la suprafață

Cele mai multe reacții de suprafață metalice apar prin propagarea lanțului în care intermediații catalitici sunt produși și consumati ciclic. [9] Două mecanisme principale pentru reacțiile de suprafață pot fi descrise pentru A + B → C. [3]

Mecanismul Langmuir-Hinshelwood: Moleculele reactante, A și B, ambele se adsorb la suprafața catalitică. În timp ce sunt adsorbiți la suprafață, se combină pentru a forma produsul C, care apoi se desorbește.

Mecanismul Eley-Rideal: o moleculă reactantă, A, adsorbe pe suprafața catalitică. Fără adsorbție, B reacționează cu A absorbit pentru a forma C, care apoi se desorbează de la suprafață.

Cele mai multe reacții catalizate eterogen sunt descrise de modelul Langmuir-Hinshelwood. [10]

În cataliza eterogenă, reactanții difuzează din faza fluidului în vrac pentru a adsorbi suprafața catalizatorului. Locul de adsorbție nu este întotdeauna un sit catalizator activ, așa că moleculele reactante trebuie să migreze pe suprafață către un situs activ. La locul activ, moleculele reactante vor reacționa pentru a forma molecule de produs urmând o cale mai ușoară din punct de vedere energetic prin intermediari catalitici (vezi figura din dreapta). Moleculele produsului se deshidratează apoi de la suprafață și se difuzează. Catalizatorul în sine rămâne intact și liber să medieze reacții suplimentare.

Fenomenele de transport, cum ar fi transferul de căldură și masa, joacă, de asemenea, un rol în rata de reacție observată.

Proiectare catalizator

Catalizatorii nu sunt activi față de reactanți pe întreaga suprafață; numai locații specifice posedă activitate catalitică, numite site-uri active. Suprafața unui catalizator solid are o influență puternică asupra numărului de site-uri active disponibile. În practica industrială, catalizatorii solizi sunt adesea poroși pentru a maximiza suprafața, obținând în mod obișnuit 50-400 m2 / g. [3] Unele silicate mezoporoase, cum ar fi MCM-41, au suprafețe mai mari de 1000 m2 / g. [11] Materialele poroase sunt eficiente din punct de vedere al costurilor datorită raportului ridicat de suprafață-masă și a activității catalitice sporite.

În multe cazuri, un catalizator solid este dispersat pe un material de sprijin pentru a crește suprafața (a răspândi numărul de site-uri active) și a oferi stabilitate. [3] De obicei, suporturile pentru catalizatori sunt materiale inerte, cu punct de topire ridicat, dar pot fi, de asemenea, catalitice. Majoritatea suporturilor catalizatoare sunt poroase (frecvent carbon, silice, zeolit ​​sau pe bază de alumină) [5] și alese pentru raportul lor mare suprafață-masă. Pentru o reacție dată, trebuie să fie selectate suporturi poroase astfel încât reactanții și produsele să poată intra și ieși din material.

Adesea, substanțele sunt adăugate în mod intenționat la alimentarea cu reacție sau pe catalizator pentru a influența activitatea catalitică, selectivitatea și / sau stabilitatea. Acești compuși sunt numiți promotori. De exemplu, alumina (Al2O3) este adăugată în timpul sintezei amoniacului pentru a oferi o stabilitate mai mare prin încetinirea proceselor de sinterizare pe catalizatorul Fe. [3]

Principiul Sabatier poate fi considerat ca unul dintre pietrele de temelie ale teoriei moderne a catalizei. [12] Principiul Sabatier afirmă că interacțiunea suprafață-adsorbare trebuie să fie o cantitate optimă: nu prea slab pentru a fi inert față de reactanți și nu prea puternic pentru a otrăvi suprafața și a evita desorbția produselor [13]. Afirmația potrivit căreia interacțiunea suprafață-adsorbare trebuie să fie optimă, este una calitativă. De obicei numărul adsorbatelor și stărilor de tranziție asociate cu o reacție chimică este un număr mare, astfel că optimul trebuie să se găsească într-un spațiu multidimensional. Proiectarea catalizatorului într-un astfel de spațiu multidimensional nu este o sarcină viabilă din punct de vedere computerizat. În plus, un astfel de proces de optimizare ar fi departe de a fi intuitiv. Relațiile de scalare sunt utilizate pentru a reduce dimensionalitatea spațiului de proiectare a catalizatorului. [14] Astfel de relații sunt corelații între energiile de legare adsorbate (sau între energiile de legare adsorbate și stările de tranziție, de asemenea, cunoscute sub numele de relații BEP) [15], care sunt „suficient de similare”, de exemplu, OH față de scalarea OOH [16]. Aplicarea relațiilor de scalare la problemele de proiectare a catalizatorului reduce considerabil dimensionalitatea spațiului (uneori până la 1 sau 2). [17]

Se poate utiliza, de asemenea, modelarea micro-cinetică bazată pe astfel de relații de scalare pentru a ține cont de cinetica asociată cu adsorbția, reacția și desorbția moleculelor în condiții specifice de presiune sau temperatură [18]. O astfel de modelare duce apoi la cunoscute parcele de vulcan la care optimul calitativ descris de principiul Sabatier este denumit „vârful vulcanului”. Relațiile de scalare pot fi utilizate nu numai pentru a conecta energia energetică a grupelor radicale adsorbite de suprafață (de exemplu, O *, OH *), [14], dar și pentru a conecta energia energetică a moleculelor cu cochilie închisă între ele sau la adsorbatele radicale contrapartide. [19]. O provocare recentă pentru cercetătorii în științele catalitice este „a rupe” relațiile de scalare. [20] Corelațiile care se manifestă în relațiile de scalare limitează spațiul de design al catalizatorului, împiedicând unul să ajungă în „vârful vulcanului”. Întreruperea relațiilor de scalare se poate referi fie la proiectarea suprafețelor sau a motivelor care nu urmează o relație de scalare, fie la cele care urmează o relație de scalare diferită (decât relația obișnuită pentru adsorbții asociați) în direcția corectă: una care ne poate apropia de vârful vulcanului cu reactivitate. [17] În plus față de studierea reactivității catalitice, relațiile de scalare pot fi utilizate pentru a studia și ecraniza materialele pentru selectivitate față de un produs special. [21] Există o combinație specială de energii de legare care favorizează anumite produse față de celelalte. Uneori, un set de energii obligatorii care pot schimba selectivitatea spre o „scară” specifică a produsului unul cu celălalt, astfel pentru a îmbunătăți selectivitatea trebuie să rupă unele relații de scalare; un exemplu în acest sens este scalarea între metan și energii de activare oxidantă a metanolului care duce la lipsa selectivității în conversia directă a metanului în metanol. [22]

Dezactivarea catalizatorului

Dezactivarea catalizatorului este definită ca o pierdere în activitatea catalitică și / sau selectivitate în timp.

Substanțele care scad rata de reacție se numesc otrăvuri. Otrăvurile chimisorb la suprafața catalizatorului și reduc numărul de situri active disponibile pentru care moleculele reactante la care se leagă. [23] Otrăvurile comune includ elemente din grupa V, VI și VII (de exemplu, S, O, P, Cl), unele metale toxice (de exemplu, As, Pb) și specii de adsorbție cu legături multiple (de exemplu, CO, hidrocarburi nesaturate). [7] [ 23] De exemplu, sulful perturbă producția de metanol prin otrăvirea catalizatorului Cu / ZnO. [24] Substanțele care cresc rata de reacție se numesc promotori. De exemplu, prezența metalelor alcaline în sinteza amoniacului crește rata disocierii N2. [24]

Prezența otrăvurilor și a promotorilor poate modifica energia de activare a etapei de limitare a vitezei și poate afecta selectivitatea unui catalizator pentru formarea anumitor produse. În funcție de cantitate, o substanță poate fi favorabilă sau defavorabilă pentru un proces chimic. De exemplu, în producția de etilenă, o cantitate mică de clor chemisorbit va acționa ca un promotor prin îmbunătățirea selectivității Ag-catalizator față de etilenă față de CO2, în timp ce prea mult clor va acționa ca o otravă. [7]

Alte mecanisme de dezactivare a catalizatorului includ:

Sinterizare: când sunt încălzite, particulele de metal catalitic dispersate pot migra pe suprafața de sprijin și pot forma cristale. Aceasta duce la o reducere a suprafeței catalizatorului.

Defecțiune: depunerea materialelor din faza fluidă pe catalizatorul cu faza solidă și / sau suprafețele de sprijin. Aceasta duce la blocarea activă a site-ului și / sau a porilor.

Cocacizia: depunerea de solide grele, bogate în carbon pe suprafețe datorită descompunerii hidrocarburilor [23]

Reacții solide în vapori: formarea unui strat de suprafață inactiv și / sau formarea unui compus volatil care iese din reactor. [23] Aceasta duce la o pierdere a suprafeței și / sau a materialului catalizator.

Transformarea în stare solidă: difuzia în stare solidă a atomilor de susținere a catalizatorului la suprafață urmată de o reacție care formează o fază inactivă. Aceasta duce la o pierdere a suprafeței catalizatorului.

Eroziunea: atracția continuă a materialului catalizator comun în reactoarele cu pat fluidizat. [25] Aceasta duce la o pierdere de material catalizator.

În industrie, dezactivarea catalizatorului costă miliarde în fiecare an datorită opririi procesului și înlocuirii catalizatorului [23].

Exemple industriale

În industrie, multe variabile de proiectare trebuie luate în considerare, inclusiv proiectarea reactorului. Reactoarele de cataliză eterogene convenționale includ reactoare cu pat continuu și fluidizat, în timp ce configurațiile mai recente includ reactoare cu pat fix, microcanal și multifuncționale. [7] Alte variabile care trebuie luate în considerare sunt dimensiunile reactorului, suprafața, tipul de catalizator, suportul catalizatorului, precum și condițiile de funcționare a reactorului, cum ar fi temperatura, presiunea și concentrațiile de reactanți.

Câteva procese industriale la scară largă care includ catalizatori eterogeni:

Sursa: [3] [5]

Sursa: https://www.mdpi.com/2073-4344/8/12/621/htm, accesat la 15/02/2020.

Alte exemple

Reducerea nitrililor în sinteza fenetilaminei cu catalizatorul de nichel Raney și hidrogenul în amoniac: [26]

Hidrogenarea cu nitril

Cracarea, izomerizarea și reformarea hidrocarburilor pentru a forma amestecuri adecvate și utile de benzină.

În automobile, catalizatoarele sunt utilizate pentru a cataliza trei reacții principale:

Oxidarea monoxidului de carbon la dioxidul de carbon:

2CO (g) + O2 (g) → 2CO2 (g)

Reducerea monoxidului de azot înapoi la azot:

2NO (g) + 2CO (g) → N2 (g) + 2CO2 (g)

Oxidarea hidrocarburilor la apă și dioxidul de carbon:

2 C6H6 + 15 O2 → 12 CO2 + 6 H2O

Acest proces se poate produce cu oricare hidrocarburi, dar cel mai frecvent se realizează cu benzină sau motorină.

Cataliza heterogenă asimetrică facilitează producerea de compuși enantiomeri puri folosind catalizatori eterici chirali. [27]

Marea majoritate a catalizatorilor eterogeni se bazează pe metale [28] sau oxizi metalici; [29] [30] Cu toate acestea, unele reacții chimice pot fi catalizate de materiale pe bază de carbon, de exemplu, dehidrogenări oxidative [31] sau oxidări selective [32]. ]

Etilbenzen + 1/2 O2 → stiren + H2O

Acroleină + 1/2 O2 → Acrilic

Reactii catalizate de solid-lichid si lichid

Deși majoritatea catalizatorilor eterogeni sunt solide, există câteva variații care au o valoare practică. Pentru două soluții imiscibile (lichide), una poartă catalizatorul în timp ce cealaltă poartă reactantul. Această înființare stă la baza catalizei bifazice, astfel cum este implementată în producția industrială de butiraldehidă prin hidroformilarea propilenei. [33]

NOTE BIBLIOGRAFICE :

Schlögl, Robert (2015-03-09). „Cataliză heterogenă”. Angewandte Chemie International Edition. pp 3465–3520.

Chimie, Uniunea Internațională Pură și Aplicată. "Cartea de aur IUPAC – catalizator". http://goldbook.iupac.org/terms/view/C00876

Rothenberg, Gadi (2008). Cataliză: concepte și aplicații verzi. Weinheim [Germania]: Wiley-VCH. ISBN 9783527318247. OCLC 213106542.

Informații., Laboratorul Național Lawrence Berkeley. Statele Unite. Departamentul de Energie. Oficiul Științific și Tehnic (2003). Impactul nanoștiinței asupra catalizei eterogene. Laboratorul Național Lawrence Berkeley OCLC 727328504.

Ma, Zhen; Zaera, Francisco (2007-03-15), King, R. Bruce; Crabtree, Robert H.; Lukehart, Charles M.; Atwood, David A. (eds.), "Heterogeneous Catalysis by Metals", Encyclopedia of Inorganic Chemistry, John Wiley & Sons, Ltd.

„Sondaj geologic al Statelor Unite, rezumate ale mărfurilor minerale” (PDF). USGS. Ianuarie 2018. https://www.usgs.gov/centers/nmic/nitrogen-statistics-and-information

Thomas, J. M.; Thomas, W. J. (2014-11-19). Principiile și practica catalizei eterogene (ediția a doua, revizuită). Weinheim, Germania. ISBN 9783527683789.

Bowker, Michael (2016-03-28). "Rolul statelor precursoare în adsorbție, reacții de suprafață și cataliză". Subiecte în cataliză. pp 663–670.

R. I. Masel, „Principiile adsorbției și reacției pe suprafețe solide”, seria Wiley în inginerie chimică, Wiley-Interscience, New York, SUA, 1996, ISBN 978-0-471-30392-3.

Petukhov, A.V. (1997). "Efectul mobilității moleculare asupra cineticii unei reacții electrochimice Langmuir-Hinshelwood". Scrisori de fizică chimică. pp 539–544.

Kresge, C. T.; Leonowicz, M. E.; Roth, W. J.; Vartuli, J. C.; Beck, J. S. (1992). "Situri moleculare mezopore comandate sintetizate printr-un mecanism de șablon cu cristale lichide". Natură. pp 710–712.

Medford, Andrew J. .; Vojvodic, Aleksandra; Hummelshøj, Jens S.; Voss, Johannes; Abild-Pedersen, Frank; Studt, Felix; Bligaard, Thomas; Nilsson, Anders; Nørskov, Jens K. (2015). „De la principiul Sabatier la o teorie predictivă a catalizei eterogene de metal de tranziție”. Journal of Catalysis. pp 36–42.

Laursen, Anders B.; Bărbat, Isabela Costinela; Trinhammer, Ole L.; Rossmeisl, ian; Dahl, Søren (2011-10-04). "Principiul Sabatier ilustrat de descompunerea catalitică H2O2 pe suprafețele metalice". Journal of Chemical Education. pp 1711–1715.

Abild-Pedersen, F.; Greeley, J.; Studt, F.; Rossmeisl, J .; Munter, T. R.; Moise, P. G.; Skúlason, E.; Bligaard, T.; Nørskov, J. K. (2007-07-06). "Proprietăți de scalare a energiilor de adsorbție pentru molecule care conțin hidrogen pe suprafețe de tranziție-metal" (PDF). Scrisori de revizuire fizică. 99 (1): 016105.

Nørskov, Jens K.; Christensen, Claus H.; Bligaard, Thomas; Munter, Ture R. (2008-08-18). "Relații BEP pentru disocierea N2 pe suprafețe metalice și de tranziție în trepte". Chimie fizică Chimie fizică. pp 5202–5206.

Viswanathan, Venkatasubramanian; Hansen, Heine Anton; Rossmeisl, ian; Nørskov, Jens K. (2012-07-11). „Universalitatea în reducerea oxigenului electrocataliză pe suprafețele metalice”. Cataliză ACS. pp 1654–1660.

Nørskov, Jens K.; Vojvodic, Aleksandra (2015-06-01). „Noua paradigmă de design pentru catalizatori eterogeni” Revizuirea științei naționale. pp 140–143.

Medford, Andrew J. .; Shi, Chuan; Hoffmann, Max J.; Lausche, Adam C.; Fitzgibbon, Sean R.; Bligaard, Thomas; Nørskov, Jens K. (2015-03-01). "CatMAP: pachet software pentru cartografierea microkinetică bazată pe descriptori a tendințelor catalitice". Scrisori de cataliză. pp 794–807.

Kakekhani, Arvin; Roling, Luca T.; Kulkarni, Ambarish; Latimer, Allegra A.; Abroshan, Hadi; Schumann, Julia; AlJama, Hassan; Siahrostami, Samira; Ismail-Beigi, Sohrab (2018-06-18). „Natura împrumuturilor singulare – obligațiunile de suprafață și relațiile lor de scalare”. Chimie anorganică. pp 7222–7238.

Chen, Ping; El, Teng; Wu, Guotao; Guo, Jianping; Gao, Wenbo; Chang, Fei; Wang, Peikun (ianuarie 2017). "Întreruperea relațiilor de scalare pentru a realiza sinteza de amoniac la temperaturi joase prin transferul de azot și hidrogenarea mediată de LiH". Chimia naturii. pp 64–70.

Schumann, Julia; Medford, Andrew J. .; Yoo, Jong Suk; Zhao, Zhi-Jian; Bothra, Pallavi; Cao, Ang; Studt, Felix; Abild-Pedersen, Frank; Nørskov, Jens K. (2018-03-13). "Selectivitatea conversiei gazelor de sinteză în oxigenate C2 + pe suprafețe de tranziție-metal fcc (111)". Cataliză ACS. pp 3447–3453.

Nørskov, Jens K.; Studt, Felix; Abild-Pedersen, Frank; Tsai, Charlie; Yoo, Jong Suk; Montoya, Joseph H.; Aljama, Hassan; Kulkarni, Ambarish R.; Latimer, Allegra A. (februarie 2017). „Înțelegerea tendințelor activării legăturilor C – H în cataliză eterogenă”. Materiale de natură. pp 225–229.

Bartolomeu, Calvin H (2001). „Mecanisme de dezactivare a catalizatorului”. Cataliză aplicată A: generală. pp 17–60.

Nørskov, Jens K. Concepte fundamentale în cataliză eterogenă. Studt, Felix., Abild-Pedersen, Frank., Bligaard, Thomas. Hoboken, New Jersey. ISBN 9781118892022. OCLC 884500509.

Forzatti, P (1999-09-14). „Dezactivarea catalizatorului”. Cataliză astăzi. pp 165–181.

Sinteze organice, Coll. Voi. 3, p.720 (1955); Voi. 23, p.71 (1943). https://web.archive.org/web/20120315000000*/http://orgsynth.org/orgsyn/pdfs/CV4P0603.pdf

Heitbaum, Glorius, Escher, cataliză eterogenă asimetrică, Angew. Chem. Int. Ed. 2006, 45, p 4732.

Wang, Aiqin; Li, iunie; Zhang, Tao (iunie 2018). "Cataliză monomatenă heterogenă". Recenzii ale naturii Chimie. pp 65–81.

Zeng, Liang; Cheng, Zhuo; Fan, Jonathan A.; Fan, Liang-Shih; Gong, Jinlong (noiembrie 2018). "Chimie redox cu oxid de metal pentru procese de bucle chimice". Recenzii ale naturii Chimie. pp 349–364.

Naumann d'Alnoncourt, Raoul; Csepei, Lénárd-István; Hävecker, Michael; Girgsdies, Frank; Schuster, Manfred E.; Schlögl, Robert; Trunschke, Annette (2014). "Rețeaua de reacție în oxidarea propanului peste catalizatorii de oxid de MoVTeNb M1 pur fazici". J. Catal. pp 369–385.

Zhang, J.; Liu, X .; Blume, R .; Zhang, A.; Schlögl, R .; Su, D. S. (2008). "Nanotuburile de carbon modificate la suprafață catalizează deshidrogenarea oxidantă a n-butanului". Știință. pp 73–77.

Frank, B.; Blume, R .; Rinaldi, A.; Trunschke, A.; Schlögl, R. (2011). "Cataliză de inserție de oxigen prin carbon sp2". Angew. Chem. Int. Ed. pp 10226-10230.

Boy Cornils; Wolfgang A. Herrmann, eds. (2004). Cataliză organometalică în fază apoasă: concepte și aplicații. Wiley-VCH.

Un amestec omogen este un amestec solid, lichid sau gazos, care are aceleași proporții ale componentelor sale pe parcursul oricărui eșantion dat. În schimb, un amestec eterogen are componente în care proporțiile variază pe tot eșantionul. „Omogen” și „eterogen” nu sunt termeni absoluti, ci depind de context și de mărimea eșantionului. În chimie, dacă volumul unei suspensii omogene este divizat în jumătate, aceeași cantitate de material este suspendată în ambele jumătăți ale substanței. Un exemplu de amestec omogen este aerul.

În chimia fizică și știința materialelor, aceasta se referă la substanțe și amestecuri care sunt într-o singură fază. Acest lucru este în contrast cu o substanță care este eterogenă. [1]

Amestecuri omogene

Soluție

O soluție este un tip special de amestec omogen în care raportul dintre solut și solvent rămâne același în toată soluția și particulele nu sunt vizibile cu ochiul liber, chiar dacă omogenizate cu surse multiple. În soluții, soluțiile nu se vor deconta după nicio perioadă de timp și nu pot fi eliminate prin metode fizice, cum ar fi un filtru sau o centrifugă. [2] Ca amestec omogen, o soluție are o singură fază (solid, lichid sau gaz), deși faza solutului și a solventului ar fi putut fi inițial diferite (de exemplu, apă sărată).

Gaze

Aerul poate fi descris mai precis ca o soluție gazoasă (oxigenul și alte gaze dizolvate în componenta principală, azotul). Deoarece interacțiunile dintre molecule nu joacă aproape niciun rol, gazele diluate formează soluții banale. În parte din literatura de specialitate, nici măcar nu sunt clasificate ca soluții. În gaz, spațiul intermolecular este cel mai mare – și forța de atracție intermoleculară este cea mai mică. Unele exemple pot fi oxigen, hidrogen sau azot.

Amestecuri

În chimie, un amestec este o substanță care conține două sau mai multe elemente sau compuși care nu sunt legați covalent între ei și își păstrează propriile identități chimice și fizice – o substanță care are două sau mai multe substanțe fizice constitutive. Amestecurile, în sens mai larg, sunt două sau mai multe substanțe fizic în același loc, dar acestea nu sunt combinate chimic, prin urmare, raporturile nu sunt neapărat luate în considerare. [3] Amestecurile omogene solide, cum ar fi amestecurile omogene gazoase și lichide, conțin diferite elemente amestecate uniform și nu pot fi separate ușor. Un exemplu de amestec solid omogen este bronzul, care este un amestec de cupru și staniu.

Valori

Amestecurile omogene au aceleași proporții ale diferitelor componente de-a lungul unui eșantion dat (sau mai multe probe de proporții diferite), creând un amestec consistent. Cu toate acestea, două amestecuri omogene din aceeași pereche de substanțe pot diferi mult unele de altele și pot fi omogenizate pentru a face o constantă. Amestecurile omogene au întotdeauna aceeași compoziție. Amestecurile pot fi caracterizate prin a fi separabile prin mijloace mecanice, de ex. căldură, filtrare, sortare gravitațională, centrifugare etc. [3]

În timpul prelevării de amestecuri eterogene de particule, variația erorii de prelevare este, în general, zero. Teoria eșantionării lui Gy [4] definește cantitativ eterogenitatea unei particule ca:

unde:

h(i) este eterogenitatea particulei i a populației,

ci este concentrația în masă a proprietății de interes din particula {\ displaystyle i} i a populației,

cbatch este concentrația în masă a proprietății de interes din populație,

mi este masa particulei {\ displaystyle i} i din populație și

maver este masa medie a unei particule din populație.

NOTE BIBLIOGRAFICE:

Lew, Kristi (2009). "Omogen". Acizi și baze, chimie esențială. New York: Editura Chelsea House. Editor online: Science Online. Facts On File, Inc. ISBN 978-0-7910-9783-0.

„Soluție (chimie)” (autori: William Ashworth și Charles E. Little) Enciclopedia studiilor de mediu, ediție nouă. Editor online: Science Online. Facts On File, Inc. 2001.

„Amestec” (autori: William Ashworth și Charles E. Little) Enciclopedia studiilor de mediu. Editor online: Science Online. Facts On File, Inc. 2001.

Gy, P. (1979), Sampling of Particulate Materials: Theory and Practice, Elsevier: Amsterdam, p 431.

Tehnica proceselor de amestecare

În inginerie de procese industriale, amestecarea este o operație unitară care implică manipularea unui sistem fizic eterogen cu intenția de a-l face mai omogen. Exemple familiare includ pomparea apei într-o piscină pentru a omogeniza temperatura apei și agitarea bateriei de clătite pentru a elimina bulgări (deagglomerare).

Amestecarea se face pentru a permite transferul de căldură și / sau masă între unul sau mai multe fluxuri, componente sau faze. Prelucrarea industrială modernă implică aproape întotdeauna o anumită formă de amestecare. [1]

Unele clase de reactoare chimice sunt de asemenea mixere. Cu echipamentul adecvat, este posibil să amestecați un solid, lichid sau gaz într-un alt solid, lichid sau gaz. Un fermentator pentru biocombustibili poate necesita amestecarea microbilor, gazelor și a mediului lichid pentru un randament optim; nitrația organică necesită acizi concentrați (lichizi) azotici și sulfuri să fie amestecate cu o fază organică hidrofobă; producerea de tablete farmaceutice necesită amestecarea pulberilor solide. Opusul amestecării este segregarea. Un exemplu clasic de segregare este efectul piuliței braziliene.

Schemele unui vas agitat cu o turbină Rushton

Sursa: https://www.researchgate.net/figure/Schematic-diagram-of-a-baffled-tank-with-a-dual-Rushton-turbine-impeller_fig1_277816940, accesat la 15/02/2020.

Clasificarea amestecului

Tipul de operare și echipamentele utilizate în timpul amestecării depinde de starea materialelor amestecate (lichid, semisolid sau solid) și de miscibilitatea materialelor prelucrate. În acest context, actul de amestecare poate fi sinonim cu procese de agitare sau frământare. [1]

Amestecare lichid – lichid

Amestecarea lichidelor are loc frecvent în tehnica proceselor. Natura lichidelor care se amestecă determină echipamentul utilizat. Amestecarea monofazată tinde să implice mixere cu forfecare mică și cu flux mare pentru a provoca înglobarea lichidului, în timp ce amestecarea monofazată necesită, în general, utilizarea mixerelor cu forfecare mare, cu flux redus, pentru a crea picături de un lichid în laminar, turbulent sau tranzitoriu regimuri de flux, în funcție de numărul Reynolds al fluxului. Amestecul turbulent sau tranzitoriu se realizează frecvent cu turbine sau rotori; amestecarea laminară se realizează cu panglici elicoidale sau mixere de ancorare.

Amestecare monofazată

Amestecarea lichidelor miscibile sau cel puțin solubile între ele are loc frecvent în tehnica proceselor (și în viața de zi cu zi). Un exemplu zilnic ar fi adăugarea de lapte sau smântână la ceai sau cafea. Deoarece ambele lichide sunt pe bază de apă, se dizolvă ușor unul în altul. Momentul lichidului adăugat este uneori suficient pentru a provoca suficientă turbulență pentru a amesteca cele două, deoarece vâscozitatea ambelor lichide este relativ scăzută. Dacă este necesar, o lingură sau o paletă ar putea fi utilizate pentru a finaliza procesul de amestecare. Amestecarea într-un lichid mai vâscos, cum ar fi mierea, necesită mai multă putere de amestecare pe unitatea de volum pentru a obține aceeași omogenitate în aceeași perioadă de timp.

Amestecare gaz-gaz

Amestec solid-solid

Amestecarea pulberilor este una dintre cele mai vechi operații unitare din industria de manipulare a solidelor. Timp de multe decenii, amestecarea pulberilor a fost folosită doar pentru omogenizarea materialelor în vrac. Multe utilaje diferite au fost proiectate pentru a manipula materiale cu diverse proprietăți solide în vrac. Pe baza experienței practice obținute cu aceste mașini diferite, cunoștințele de inginerie au fost dezvoltate pentru a construi echipamente fiabile și pentru a prezice comportamentul de amploare și amestecare. În zilele noastre, aceleași tehnologii de amestecare sunt utilizate pentru mai multe aplicații: pentru a îmbunătăți calitatea produsului, pentru a înveli particule, a fuziona materiale, a uda, a se dispersa în lichid, a aglomera, pentru a modifica proprietățile funcționale ale materialului, etc. Această gamă largă de aplicații echipamentele de amestec necesită un nivel ridicat de cunoștințe, experiență îndelungată și facilități extinse de testare pentru a ajunge la selecția optimă a echipamentelor și proceselor.

Amestecarea solidelor-solidelor poate fi efectuată fie în amestecătoare de loturi, care este forma mai simplă de amestecare, fie în anumite cazuri în amestec continuu uscat, mai complexă, dar care oferă avantaje interesante în ceea ce privește segregarea, capacitatea și validarea [3].

Un exemplu de proces de amestecare solid-solid este mularea nisipului de turnare a turnării, unde nisipul, argila bentonită, praful de cărbune fin și apa sunt amestecate într-o masă din plastic, modelabilă și refolosibilă, aplicată pentru modelarea și turnarea metalului topit pentru a obține turnare de nisip care sunt piese metalice pentru automobile, construcții de mașini, construcții sau alte industrii.

Mecanisme de amestecare

În pulbere pot fi determinate două dimensiuni diferite în procesul de amestecare: amestecare convectivă și amestecare intensivă. [4] În cazul amestecului convectiv în mixer este transportat dintr-o locație în alta. Acest tip de amestecare duce la o stare mai puțin ordonată în interiorul mixerului, componentele care trebuie amestecate sunt distribuite peste celelalte componente. Odată cu progresarea timpului, amestecul devine mai ordonat. După un anumit timp de amestecare este atinsă starea finală aleatorie. De obicei, acest tip de amestecare este aplicat pentru materiale cu flux liber și grosier.

Posibile amenințări în timpul amestecării macro este de-amestecarea componentelor, deoarece diferențele de dimensiune, formă sau densitate ale diferitelor particule pot duce la segregare.

Când materialele sunt coezive, ceea ce este cazul de ex. particule fine și, de asemenea, cu material umed, amestecarea convectivă nu mai este suficientă pentru a obține un amestec ordonat aleatoriu. Forțele relative puternice dintre particule formează bulgări, care nu sunt despărțite de forțele ușoare de transport în mixerul convectiv. Pentru a reduce dimensiunea forței de forță sunt necesare forțe suplimentare; adică este necesară o mai mare amestecare cu consum energetic. Aceste forțe suplimentare pot fi fie forțe de impact, fie forțe de forfecare.

Amestecare lichid – solid

Amestecarea lichid-solid este de obicei realizată pentru a suspenda solidele cu flux liber grosier sau pentru a sparge grămada de solide fine aglomerate. Un exemplu din prima este amestecarea zahărului granulat în apă; un exemplu din urmă este amestecarea făinii sau a laptelui praf în apă. În primul caz, particulele pot fi ridicate în suspensie (și separate unele de altele) prin mișcare în vrac a fluidului; în al doilea, mixerul în sine (sau câmpul de forfecare mare din apropierea acestuia) trebuie să destabilizeze glandele și să le determine să se dezintegreze.

Un exemplu de procedeu de amestecare solid-lichid în industrie este amestecarea betonului, unde cimentul, nisipul, pietrele mici sau pietrișul și apa se îmbină cu o masă omogenă de auto-întărire, folosită în industria construcțiilor.

Suspensie solidă

Suspendarea solidelor într-un lichid se face pentru a îmbunătăți rata de transfer de masă între solid și lichid. Exemple includ dizolvarea unui reactant solid într-un solvent sau suspendarea particulelor de catalizator în lichid pentru a îmbunătăți fluxul de reactanți și produse către și din particule. Difuziunea eddy asociată mărește rata de transfer de masă în cea mai mare parte a fluidului, iar convecția materialului departe de particule scade dimensiunea stratului de delimitare, unde apare cea mai mare parte a rezistenței la transferul de masă. Rotile axiale cu flux sunt preferate pentru suspensia solidă, deși rotativele cu flux radial pot fi utilizate într-un rezervor cu defecări, care transformă o parte din mișcarea de rotație în mișcare verticală. Când solidul este mai dens decât lichidul (și, prin urmare, se colectează în partea de jos a rezervorului), rotorul este rotit astfel încât fluidul este împins în jos; când solidul este mai puțin dens decât lichidul (și, prin urmare, plutește deasupra), rotorul este rotit astfel încât fluidul este împins în sus (deși acest lucru este relativ rar). Echipamentul preferat pentru suspensia solidă produce fluxuri volumetrice mari, dar nu neapărat cu forfecare mare; Se utilizează de regulă turbine cu turbine cu număr mare, cum ar fi hidrocarburi. Mai multe turbine montate pe același ax pot reduce atragerea puterii. [5]

Deaglomerare solidă

Pulberile foarte fine, cum ar fi pigmenții de dioxid de titan și materialele care au fost uscate prin pulverizare pot aglomera sau forma bulgări în timpul transportului și depozitării. Materialele amidonice sau cele care formează geluri atunci când sunt expuse solventului pot forma buline care sunt umezite la exterior, dar uscate la interior. Aceste tipuri de materiale nu se amestecă cu ușurință în lichid cu tipurile de mixere preferate pentru suspensie solidă, deoarece particulele de aglomerat trebuie să fie supuse unei forfecări intense pentru a fi despărțite. În unele moduri, deagglomerarea solidelor este similară amestecării lichidelor nemiscibile, cu excepția faptului că coalescența nu este de obicei o problemă. Un exemplu zilnic al acestui tip de amestecare este producerea de lapte din lapte lichid și înghețată solidă.

Amestecare lichid – gaz

Lichidele și gazele sunt de obicei amestecate pentru a permite transferul de masă. De exemplu, în cazul dezbrăcării aerului, gazul este utilizat pentru a îndepărta volatilele dintr-un lichid. De obicei, o coloană ambalată este folosită în acest scop, ambalajul acționând ca un mixer nemișcat și pompa de aer furnizând forța motrice. Când se utilizează un rezervor și un rotor, obiectivul este de obicei să se asigure că bulele de gaz rămân în contact cu lichidul cât mai mult timp posibil. Acest lucru este important mai ales dacă gazul este scump, cum ar fi oxigenul pur, sau se difuzează lent în lichid. Amestecarea într-un rezervor este utilă și atunci când are loc o reacție chimică (relativ) lentă în faza lichidă, astfel încât diferența de concentrație în stratul subțire de lângă bulă este apropiată de cea a volumului. Acest lucru reduce forța motrică pentru transferul de masă. Dacă există o reacție chimică (relativ) rapidă în faza lichidă, uneori este avantajos să se disperseze, dar să nu recirculeze bulele de gaz, asigurându-se că acestea sunt în fluxul dopului și pot transfera masa mai eficient.

Turbinele Rushton au fost utilizate în mod tradițional pentru a dispersa gazele în lichide, dar opțiuni mai noi, cum ar fi turbina Smith și turbina Bakker, devin mai răspândite. [6] Una dintre probleme este că pe măsură ce fluxul de gaz crește, din ce în ce mai mult gaz se acumulează în zonele de joasă presiune din spatele palelor rotorului, ceea ce reduce puterea obținută de mixer (și, prin urmare, eficacitatea acestuia). Modelele mai noi, cum ar fi rotorul GDX, au eliminat aproape această problemă.

Amestecare gaze-solide

Amestecarea gaz-solid poate fi realizată pentru a transporta pulberi sau solide cu particule mici dintr-un loc în altul sau pentru a amesteca reactanți gazoși cu particule solide de catalizator. În ambele cazuri, gazele turbulente ale gazului trebuie să asigure suficientă forță pentru a suspenda particulele solide, care altfel se scufundă sub forța gravitației. Mărimea și forma particulelor este o considerație importantă, deoarece diferite particule au coeficienți de tracțiune diferiți, iar particulele din materiale diferite au densități diferite. O operație unitară comună pe care industria de procese o folosește pentru a separa gazele și solidele este ciclonul, care încetinește gazul și face ca particulele să se decanteze.

Amestecare cu mai multe faze

Amestecarea multifazică are loc atunci când solidele, lichidele și gazele sunt combinate într-o singură etapă. Acest lucru poate apărea ca parte a unui proces chimic catalitic, în care reactivi lichizi și gazoși trebuie să fie combinați cu un catalizator solid (cum ar fi hidrogenarea); sau în fermentație, unde microbii solizi și gazele de care au nevoie trebuie să fie bine distribuiți într-un mediu lichid. Tipul mixerului depinde de proprietățile fazelor. În unele cazuri, puterea de amestecare este asigurată de gazul propriu-zis, pe măsură ce se deplasează în sus prin lichid, antrenând lichidul cu ploaia cu bule. Acest lucru atrage lichid în sus în interiorul penajului și face ca lichidul să cadă în afara penajului. Dacă vâscozitatea lichidului este prea mare pentru a permite acest lucru (sau dacă particulele solide sunt prea grele), poate fi nevoie de un rotor pentru a menține particulele solide suspendate.

Nomenclatorul de bază

Pentru amestecarea lichidelor, nomenclatura este destul de standardizată:

Diametrul rotorului, "D" se măsoară pentru mixerele industriale, deoarece diametrul maxim măturat în jurul axei de rotație.

Viteza de rotație, "N" este de obicei măsurată în rotații pe minut (RPM) sau revoluții pe secundă (RPS). Această variabilă se referă la viteza de rotație a rotorului, deoarece acest număr poate diferi de-a lungul punctelor trenului de antrenare.

Diametrul rezervorului, "T" Diametrul interior al unui vas cilindric. Majoritatea vaselor de amestecare care vor primi mixere industriale vor fi cilindrice.

Putere, "P" este energia introdusă într-un sistem de obicei de un motor electric sau un motor pneumatic

Capacitatea de pompare a rotorului, "Q" Mișcarea fluidului rezultat din rotația rotorului.

Sursa : https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0009250900003110

Ecuații constitutive

Multe dintre ecuațiile utilizate pentru determinarea producției mixerelor sunt derivate empiric sau conțin constante empirice. Deoarece mixerele funcționează în regim turbulent, multe dintre ecuații sunt aproximări care sunt considerate acceptabile în majoritatea scopurilor inginerești.

Când un rotor de amestecare se rotește în fluid, generează o combinație de debit și forfecare. Fluxul generat de rotor poate fi calculat cu următoarea ecuație:

Q = Fl * N * D3

Numerele de fluxuri pentru rotori au fost publicate în Manualul sponsorizat de amestecare industrială din America de Nord Forum [7].

Puterea necesară pentru rotirea unui rotor poate fi calculată folosind următoarele ecuații:

P = Po \ rho N3D5(regim turbulent) [8]

P = K_ {p} \ mu N ^ {2} D ^ {3}} {\ displaystyle P = K_ {p} \ mu N ^ {2} D ^ {3}} (regim laminar)

Po este numărul de putere (fără dimensiuni), care este o funcție a geometriei rotorului;

rho este densitatea fluidului; {\ displaystyle N} N este viteza de rotație, de obicei rotații pe secundă; {\ displaystyle D} D este diametrul rotorului; {\ displaystyle K_ {p}} {\ displaystyle K_ {p}} este constanta puterii laminare; iar {\ displaystyle \ mu} \ mu este vâscozitatea fluidului.

Puterea mixerului depinde puternic de viteza de rotație și diametrul rotorului și depinde liniar de densitatea sau vâscozitatea fluidului, în funcție de regimul de curgere prezent. În regimul de tranziție, fluxul în apropiere de rotor este turbulent și astfel se utilizează ecuația de putere turbulentă.

Timpul necesar pentru a amesteca un fluid până la 5% din concentrația finală, {\ displaystyle {\ theta _ {95}}} {\ displaystyle {\ theta _ {95}}}, poate fi calculat cu următoarele corelații:

Limita tranzitorie / turbulentă apare la Po ^ 1 \ 3 Re = 6404

Limita laminară / de tranziție apare la Po ^ 1 \ 3 Re = 186

Amestecare de laborator

La scară de laborator, amestecarea se realizează prin agitatetoare magnetice sau printr-o simplă agitare a mâinii. Uneori amestecarea în vasele de laborator este mai amănunțită și se produce mai repede decât este posibil industrial. Barele de agitare magnetice sunt mixere cu flux radial care induc rotirea corpului solid în fluidul amestecat. Acest lucru este acceptabil la scară mică, deoarece vasele sunt mici și, prin urmare, amestecarea are loc rapid (timp de amestecare scurt). Există o varietate de configurații ale barelor de agitare, dar din cauza dimensiunilor mici și (de obicei) vâscozității scăzute a fluidului, este posibil să se utilizeze o configurație pentru aproape toate sarcinile de amestecare. Bara de agitare cilindrică poate fi utilizată pentru suspendarea solidelor, așa cum se vede în iodometrie, deagglomerare (utilă pentru prepararea mediului de creștere a microbiologiei din pulberi) și amestecare lichid-lichid.

O altă particularitate a amestecării de laborator este aceea că mixerul se sprijină pe fundul vasului în loc să fie suspendat lângă centru. Mai mult, vasele utilizate pentru amestecarea în laborator sunt de obicei mai variate decât cele utilizate pentru amestecarea industrială; de exemplu, baloane Erlenmeyer sau baloane Florence pot fi utilizate pe lângă paharul mai cilindric.

Amestecare în microfluidice

Când este redus la scară microscopică, amestecarea fluidelor se comportă radical diferit. [9] [10] Acest lucru este de obicei la dimensiuni de la un cuplu (2 sau 3) milimetri până la raza nanometrului. La acest interval de dimensiuni convecția normală nu se întâmplă decât dacă o forțați. Difuzia este mecanismul de dominare prin care se reunesc două fluide diferite. Difuzia este un proces relativ lent.

Prin urmare, un număr de cercetători au trebuit să conceapă modalități de a obține cele două lichide pentru a se amesteca. Aceasta a implicat joncțiuni Y, joncțiuni T, intersecții cu trei căi și proiectări în care zona de interfață între cele două fluide este maximizată. Dincolo de doar interfațarea celor două lichide, oamenii au făcut și canale de răsucire pentru a forța cele două lichide să se amestece. Acestea includ dispozitive cu mai multe straturi în care fluidele s-ar înșuruba, dispozitive în buclă în care fluidele ar curge în jurul obstrucțiilor și dispozitive ondulate unde canalul s-ar constrânge și s-ar aprinde. În plus, au fost încercate canale cu caracteristici pe pereți, cum ar fi crestături sau șanțuri.

O modalitate de a spune dacă amestecarea se întâmplă datorită convecției sau difuziei este prin găsirea numărului Peclet. Este raportul dintre convecție și difuzie. La numere mari de Peclet domină convecția. La numere mici de Peclet, difuziunea domină.

Peclet = viteza de curgere * calea de amestec / coeficientul de difuzie

Echipamente industriale de amestecare

La scară industrială, amestecarea eficientă poate fi dificil de realizat. O mare parte din efortul de inginerie se referă la proiectarea și îmbunătățirea proceselor de amestecare. Amestecarea la scară industrială se face în loturi (amestecare dinamică), în linie sau cu ajutorul mixerelor statice. Mixerele mobile sunt alimentate cu motoare electrice care funcționează la viteze standard de 1800 sau 1500 RPM, care este de obicei mult mai rapid decât este necesar. Cutii de viteze sunt utilizate pentru a reduce viteza și pentru a crește cuplul. Unele aplicații necesită utilizarea mixerelor cu mai mulți arbori, în care o combinație de tipuri de mixere este utilizată pentru a amesteca complet produsul. [11]

Pe lângă efectuarea operațiunilor tipice de amestecare a loturilor, unele amestecări pot fi făcute în mod continuu. Folosind o mașină precum Procesorul continuu, unul sau mai multe ingrediente uscate și unul sau mai multe ingrediente lichide pot fi contorizate în mod precis și constant în mașină și vedeți un amestec continuu și omogen de descărcare a mașinii. [12] Multe industrii s-au transformat în amestecare continuă din mai multe motive. Unele dintre acestea sunt ușurința de curățare, consum de energie mai mic, amprentă mai mică, versatilitate, control și multe altele. Mixerele continue, cum ar fi procesorul continuu cu două șuruburi, au, de asemenea, capacitatea de a manipula vâscozități foarte mari.

Turbine

O selecție de geometrii turbinei și numere de putere:

Rotor de debit axial (stânga) și rotor de debit radial (dreapta).

Diferite tipuri de rotoare sunt utilizate pentru diferite sarcini; de exemplu, turbinele Rushton sunt utile pentru dispersarea gazelor în lichide, dar nu sunt foarte utile pentru dispersarea solidelor decontate în lichide. Turbinele mai noi au înlocuit în mare parte turbina Rushton pentru amestecarea gazelor-lichidului, cum ar fi turbina Smith și turbina Bakker. [13] Numărul de putere este o măsură empirică a cantității de cuplu necesare pentru a conduce diferite rotoare în același fluid la o putere constantă pe unitatea de volum; rotorul cu numere de putere mai mari necesită mai mult cuplu, dar funcționează cu viteză mai mică decât rotorul cu numere de putere mai mici, care funcționează la cuplu mai mic, dar la viteze mai mari.

Malaxoare de închidere

Există două tipuri principale de mixere apropiate: ancore și panglici elicoidale. Mixerele de ancore induc rotirea corpului solid și nu promovează amestecarea verticală, dar panglicile elicoidale. În regimul laminar se folosesc amestecătoare de degajare strânse, deoarece vâscozitatea fluidului copleșește forțele inerțiale ale fluxului și împiedică lichidul să părăsească rotorul să încerce lichidul lângă el. Mixerele cu panglici elicoidale sunt de obicei rotite pentru a împinge materialul la perete în jos, ceea ce ajută la circulația fluidului și la reîmprospătarea suprafeței la perete. [14].

Dispersoare de forfecare ridicate

Dispersoarele de forfecare ridicate creează o forfecare intensă în apropierea rotorului, dar curge relativ puțin în cea mai mare parte a vasului. Astfel de dispozitive seamănă de obicei cu lame de ferăstrău circular și sunt rotite cu viteză mare. Datorită formei lor, acestea au un coeficient de tracțiune relativ scăzut și, prin urmare, necesită un cuplu relativ mic pentru a se roti la viteză mare. Dispersoarele cu forfecare înaltă sunt utilizate pentru formarea emulsiilor (sau suspensiilor) de lichide imiscibile și deagglomerare solidă. [15]

Malaxoare statice

Malaxoarele statice sunt utilizate atunci când un rezervor de amestecare ar fi prea mare, prea lent sau prea scump pentru a fi utilizat într-un proces dat.

Fluiere lichide

Fluierele lichide sunt un fel de amestecător static care trec fluidul la presiune înaltă printr-un orificiu și ulterior peste o lamă. [16] Aceasta supune fluidului la tensiuni mari turbulente și poate duce la amestecare, emulsificare, [17] [18] deaglomerare și dezinfectare.

Alte

Malaxor industrial de pădure

Blender industrial V.

Blender pentru panglici industriale.

Blender industrial cu dublu con.

Amestecator / granulator industrial cu forfecare mare.

Mixer dublu ax pentru materiale cu vâscozitate ridicată

Blender panglică

Amestecurile cu panglici sunt foarte frecvente în industriile proceselor pentru efectuarea operațiunilor de amestecare la uscat. Amestecarea se realizează datorită 2 helix (panglică) sudate pe arbori. Ambele elice mută produsul în direcții opuse obținând astfel amestecarea [19] (a se vedea fotografia blenderului cu panglici).

V Blender

Blender continuu cu două șuruburi [20]

Procesor continuu

Blender cu șuruburi conice

Blender cu șuruburi

Blender dublu con

Planeta dubla

Mixer de înaltă vâscozitate

Counter-rotative

Arbore dublu și triplu

Malaxor

Stator rotor cu forfecare înaltă

Baterie cu impingere

Malaxoare de dispersie

Paletă

Jet Mixer

Malaxoare mobile

Blenders cu tambur

Mixer intermix

Mixer orizontal

Combinație de amestecare cald / rece

Malaxor vertical

Turbomixer

Mixer planetar

Un mixer planetar este un dispozitiv utilizat pentru amestecarea produselor rotunde, inclusiv adezivi, produse farmaceutice, alimente (inclusiv aluatul), substanțe chimice, electronice, materiale plastice și pigmenți.

Acest mixer este ideal pentru amestecarea și frământarea pastelor vâscoase (până la 6 milioane centipoise) în condiții atmosferice sau de vid. Capacitățile variază de la 0,5 picturi în SUA (0,24 l; 0,42 imp pt) până la 750 de galoane SUA (2.800 l; 620 imp. Gal). Sunt disponibile multe opțiuni, inclusiv jacketing pentru încălzire sau răcire, vid sau presiune, variante de viteză etc.

Lamele rotesc fiecare pe propriile axe și, în același timp, pe o axă comună, oferind astfel o amestecare completă într-un interval de timp foarte scurt.

Malaxor Banbury

Mixerul Banbury este un brand de mixer intern pentru loturi, numit pentru inventatorul Fernley H. Banbury. Marca „Banbury” este deținută de Farrel Corporation. Malaxoarele interne de lot, precum mixerul Banbury sunt utilizate pentru amestecarea sau amestecarea cauciucului și a materialelor plastice. Designul original datează din 1916. [21] Malaxorul este format din două lame rotative în formă de spirală, încorporate în segmente de carcase cilindrice. Acestea se intersectează astfel încât să lase o creastă între lame. Lamele pot fi curate pentru circulația încălzirii sau răcirii. Invenția sa a avut drept rezultat economii majore de forță de muncă și de capital în industria anvelopelor, eliminând pasul inițial de cauciuc de frezare [22]. Este, de asemenea, utilizat pentru armarea umpluturilor într-un sistem de rășină.

NOTE BIBLIOGRAFICE :

Ullmann, Fritz (2005). Ingineria chimică și proiectarea plantelor Ullmann, volumele 1-2. John Wiley & Sons. http://app.knovel.com/hotlink/toc/id:kpUCEPDV02/ullmanns-chemical-engineering

„Diverse experimente de amestecare”. Bakker.org. 10 aprilie 1998. Arhivat de la original la 26 iunie 2017. http://www.bakker.org/cfm/webdoc13.htm

"Comparație de amestecuri solide și continue – amestec de pulberi". https://powderprocess.net/Mixing/Comparison_Continuous_Batch_Mixing.html

"Amestec de pulberi – Proiectare – rezolvare de probleme – Blender panglică, Mixer cu palete, Baterie cu tambur, Număr Froude – PowderProcess.net". www.powderprocess.net.

„Nave agitate”. Bakker.org. 10 aprilie 1998. Arhivat de la original la 14 august 2017. http://www.bakker.org/cfm/webdoc4.htm

„Principii de turbină”. Cercell.com. Arhivat de la original la 11 iunie 2017. https://cercell.com/support/bactovessel-details/turbine-principles/

Edward L. Paul; Victor Atiemo-Obeng; Suzanne M. Kresta, eds. (2003). Manual de amestecare industrială: știință și practică. Wiley. https://www.wiley.com/en-us/Handbook+of+Industrial+Mixing%3A+Science+and+Practice-p-9780471269199

"Număr de putere (Np) pentru turbine". Cercell.com. Arhivat de la original la 11 iunie 2017.

Nguyen, Nam-Trung; Wu, Zhigang (1 februarie 2005). „Micromixere – o recenzie”. Journal of Micromechanics and Microengineering. 15 (2): R1 – R16.

„Amestecare microfluidică – Laboratoare Redbud”. redbudlabs.com. Arhivat de la original la 2 ianuarie 2018.

"Mixere de înaltă vâscozitate: mixere cu dubl și triplu arbore". Hockmeyer.com.

„Procesor continuu” http://www.dairynetwork.com/product.mvc/Continuous-Processor-0002

„Rotor asimetric de lamă”. Bakker.org. 16 decembrie 1998. Arhivat de la original la 14 august 2017.

"Rotor elicoidal de panglică". Bakker.org. 10 aprilie 1998. Arhivat de la original la 14 august 2017.

„Un ghid practic pentru dispersia de mare viteză”. Hockmeyer.com.

Ryan, David; Simmons, Mark; Baker, Michael (2017). "Determinarea câmpului de curgere din interiorul fluierului lichid Sonolator folosind PIV și CFD". Știința ingineriei chimice. pp 123–136.

Ryan, David; Baker, Michael; Kowalski, Adam; Simmons, Mark (2018). "Emulsificare folosind un fluier lichid" Sonolator ": o nouă corelație pentru mărimea picăturilor din experimentele pe scară pilot" (PDF). Știința ingineriei chimice. pp 369–379.

Ryan, David (2015). Investigarea dinamicii fluidelor și a emulsificării în fluierul lichidelor Sonolator (EngD.). Universitatea din Birmingham, Marea Britanie.

"Mixer de pulbere – Blender panglică – Calcul de proiectare și parametrii de funcționare cheie". Arhivat de la original la 16 februarie 2018. https://www.powderprocess.net/Equipments%20html/Ribbon_blender.html

Nagy B; și colab. (2017). "Monitorizarea spectroscopică Raman și controlul feedback al unui proces continuu de amestecare și comprimare a pulberilor cu două șuruburi". Int. J. Pharm. pp 21–29.

„AML – support.gale”. www.accessmylibrary.com.

Leab, Daniel J. (26 aprilie 1985). Cititorul istoriei muncii University of Illinois Press, https://books.google.ro/books?id=XSybNRCfYn0C&pg=PA336&dq=%22Banbury+mixer%22+history&redir_esc=y&hl=ro#v=onepage&q=%22Banbury%20mixer%22%20history&f=false .

CAPITOLUL II

Operatia de transport pentru amestecuri eterogene (tipuri)

Definiția Heterogeneous Mixtures

Un amestec este o combinație de două sau mai multe substanțe pure în care substanțele originale își păstrează proprietățile chimice. În unele amestecuri, substanțele inițiale nu pot fi detectate după ce au fost amestecate. Într-un amestec eterogen, substanțele nu se amestecă fără probleme pe tot parcursul și pot fi detectate substanțele individuale care compun amestecul. Amestecurile eterogene pot fi de obicei separate în componentele lor individuale prin mijloace chimice sau fizice.

Un amestec eterogen este pur și simplu orice amestec care nu este uniform în compoziție – este un amestec neuniform de părți componente mai mici. În schimb, un amestec uniform în compoziție este un amestec omogen. În sensul acestei discuții, „nu este uniformă” înseamnă orice lucru care are în mod clar diferite părți vizibile cu ochiul liber. Puteți găsi numeroase exemple de amestecuri eterogene în formă solidă, lichidă și gazoasă în întreaga natură.

Clasificarea amestecurilor eterogene

Amestecurile eterogene sunt definite prin ce fază a materiei seamănă cel mai mult. Majoritatea amestecurilor eterogene conțin părți multiple în mai multe faze, dar de obicei se comportă ca și cum ar aparține unei anumite faze a materiei:

Amestecuri solide

Amestecuri lichide

Amestecuri gazoase

Există și alte faze ale materiei, inclusiv condensarea plasmatică și Bose-Einstein, dar acestea nu sunt de acord cu acest articol.

Amestecuri solide

Lumea întreagă este un amestec eterogen solid! Amestecurile eterogene solide pot conține componente lichide sau gazoase, dar, în ansamblu, acționează ca solide.

Nucile amestecate la o petrecere sunt un tip de amestec eterogen care poate fi separat. Pur și simplu sortați grămada în grămezi separate pentru fiecare tip de piuliță și veți fi descompus un amestec eterogen în părțile componente ale acestuia.

Stâncile din nisipul de la plajă sunt un amestec eterogen. Procesele naturale au amestecat nisip, pietre, scoici și chiar lucruri vii, împrăștindu-le pe plajă ca amestec.

O salată cu salată, brânză, semințe, roșii, broccoli și alte legume este un exemplu de amestec eterogen.

Solul este un exemplu de amestec eterogen. Acesta combină multe componente diferite care nu sunt uniforme, cum ar fi piatra, lutul, materialul vegetal în descompunere și chiar viețuitoarele.

Amestecuri lichide

Când un amestec conține mai multe componente distincte, dar întregul amestec acționează ca un lichid, acesta este un amestec eterogen lichid. Câteva exemple:

Un bol cu ​​fulgi de ovăz cu stafide este un amestec eterogen. Stafidele pot fi solide, dar întoarceți bolul și veți vedea amestecul ca un întreg, în mod sigur, acționează ca un lichid.

Pudele de nămol sunt un amestec eterogen. Murdăria, frunzele și tot felul de alte amestecuri de scurgere cu apa de ploaie și bazine într-un amestec în care părțile componente pot fi văzute clar.

Oceanul Pacific este un exemplu uriaș de amestec eterogen, plin de obiecte solide și chiar lucruri vii, dar toate suspendate într-o cantitate vastă de apă în mișcare. De la sine, apa sărată este un amestec omogen, dar marea gamă de alte lucruri din apă, de la plancton la balene albastre, o fac eterogenă.

Amestecuri gazoase

Unele amestecuri eterogene sunt în principal gazoase. Amestecurile gazoase pot conține lichide sau chiar solide, dar, în ansamblu, acționează ca un gaz.

Aburi și ceața pot fi considerate amestecuri eterogene, deoarece picăturile minuscule de apă atârnă vizibil în aer.

Parfumul și colonia sunt amestecuri eterogene gazoase, cu picături minuscule de substanțe chimice purtătoare de parfum care se aruncă ca un gaz pe pielea purtătorului.

Smogul este un amestec eterogen de diverse particule și poluanți suspendați în aer. Particulele murdare care compun smogul pot fi eliminate din aer și respirați în plămâni, ceea ce face ca smogul să fie un amestec eterogen problematic.

Fumul de la un incendiu este un alt amestec eterogen, care combină substanțele chimice din combustibilul focului și CO2 din procesul de oxidare cu aerul care înconjoară flacăra.

Amestecuri multifazice

În timp ce aproape toate amestecurile eterogene conțin unele substanțe în diferite faze, multe sunt definite prin prezența lucrurilor în faze diferite și diferite ale materiei.

Exemplul clasic de clasă de chimie al unui amestec multifazic este un bol de cereale. Aici aveți un amestec eterogen de cereale solide în lapte lichid.

Apa carbogazoasă (sau nimic carbonatat) este un amestec eterogen cu mai multe faze, cu dioxid de carbon gazos (CO2) care bubuie prin apa lichidă (H2O).

Lava dintr-un vulcan este un amestec multifazic, cu câteva bucăți solide de rocă înconjurate de piatră fierbinte, topită.

Nisipul agitat într-o sticlă de apă este un amestec eterogen de solid și lichid. Lăsate singure, particulele solide de nisip se vor așeza pe fundul apei lichide.

Știința amestecurilor

Amestecurile omogene și eterogene sunt doar cele mai simple, mai simple moduri în care amestecurile sunt definite în știință. Lucrurile devin mai interesante pe măsură ce devin mai specifice.

Suspensii: particule solide care plutesc într-un lichid sau gaz

Soluții: Amestecuri omogene în care o substanță, solutul, se dizolvă perfect în alta, solventul

Coloide: picături mici care nu se pot amesteca plutesc într-o substanță diferită

Emulsii: coloizi lichizi în care plutesc picături dintr-un lichid care nu se amestecă în altul.

Sursa: https://examples.yourdictionary.com/examples-of-heterogeneous-mixture.html

TRANSPORTURI HETEROGENE

Transportul eterogen este definit ca fiind transportul în care pierderile potențiale de energie și cinetică domină pierderile de cap. Miedema și Ramsdell (2013) au obținut o ecuație pentru gradientul hidraulic în exces relativ pentru transportul eterogen bazat pe considerente energetice. Această ecuație constă din două părți. O primă parte pentru contribuție din cauza pierderilor potențiale de energie și o a doua parte pentru pierderile de energie cinetică. Ecuația se bazează pe nisipuri sau pietrișuri uniforme, dar Miedema (2014A) a derivat și o ecuație modificată pentru nisipuri și pietrișe clasificate. În forma sa de bază ecuația arată ca:

Relativul de decantare a vitezei de declanșare, Shr, este viteza de așezare împiedicată a unei particule vt · (1-Cvs / κC) β împărțită la viteza liniei vls. Valoarea Shr oferă contribuția pierderilor potențiale de energie la gradientul hidraulic în exces. Shr este derivat pentru și poate fi aplicat regimului eterogen. Srilica Relative Squared Square este Velocitatea de Alunecare a unei particule vsl divizată de Viteza de Asociere Terminală a unei particule Vt pătrat și această valoare Srs este un bun indiciu al Gradientului Hidraulic Excesiv Relativ datorită solidelor, deoarece contribuția sa la total este 90% -100%. Valoarea Srs oferă contribuția pierderilor de energie cinetică la gradientul hidraulic Erhg relativ relativ. Srs este derivat pentru și poate fi aplicat la regimul eterogen. Termenul potențial de energie este explicit și sunt cunoscute toate variabilele implicate, astfel încât acest termen poate fi rezolvat. Termenul de energie cinetică conține însă viteza de alunecare, care nu este cunoscută. Termenul de energie cinetică a fost derivat de Miedema și Ramsdell (2013) pe baza pierderilor de energie cinetică datorate coliziunilor sau interacțiunilor cu peretele țevii sau cu sub-stratul vâscos. Aceasta înseamnă că viteza de alunecare folosită în ecuația de mai sus nu este neapărat viteza medie de alunecare, ci este viteza de alunecare necesară pentru a explica pierderile de energie cinetică. Viteza medie de alunecare a particulelor va fi probabil mai mare, dar de aceeași mărime.

Excesul relativ al gradientului hidraulic Erhg este matematic identic cu raportul de stratificare R utilizat de Wilson și colab. (1992) și ulterior pentru a da o indicație a raportului de stratificare în regimul eterogen. Un nou nume este introdus, deoarece denumirea ar trebui să se potrivească fizicii. În regimul staționar și în regimul omogen, valoarea raportului de stratificare R crește cu viteza liniei la o concentrație volumetrică spațială constantă, în timp ce în realitate este mai mult sau mai puțin fixată. Un pat staționar are 100% stratificare, în timp ce în regimul omogen se presupune că stratificarea este de 0%. Dar și în regimul de flux eterogen, R nu dă cantitatea de stratificare.

La 100% stratificare într-un pat culisant, valoarea este egală cu coeficientul de frecare glisant, în timp ce la 0% stratificare, tranziția fluxului eterogen la omogen peste viteza de depunere limită, R nu este zero. Acesta este motivul pentru care este introdus gradientul hidraulic în exces relativ Erhg, explicând mai bine fizica. Derivarea ecuației vitezei de alunecare pentru nisipuri sau pietrișuri uniforme este subiectul lui Miedema (2015B). Dând pentru gradientul hidraulic în exces relativ, parametrul Erhg:

Cu grosimea stratului vâscoz și viteza la această grosime (utilizarea unei alte definiții ar schimba doar constanta de 6,8):

ECUATIA 3 (FOTO)

Primul termen pe partea dreaptă a ecuației (4) este contribuția datorată pierderilor potențiale de energie, iar al doilea termen contribuția datorată pierderilor de energie cinetică. Al doilea termen constă din 3 termeni. Primul termen este raportul dintre grosimea sub-stratului vâscos și diametrul particulelor. Acest termen înseamnă efectul de lubrifiere al unei concentrații reduse în sub-stratul vâscos și are o valoare maximă de 1 atunci când particulele se încadrează complet în sub-stratul vâscos. Particule mai mari duc la o reducere a concentrației în sub-stratul vâscos datorită geometriei, fără ridicare aproape de perete. Al doilea termen este unghiul de atac al particulelor cu peretele conductei. Cu cât unghiul de atac este mai mare, cu atât sunt mai mari pierderile de energie cinetică. Al treilea termen oferă proporționalitatea pierderilor de energie cinetică cu densitatea scufundată relativă și cu coeficientul de tracțiune a particulelor.

Cu cât densitatea scufundată relativă este mai mare, cu atât sunt mai mari pierderile de energie cinetică. Cu cât este mai mare coeficientul de tracțiune a particulelor, cu atât mai multe particule sunt influențate de turbulență și cu atât mai puțin au coliziuni cu peretele conductei. Deci pierderile de energie cinetică sunt invers proporționale cu coeficientul de tracțiune a particulelor. Folosind un factor de formă de particule de 0,75, acesta poate fi scris ca:

Sursa : https://www.researchgate.net/publication/305692349_The_heterogeneous_to_homogeneous_transition_for_slurry_flow_in_pipes

CAPITOLUL III

Transportul pneumatic pentru amestecuri eterogene

SISTEME DE TRANSPORT PNEUMATIC

Un sistem de transport pneumatic este un proces prin care materialele în vrac de aproape orice tip sunt transferate sau injectate folosind un flux de gaz ca mediu de transport de la unul sau mai mulți surse către una sau mai multe destinații. Aerul este cel mai frecvent utilizat gaz, dar este posibil să nu fie selectat pentru utilizare cu materiale reactive și / sau acolo unde există o amenințare de explozii de praf.

Un sistem de transport pneumatic bine proiectat este adesea unul mai practic și mai economic metoda de transport a materialelor dintr-un punct în altul decât alternative mecanice sisteme (transportoare cu bandă, transportoare cu șurub, transportoare vibrante, transportoare cu tracțiune și alte metodologii) din trei motive cheie:

1. În primul rând, sistemele pneumatice sunt relativ economice pentru instalare și funcționare

2. În al doilea rând, sistemele pneumatice sunt complet închise și, dacă este necesar, pot funcționa în întregime fără ca părțile mobile să intre în contact cu materialul transportat. Fiind închis acestea sunt relativ curate, mai acceptabile din punct de vedere ecologic și mai ușor de întreținut

3. În al treilea rând, sunt flexibile în ceea ce privește redirecționarea și extinderea. Un sistem pneumatic poate transportați un produs în orice loc pe care îl poate rula o conductă.

Transportul pneumatic poate fi utilizat pentru particule care variază de la pulberi fine la peleți și densități în vrac de 16 până la 3200 kg / m3  (1 la 200 lb / ft3). De regulă generală, pneumatică transportul va funcționa pentru particule de până la 2 centimetri în diametru @ densitate tipică. Prin „tipic densitate "înseamnă că o particulă de 2 inci dintr-o rășină polimerică poate fi deplasată prin pneumatică transmiterea, dar o minge de plumb de 2 inci nu ar putea.

Tipuri de transport pneumatic :

Există mai multe metode de transport a materialelor cu transport pneumatic. În în general, par să se încadreze în trei categorii principale: faza diluată, faza densă și aerul de transport.

1. Transportarea în fază diluată este procesul de împingere sau tragere a materialelor suspendate cu aer dintr-o locație în alta, menținând o viteză suficientă a aerului de aer. Dilua transportul de faze este în esență un proces continuu, caracterizat prin viteză mare, presiune scăzută și raport scăzut produs / aer.

2. Transportul în fază densă se bazează pe un impuls de aer pentru a forța o bucată de material de la o locație în alta. Sistemul în fază densă este în esență un proces de lot, caracterizat prin viteză mică, presiune ridicată și raport ridicat produs / aer, spre deosebire de diluat faza care este un raport scăzut dintre produs și aer.

3. Transportul gravitațional activat prin aer este un mijloc de mișcare a produsului de-a lungul unui transportor pe un perna de aer.

Acest curs prezintă caracteristicile distinctive ale fazei dense și diluate transport. Proiectarea sistemelor în fază diluată este abordată în detaliu și abordarea proiectarea sistemelor cu faze dense este rezumată.

TRANSPORTAREA FASEI DILUTE

Transportul în fază diluată este cea mai frecventă metodă de transport a materialelor.

Acest proces utilizează o cantitate relativ mare de aer pentru a transmite o cantitate relativ mică de material și la presiuni mai mici decât sistemele cu fază densă. Materialul este transportat la viteze mari prin sistem în timp ce este suspendat în aer.

Este adesea denumit flux de suspensie, deoarece particulele sunt ținute în suspensie în aerul pe măsură ce sunt suflate sau aspirate prin conductă. Pentru a păstra materialul înăuntru suspensie, este necesar să se mențină o viteză minimă de transport a aerului care, pentru majoritatea materialelor, este de ordinul 2500 – 6000 fpm.

Faza de diluare – (Flux de suspensie)

Sistemul de fază de diluare se caracterizează prin:

• Transport de viteză mare @ 3.200 până la 8.000 de metri pe minut

• Presiuni de funcționare în intervalul 5-12 PSIG (pozitive) sau presiuni negative de 4-

12 ”Hg

• Raporturi mari de încărcare aer / solide (> 2.0)

Practic nu există o limită a gamei de materiale care pot fi transportate cu diluat – sistem de faze. Produsele transportate în mod obișnuit în sisteme cu fază diluată includ făină, rășini, substanțe chimice de specialitate, furaje măcinate și produse granulare și paletizate.

Dintre diferite tipuri de sisteme pneumatice, un sistem cu faze diluate va fi, în general, cel mai scăzut costul capitalului.

Limitări

Este necesar un volum și o viteză relativ ridicate de aer: deci sunt de asemenea cerințe de putere înalta. Vitezele mai mari ale aerului vor avea următoarele alte dezavantaje:

1. Uzura cauzată de produs pe conductă este considerabil mai mare procedeul nu este potrivit pentru materialele susceptibile la degradare și / sau sunt de natură abrazivă.

2. Produsele pot fi deformate sau zdrobite, prin urmare acest proces nu este recomandat pentru produse friabile.

TIPURI DE SISTEME DE DILUTE – FASE

Sistemul cu fază diluată poate fi proiectat în trei moduri:

1. Sistem de presiune pozitivă

2. Sistem de presiune negativă sau vid

3. Combinarea sistemului pozitiv – negativ

Presiune pozitivă – Faza de diluare

Sistemele de presiune pozitivă funcționează peste presiunea atmosferică și sunt utilizate pentru a transmite materiale în vrac de la o singură sau mai multe surse la una sau mai multe destinații, peste distanțe medii și cu o capacitate mai mare decât este posibil folosind sisteme de vid. A sistemul tipic de fază diluată cu presiune pozitivă va consta dintr-o supapă rotativă; pipe-work care ar include coturi întărite cu rază lungă; un receptor de filtru sau aranjament ciclon / filtru; și suflante de aer cu deplasare pozitivă (tip rădăcini). Schema de mai jos prezintă un aranjament tipic al componentelor sistemelor de presiune pozitivă:

Sistem de presiune pozitivă de transport în fază diluată

Produsul intră pe linia de transport, care se află la o presiune mai mare, printr-o alimentare specială cu ajutorul unui dispozitiv, de obicei un bloc aerian cu supapa rotativă sau un venturi. Produsul este suspendat frecvent în fluxul de aer, mișcându-se la viteze relativ mari în funcție de mărimile particulelor și densități. Fluxul material-aer suspendat este separat în punctul terminal cu ajutorul un receptor filtru / separator de cicloni sau alimentat direct în vasele de proces care sunt evacuate dispozitive de colectare a prafului în aval.

În acest tip de sistem, materialul nu trece prin ventilator / suflant. Sunt două avantaje în acest sens. În primul rând, roata ventilatorului nu deteriorează materialul. În al doilea rând, ventilatorul nu prezintă nicio uzură din material. Aceste sisteme, în general funcționează continuu – produsul este furnizat constant la punctul de pornire și sosirea la destinație fără întrerupere. Acest lucru permite ca acest tip de sistem să fie adaptat cu ușurință pentru dozare și aplicații de cântărire continuă.

Aplicații

Transportul sub presiune în fază diluată este deosebit de potrivit pentru sistemele care transportă materiale cu capacități mici până la moderate pe distanțe medii, de la unul sau mai multe surse către destinații unice sau multiple. Aceste sisteme sunt versatile și adaptabile pentru diferitele materiale și presiunile de funcționare reduse permit conducte cu costuri mai mici și accesorii. Cimentul, cenușa zburătoare, produsele alimentare, rășinile și substanțele chimice uscate sunt exemple de produse care poate fi transmis cu succes folosind această metodă.

Specificații tipice

Tarifele de transport: scăzute până la mari, de obicei de la <1 la 50 tone / oră

Vitezele de transport: de obicei 3200 – 8000 fpm

Distanțe de transport: Până la 600 ft sau mai mult

Air Mover: suflantă sau ventilator de deplasare pozitivă (tip rădăcini)

Presiune de operare: până la 14,7 psig

Rapoarte aer / materiale:> 2.0

Presiune negativă – Faza de diluare

Sistemele de transport cu presiune negativă sunt cele care operează cu presiuni de aer mai jos presiune atmosferică.

Presiunea negativă (vid) este utilizată în general pentru a transporta material din mai multe surse cum ar fi navele de depozitare, echipamentele de proces, camioanele și mașinile feroviare, pentru persoane fizice sau destinații multiple. Sistemele de vid sunt excelente pentru intrări multiple ale produsului utilizarea unor supape de deviere simple; cu toate acestea, devine costisitor să ai mai multe destinații, deoarece fiecare trebuie să aibă propriul său receptor de filtru cu vid parțial capacitate.

Transport în fază diluată: sistem de presiune negativă

Sistemele de presiune negativă utilizează, în general, dispozitivele de evacuare pozitivă (tip rădăcini) asigurând până la 50% vid pentru a transporta materialele printr-o conductă până la destinație unde aerul și produsul sunt separate la un recipient receptor cu un filtru sau un ciclon.

Produsul intră direct pe linia de transport, sau dacă este necesară contorizarea, printr-o specială dispozitiv de alimentare, cum ar fi o supapă rotativă sau un alimentator cu șurub. Produsul transportat este evacuat de pe vasul receptor fie în mod continuu de către o linie aeriană rotativă sau intermitent de către supape pentru a depăși buncărurile, vasele de depozitare sau alte puncte de descărcare.

În transportul în vid, nicio piesă în mișcare nu contactează materialele și nu poate scăpa de praf în atmosferă. Din cauza acestei retenții de scurgeri superioare, acestea sunt adesea specificate pe baza curățeniei, în special la manipularea materialelor periculoase.

Dezavantajul acestui sistem este că, dacă încărcarea este mare sau lungimea sistemului componentele mari trebuie să fie proiectate pentru vid mare. Aceasta adaugă costuri pentru componente și trebuie luate în considerare la compararea metodelor de transport.

Aplicații

Sistemele de transport în vid sunt adecvate în special pentru sistemele care transportă materiale la capacități mici până la moderate pe distanțe medii, de la mai multe puncte la unul singur destinație. Aceste sisteme sunt versatile și adaptabile pentru diferite materiale și materiale presiunile de operare reduse permit conducte și fitinguri cu costuri mai mici. Această metodă este frecvent utilizat pentru sistemele centrale de curățare în vid și alte aplicații, care necesită o rețea reticulată de țevi de vid pentru a transporta produsul într-un singur punct de colectare.

Specificații tipice

Tarifele de transport: scăzute până la medii, de obicei <10 tone / oră

Vitezele de transport: de obicei 3000 – 8000 fpm

Distanțe de transport: Până la 300 ft sau mai mult

Air Mover: Exhauster sau deplasare pozitivă (tip rădăcini)

Presiune de funcționare: vid până la 50%

Rapoarte aer / materiale:> 2.0

Combinație Negativă – Presiune pozitivă – Faza diluantă

Acest sistem pull-push încorporează avantajele și avantajele atât negative cât și negative aranjamente de presiune pozitivă într-un singur sistem. Aceste sisteme sunt utilizate acolo sunt mai multe puncte de intrare materiale și puncte de livrare multiple. Un foarte comun aplicația reprezintă descărcarea unei autostrăzi standard. Deoarece mașinile nu pot fi presurizate, aerul este tras din exterior, prin mașină (transportând solide cu el) la un filtru. Apoi după filtru, o suflantă poate fi utilizată pentru a transmite solidele către receptorul final. Dacă finala receptorul se află lângă locul în care se descarcă mașina de cale ferată, poate fi practic să folosiți un sistem complet de vid.

Sistemele de vid sunt „sensibile la distanță” și pot funcționa la presiune maximă diferențial de 5,5 la 6,0 psi. Acest lucru se datorează faptului că limita la un vid complet este de 29,4 inci mercur (14,7 psi) și un vid complet este o lipsă completă de aer. Dar aerul este ceea ce suntem folosind pentru a transmite cu. Vacumul maxim practic la care putem merge înainte de transmitere rata începe să renunțe, sau conectarea la linie este de 12,5 până la 13 inci mercur (6,5 psi).

Există puține aplicații în care sistemul de vid este o soluție economică. Tipic aplicațiile includ materialele de extragere din mai multe puncte pentru lot înainte de a intra procesare și descărcare din mai multe puncte, cum ar fi mașinile feroviare cu livrare la depozitare în vrac.

Spre deosebire de sistemele cu presiune pozitivă, sistemele de vid permit preluarea ușoară a materialelor deschideți containere folosind baghete și nu produceți căldură materialului.

PROIECTAREA SISTEMULUI

Obiectiv de proiectare

Proiecte noi: Obiectivul de proiectare pentru proiecte noi este de a asigura capacități de transport debit specificat pe o distanță dată. Capacitățile de transport sunt de obicei specificate în tone pe oră (TPH) de flux de materiale.

Proiecte de extindere / modernizare: Considerația principală este găsirea unei modalități de gestionare a acestora capacități crescute (TPH) cu cantitatea minimă de creștere a transportului de aer și / sau presiunea de linie.

Proiectarea și selecția unui sistem pneumatic de transport implică luarea în considerare numeroși parametri, cum ar fi proprietățile materialului transportat, transportul viteze și distanța de transport. Studierea relației dintre acești factori arată modul în care schimbarea unui factor va schimba alți factori. Două relații de bază sunt:

1. Capacitatea de transport este invers proporțională cu distanța de transport

2. Presiunea de transport este direct proporțională cu distanța de transport

Relația presiune – volum

Aerul este comprimabil și pe măsură ce materialul este transportat pe toată lungimea unei conducte, presiunea va scădea și debitul volumetric va crește. Pentru aer situația poate să fie modelat de ecuația termodinamică de bază:

Unde

• p este presiunea aerului (psi)

• V, debitul de aer (cfm)

• T, temperatura aerului (K) și

• Abonamentele 1 și 2 se referă la diferite puncte de-a lungul conductei.

Dacă temperatura poate fi considerată a fi constantă pe lungimea conductei, aceasta se va face, se reduce la:

Această ecuație ne spune că pe măsură ce presiunea scade de-a lungul liniei de la preluare indicați descărcarea, volumul de aer se extinde și, prin urmare, volumul (sau viteza) va să crești continuu.

Volumul aerului – relația de viteză

Pentru orice material dat, există o viteză de transport minimă necesară pentru a transmite vehiculul de aceea, debitul (volumul) aerului va depinde de dimensiunea conductei.

Relația fluxului de aer – viteză este guvernată de ecuație:

V = ρ * A * v

Unde

• V = debitul volumic de aer în ft3

/ min (cfm)

• ρ = densitatea aerului (lbs / ft3)

• A = zona conductei ft2

• v = viteza de transport în ft / min (fpm)

Sau

v = V / (ρ * A)

Astfel, viteza reală este debitul de volum la condițiile de presiune și temperatură per zona secțiunii transversale a conductei goale, exprimată în mod normal în metri pe minut (fpm).

Stabilirea profilului de viteză netedă

Am aflat din ecuația P1V1 = P2V2, că pe măsură ce presiunea scade de-a lungul liniei din punctul de preluare până la descărcare, volumul de aer se extinde și, prin urmare, volumul (sau viteza) va crește continuu. Acest lucru este valabil pentru o linie de conductă unică cu diametrul intern constant. Pentru a menține profilul de viteză aproape constant, avem nevoie creșterea continuă a suprafeței de conductă.

Cu acest gând, putem spune că într-o lume ideală, dacă am putea avea o linie de țeavă conică și acel conic este în același ritm cu cel relația presiune ~ volum se schimbă; am putea menține eficient viteza ca constant. Următoarea diagramă reflectă acest gând:

Relația presiune – volum într-o linie conică

Țevile conice nu sunt practice, așa că, ca alternativă, putem atinge obiectivul de la „linie în trepte”. Linia treptată este o conductă continuă în care diametrul transportând schimbări de conductă, în general la o aleză mai mare, în puncte de-a lungul lungimii sale.

Scopul este de a adapta modificarea debitului volumetric al aerului de transport ca presiunea se schimbă, fără ca viteza să scadă sub valoarea minimă de transport viteza aerului în orice punct. Aceasta este uneori denumită o conductă telescopată.

Relația presiune – volum în linia pasă

Acesta este un aspect foarte important în reducerea vitezei de capăt a terminalului și îmbunătățirea eficiența generală și productivitatea sistemului de transport pneumatic.

Viteza materialului

În transportul în fază diluată, cu particule în suspensie în aer, mecanismul transmiterea este una de forță de tracțiune. Viteza particulelor, prin urmare, va fi mai mică decât cea a aerului transportator. Este un proces dificil și complex de măsurare a materialului viteza, și în afară de scopurile cercetării, viteza particulelor este rar măsurată. Este în general, doar viteza aerului la care se face referire vreodată în transportul pneumatic.

1. Într-o conductă orizontală viteza particulelor va fi de obicei aproximativ 80% din aceasta din aer. Aceasta este de obicei exprimată în termeni de raport de alunecare, definiți în termeni de viteza particulelor împărțită la viteza aerului care transportă particulele, iar în acest caz ar fi 0,8.

2. În fluxul vertical în sus într-o conductă, o valoare tipică a raportului de alunecare va fi de aproximativ 0,7. Aceste valori se referă la condițiile de debit constant în conductele îndepărtate de la punctul în care materialul este introdus în conductă, se îndoaie în conductă și un alt debit posibil tulburări. În punctul în care materialul este introdus în conductă, materialul va au în esență viteza zero. Pentru ca materialul să accelereze la viteze de transport, este necesară o secțiune inițială a conductelor drepte. O bună practică inginerească dictează asta înainte de prima curbare este necesară o secțiune dreaptă egală cu de 25 de ori diametrul conductei.

Termeni de viteză folosiți în transportul pneumatic industrie:

1. Viteza superficială – Aceasta este viteza aerului fără a ține seama de prezența particule solide sau medii poroase. Notă: într-o conductă se bazează viteza aerului zona secțiunii transversale și neglijarea spațiului ocupat de cel transportat material. Viteza aerului, pentru un debit de masă dat, depinde de ambele presiuni și temperatura. La transmiterea vitezei aerului sunt evaluate în orice punct din trebuie utilizate valorile locale ale presiunii și temperaturii în acel moment.

2. Viteza liberă – Aceasta este viteza superficială a aerului atunci când este evaluată la aer liber.

3. Viteza minimă de transport – Viteza minimă de transport a aerului este cea mai mică viteza superficiala a aerului care poate fi folosita pentru a transporta un material. Notă: în fază diluată debitul acesta este cea mai mică viteză a aerului care poate fi atinsă fără să se stabilească materialul fundul conductelor.

4. Viteza de intrare a aerului – Aceasta este viteza superficială a aerului în punctul în care se află materialul alimentat în conductă. Notă: într-o conductă cu o singură gaură, aceasta va fi cea mai mică viteză a aerului în linia de transport. Acest lucru este denumit în mod diferit ca pick-up sau antrenament viteză. Într-un sistem de transport cu vid este aproximativ egal cu aerul liber viteză.

5. Viteza terminală – Aceasta este viteza superficială a aerului la sfârșitul unei linii de transport unde materialul este evacuat în vasul primitor. Notă: într-o singură aleză conducta aceasta va fi cea mai mare viteză a aerului în linia de transport. În pozitiv sistemul de transport al presiunii este aproximativ egal cu viteza liberă a aerului.

Scăderea presiunii sistemului

Performanța unui sistem pneumatic de transport, în ceea ce privește realizarea unui dat debitul materialului, depinde în esență de rezistența sistemului. Creșteți sistemul rezistență, mai mare va fi scăderea de presiune în sistem sau mai mare va fi statica presiunea ventilatorului.

Rezistența sistemului (frecarea peretelui conductei pe unitatea de suprafață) poate fi estimată folosind următoare ecuație:

F / A = f ρ v2/ 2 ……………. (1)

Unde,

• F este forța de frecare

• A este zona peste care acționează forța de frecare

• ρ este densitatea fluidului

• v este viteza fluidului și

• f este un coeficient numit factor de frecare

Dacă purtăm echilibrul energetic pe o lungime diferențială, de la L1 la L2, a unei conducte orizontale drepte cu diametrul D, forța totală necesară pentru a depăși tracțiunea de frecare trebuie furnizată de un forța de presiune care dă naștere la o cădere de presiune ∆P pe lungimea L1 până la L2.

Echilibrul energetic pe o lungime a conductei

Forța de cădere a presiunii este:

∆P x Zona conductei = ∆P x pi * D2

/ 4

Forța de frecare este (aria forței / unității) x suprafața peretelui a conductei

= F / A x pi * D x ∆L

deci din ecuația (1) = (f ρ v2

/ 2) x pi * D x ∆L

Prin urmare, echivalarea căderii de presiune și a forței de frecare:

∆P x pi * D2

/ 4 = (f ρ v2

/ 2) pi * D x ∆L

sau

∆P = 4 * (f ρ v2

/ 2) x (∆L / D)

Astfel, puteți vedea că scăderea presiunii este:

• Direct proporțional cu viteza pătrată

• Direct proporțional cu distanța de transport adică lungimea conductei și

• Invers proporțional cu diametrul conductei.

Pentru a menține scăderea presiunii scăzute, se recomandă viteze mai mici de transport.

Vitezele minime de transport

Trebuie menținute anumite viteze minime de transport pentru a păstra materialul în interior suspensie și curgere. O viteză prea mică va împiedica transportul materialului capacitatea sistemului și viteze inutile mari vor crește căderea de presiune și, prin urmare, va fi necesară energie suplimentară pentru a depăși această rezistență.

Viteza de transport și, prin urmare, debitul de aer este influențat foarte mult de material caracteristici. Forma particulelor, distribuția mărimii, mărimea medie a particulelor și densitatea particulelor; toate au un efect asupra vitezei minime de transport, a căderii de presiune, a debitului de aer etc. cum ar fi conținutul de umiditate, coeziunea și adezivitatea pot cauza probleme de curgere prin vase și valve.

Influențe materiale

Caracterizarea materialului care trebuie transportat joacă un rol foarte important în selectarea regimului de viteză. Acest lucru poate fi înțeles prin compararea, spunem cimentul pulbere, cu cărbune umed. Deși ambele materiale pot fi transportate pneumatic, regimul de transport pneumatic pentru pulbere de ciment este probabil să fie destul de diferit pentru regimul selectat pentru cărbune cu umiditate. Motivul pentru aceasta se referă la proprietățile material în vrac și modul în care aceste proprietăți interacționează în timpul procesului de transport pneumatic.

De exemplu, pudra de ciment poate fi ușor fluidizată și amestecată cu aerul. Cand transportată la viteze mari, nu se va degrada în detrimentul materialului în vrac. Umed, Cărbunele forfetar (dimensiunea medie de 2 "), pe de altă parte, nu poate fi fluidizat fără a fi sever degradarea materialului în detrimentul extrem al produsului de cărbune. Acești factori afectează alegerea vitezei admise a materialului prin conductă.

Nu este vorba doar de materiale diferite! Se pot expune diferite clase exact din același material spectacole cu totul diferite. Astfel, un sistem de transport conceput pentru un singur material poate fi total nepotrivit pentru altul. În scopuri practice, o abordare de design conservator este de a menține raportul dintre material și aer sub o proporție de 1: 2. Sistemele de succes au a fost proiectat folosind încărcări de material de 1: 1 sau mai multe atunci când componentele sistemului sunt bine proiectat și elimină viraje ascuțite, joncțiuni abrupte sau alte puncte potențiale ale legare, înfundare sau abandon.

Exemplu

De exemplu, transportarea rumegușului la o viteză de 1800 lbs / h printr-o conductă de 6 "cu un raportul de încărcare a materialului de 1: 2 va avea ca rezultat o viteză a aerului de 4073 FPM.

1. Rata de transport a materialului = 1800 lbs / hr material sau 30 lbs / min

2. Material – raport aer = 1: 2

3. Aer în greutate = 30 x 2 = 60 lbs / min

4. La densitatea standard a aerului de 0,075 lbs / ft3, volumul de aer va fi:

5. Aer în volum = 60 lbs / min ÷ .075 lbs / ft3 = 800 CFM

6. Zona conductei cu diametrul de 6 "= 0,196 ft2

7. Viteza de transport = Volumul aerului / zona conductei = 800 CFM ÷ 0,196 ft2  = 4073 FPM

Ventilatorul poate fi selectat pentru 800 CFM.

Întrucât atât materialul cât și aerul sunt transportate prin conductă, întrebarea firească va apărea faptul că ventilatorul trebuie să fie dimensionat pentru a face față volumului combinat. În majoritatea aplicațiilor, volumul materialului este ignorat datorită densității mari a materialelor în vrac.

În exemplul de mai sus, 1800 lbs / hr de rumeguș are o densitate medie în vrac de 11 lbs / ft3; care au ca rezultat un debit volumic de 1800 ÷ 11 = 164 ft3 / oră sau 2,7 ft3 / Min. Aceasta este neglijabil. Cu toate acestea, în situațiile în care se gestionează volume mai mari de materiale sau când densitatea materialului în vrac este mult mai ușoară, volumul nu poate fi ignorat.

Exemplul de mai sus consideră raportul material-aer (MAR) de 1: 2. Dacă același 1800 lbs / oră de rumegușul a fost introdus într-un sistem cu un raport de proiectare 1: 1 și nu existau alte modificări ale sistemului, viteza rezultată va fi doar jumătate și materialul probabil s-ar stabili și înfunda. Pentru a compensa raportul mai mic, dimensiunea conductei ar putea fi redus la 4 ", dar acest lucru ar putea introduce noi probleme în alimentarea materialului în conductă sau trecerea la ventilator.

Sistemul de faze diluate necesită viteze de transport relativ mari în funcție de tipul materialului. Acest lucru este de obicei în regiunea de 3000 fpm pentru o pulbere fină, până la 4000 fpm pentru un material granular și dincolo de particule mai mari și materiale cu densitate mai mare.

Tabelul de mai jos oferă viteze de transport minime conservatoare care trebuie utilizate pentru unii materiale comune. De regulă, materialele de până la aproximativ 50 kg / ft3 poate fi transportat cu o viteză a aerului de 5000 fpm.

Vitezele de transport a conductelor

Trebuie evitate viteze suficiente pe întregul sistem de transport, pentru a evita decontarea materialelor. Atunci când se instalează în plan orizontal, este cunoscută sub numele de sărare. Atunci când se instalează în plan vertical, se numește sufocare.

Sarea este procesul de depunere a particulelor solide de-a lungul unei conducte orizontale. Acest fenomen are loc atunci când viteza aerului scade sub valoarea minimă de transport.

Viteza suplimentară ar fi în detrimentul sistemului, cauzând creșterea frecării, uzurii și a costurilor de exploatare.

Asocierea în mișcare în jos apare adesea pe linia verticală ca rezultat direct al sărare în linia orizontală adiacentă. Mișcarea ascendentă este adesea mai ușor de controlat pentru că tot ceea ce este necesar este suficient impuls (viteză) pentru a păstra materialul înăuntru suspensie. Toate materialele care intră pur și simplu cad înapoi în aerul aerian. Cu toate acestea, sufocarea în fluxul ascendent direct deasupra descărcării ventilatorului va prezenta uzură prematură datorită încărcare excesivă.

Pentru a minimiza potențialul de sărare sau sufocare, se recomandă să se minimizeze coturile și coate și, de asemenea, elimina orice scurgeri, deoarece viteza va fi mai puțin în aval de scurgeri. Este bine să luăm în considerare un pic de aer în proiectarea sistemului care va fi eficient crește viteza în sistem pentru a ajuta transportul materialelor. Unele dispoziții pot să fie incluse pentru a păstra în sistem pentru sângerarea excesului de aer prin guri de aerisire reglabile sau amortizoare.

Pentru transportul în fază diluată, raportul de încărcare a materialelor mai mare care poate fi obținut:

• Dacă distanța de transport este scurtă,

• Dacă scăderea de presiune a liniei de transport este scăzută sau

• Dacă o valoare scăzută a transportului vitezei aerului este suficientă pentru a preveni sărarea.

Dacă presiunea aerului este scăzută sau dacă conducta este foarte lungă, atunci valoarea încărcării materialelor raportul va fi mult mai mic.

Ventilatoarele sunt selectate pentru debitul volumic (CFM) și presiunea statică necesară atenuarea rezistenței sistemului. Am discutat despre faptul că numai volumul de aer este normal avută în vedere la determinarea capacității ventilatorului și volumul materialului este ignorat. In orice caz, conținutul materialului nu poate fi ignorat atunci când se calculează rezistența sistemului și calitatea motorului a ventilatorului.

Rezistența sistemului / căderea de presiune

Am mai discutat anterior că scăderea de presiune a sistemului pneumatic este proporțională cu:

Unde

• ∆p este scăderea presiunii

• L, lungimea conductei drepte

• ρ, densitatea aerului

• v, viteza de transport a aerului

• d, alezajul conductei

Aceasta este o metodă greoaie de a estima dacă nu utilizați software. Tabelele simplificatoare sunt disponibile care asigură pierderi de frecare (FL) pe lungimea conductei de 100 ft.

SURSA: https://www.cedengineering.com/userfiles/Pneumatic%20Conveying%20Systems.pdf

Separarea amestecurilor eterogene

În amestecurile eterogene, două sau mai multe faze se amestecă, dar rămân separate fizic. Amestecurile eterogene includ cel mai adesea amestecuri constând din (i) două lichide (adică. emulsii) sau (ii) un solid și un lichid (suspensii). De asemenea, amestecuri lichid-gaz și gaz-solid există amestecuri, adică în curățarea gazelor, solidele dispersate fin (praful) și cețele lichide sunt îndepărtate din fluxurile de gaz (Towler și Sinnott, 2013).

Separarea amestecurilor eterogene se realizează cu ajutorul mecanic-fizic forțe; aceste forțe vor acționa asupra particulelor, lichidelor sau amestecurilor de particule și lichide ele însele și nu neapărat pe moleculele individuale. Forțele mecanico-fizice includ forțe gravitaționale și centrifugale, mecanice și cinetice reale rezultate din flux.

Particulele și / sau fluxurile de fluide sunt separate din cauza efectelor diferite produse asupra lor de aceste forțe. (Geankoplis, 1993).

Metoda principală pentru separarea emulsiilor eterogene-lichide este decantarea sau hidrociclone.

Principalele tipuri de echipamente pentru separarea gazelor solide și gazelor lichide (adică curățarea gazelor) poate fi clasificat în funcție de mecanismul folosit pentru a separa particulele solide sau ceață lichidă: decantare gravitațională, impingement, forță centrifugă, filtrare, spălare și precipitații electrostatice. (Towler și Sinnott, 2013). Doar decantarea gravitației, centrifugă separarea și spălarea cu scrubbers umede sunt descrise în detaliu mai jos.

Necesitatea de a separa fazele solide și cele lichide este probabil cea mai frecventă separare cerință în industriile procesului și se folosesc multe tehnici (Figura 1). Cel mai tehnica adecvată va depinde de concentrația de solide și de viteza de alimentare, precum și de dimensiunea și natura particulelor solide. Gama de aplicare a diferitelor tehnici și echipamentele, în funcție de concentrația nămolului și dimensiunea particulelor este prezentat în figura 2. Alegerea echipamentului depinde, de asemenea, dacă obiectivul principal este obținerea unui lichid limpede sau un produs solid și pe gradul de uscăciune al solidului necesar. (Towler și Sinnott, 2013).

Dacă conținutul uscat al amestecului eterogen solid-lichid este remarcabil de mare (amestecul este nu mai este pompabil), se justifică denumirea ca solide umede, mai degrabă decât suspensie. În acest caz, scurgerea, spălarea și uscarea sunt cele mai utilizate procese de separare. Levigare și spălarea sunt utilizate pentru a separa un solid de altul sau pentru a separa legătura lichidă cu solidul. Procesele diferă unele de altele în definirea produsului final. În solid-lichid levigarea, solidul solubil este produsul, în timp ce la spălare, scopul este îndepărtarea impuritățile din solid care lasă solidul ca produs principal. La uscare, scopul este de a elimina lichid din solidul umed.

SURSA: https://www.vtt.fi/inf/julkaisut/muut/2015/VTT-R-06143-15.pdf

CAPITOLUL IV

Transportul nisipului în amestecuri cu flux multifazic într-o conductă orizontală: o investigație experimentală

……………………………………………………………………

BIBLIOGRAFIE

Haruta, Masatake (1997). „Dependența de mărime și suport în cataliza aurului”. Cataliză astăzi, pp 153–166.

Haruta, Masatake (2011-10-04). "Conferința Memorial Spiers: Rolul interfețelor perimetrale în cataliză prin nanoparticule de aur". Faraday Discutii, pp 11–32.

Van Santen, Rutger Anthony; Neurock, Matthew (2006). Cataliză heterogenă moleculară. O abordare conceptuală și de calcul. Weinheim, Germania: Wiley-VCH. pp 53–60.

Valden, M.; Lai, X .; Goodman, D. W. (1998-09-11). „Debutul activității catalitice a ciorchinilor de aur pe Titania cu apariția proprietăților nemetalice”. Știință, pp 1647–1650.

Chen, M. S.; Goodman, D. W. (2004-10-08). „Structura aurului activ catalitic pe Titania”. Știință, pp 252–255.

Landman, Uzi; Yoon, Bokwon; Zhang, Chun; Heiz, Ueli; Arenz, Matthias (2007-06-01). "Factorii din nanocataliza de aur: oxidarea CO în regimul de mărimi care nu poate fi scalabil". Subiecte în cataliză, pp 145–158.

Mavrikakis, M.; Stoltze, P.; Nørskov, J. K. (2000-02-01). „A face aurul mai puțin nobil”. Scrisori de cataliză, pp 101–106.

Schlögl, Robert (2015-03-09). „Cataliză heterogenă”. Angewandte Chemie International Edition. pp 3465–3520.

Chimie, Uniunea Internațională Pură și Aplicată. "Cartea de aur IUPAC – catalizator". http://goldbook.iupac.org/terms/view/C00876

Rothenberg, Gadi (2008). Cataliză: concepte și aplicații verzi. Weinheim [Germania]: Wiley-VCH. ISBN 9783527318247. OCLC 213106542.

Informații., Laboratorul Național Lawrence Berkeley. Statele Unite. Departamentul de Energie. Oficiul Științific și Tehnic (2003). Impactul nanoștiinței asupra catalizei eterogene. Laboratorul Național Lawrence Berkeley OCLC 727328504.

Ma, Zhen; Zaera, Francisco (2007-03-15), King, R. Bruce; Crabtree, Robert H.; Lukehart, Charles M.; Atwood, David A. (eds.), "Heterogeneous Catalysis by Metals", Encyclopedia of Inorganic Chemistry, John Wiley & Sons, Ltd.

„Sondaj geologic al Statelor Unite, rezumate ale mărfurilor minerale” (PDF). USGS. Ianuarie 2018. https://www.usgs.gov/centers/nmic/nitrogen-statistics-and-information

Thomas, J. M.; Thomas, W. J. (2014-11-19). Principiile și practica catalizei eterogene (ediția a doua, revizuită). Weinheim, Germania. ISBN 9783527683789.

Bowker, Michael (2016-03-28). "Rolul statelor precursoare în adsorbție, reacții de suprafață și cataliză". Subiecte în cataliză. pp 663–670.

R. I. Masel, „Principiile adsorbției și reacției pe suprafețe solide”, seria Wiley în inginerie chimică, Wiley-Interscience, New York, SUA, 1996, ISBN 978-0-471-30392-3.

Petukhov, A.V. (1997). "Efectul mobilității moleculare asupra cineticii unei reacții electrochimice Langmuir-Hinshelwood". Scrisori de fizică chimică. pp 539–544.

Kresge, C. T.; Leonowicz, M. E.; Roth, W. J.; Vartuli, J. C.; Beck, J. S. (1992). "Situri moleculare mezopore comandate sintetizate printr-un mecanism de șablon cu cristale lichide". Natură. pp 710–712.

Medford, Andrew J. .; Vojvodic, Aleksandra; Hummelshøj, Jens S.; Voss, Johannes; Abild-Pedersen, Frank; Studt, Felix; Bligaard, Thomas; Nilsson, Anders; Nørskov, Jens K. (2015). „De la principiul Sabatier la o teorie predictivă a catalizei eterogene de metal de tranziție”. Journal of Catalysis. pp 36–42.

Laursen, Anders B.; Bărbat, Isabela Costinela; Trinhammer, Ole L.; Rossmeisl, ian; Dahl, Søren (2011-10-04). "Principiul Sabatier ilustrat de descompunerea catalitică H2O2 pe suprafețele metalice". Journal of Chemical Education. pp 1711–1715.

Abild-Pedersen, F.; Greeley, J.; Studt, F.; Rossmeisl, J .; Munter, T. R.; Moise, P. G.; Skúlason, E.; Bligaard, T.; Nørskov, J. K. (2007-07-06). "Proprietăți de scalare a energiilor de adsorbție pentru molecule care conțin hidrogen pe suprafețe de tranziție-metal" (PDF). Scrisori de revizuire fizică. 99 (1): 016105.

Nørskov, Jens K.; Christensen, Claus H.; Bligaard, Thomas; Munter, Ture R. (2008-08-18). "Relații BEP pentru disocierea N2 pe suprafețe metalice și de tranziție în trepte". Chimie fizică Chimie fizică. pp 5202–5206.

Viswanathan, Venkatasubramanian; Hansen, Heine Anton; Rossmeisl, ian; Nørskov, Jens K. (2012-07-11). „Universalitatea în reducerea oxigenului electrocataliză pe suprafețele metalice”. Cataliză ACS. pp 1654–1660.

Nørskov, Jens K.; Vojvodic, Aleksandra (2015-06-01). „Noua paradigmă de design pentru catalizatori eterogeni” Revizuirea științei naționale. pp 140–143.

Medford, Andrew J. .; Shi, Chuan; Hoffmann, Max J.; Lausche, Adam C.; Fitzgibbon, Sean R.; Bligaard, Thomas; Nørskov, Jens K. (2015-03-01). "CatMAP: pachet software pentru cartografierea microkinetică bazată pe descriptori a tendințelor catalitice". Scrisori de cataliză. pp 794–807.

Kakekhani, Arvin; Roling, Luca T.; Kulkarni, Ambarish; Latimer, Allegra A.; Abroshan, Hadi; Schumann, Julia; AlJama, Hassan; Siahrostami, Samira; Ismail-Beigi, Sohrab (2018-06-18). „Natura împrumuturilor singulare – obligațiunile de suprafață și relațiile lor de scalare”. Chimie anorganică. pp 7222–7238.

Chen, Ping; El, Teng; Wu, Guotao; Guo, Jianping; Gao, Wenbo; Chang, Fei; Wang, Peikun (ianuarie 2017). "Întreruperea relațiilor de scalare pentru a realiza sinteza de amoniac la temperaturi joase prin transferul de azot și hidrogenarea mediată de LiH". Chimia naturii. pp 64–70.

Schumann, Julia; Medford, Andrew J. .; Yoo, Jong Suk; Zhao, Zhi-Jian; Bothra, Pallavi; Cao, Ang; Studt, Felix; Abild-Pedersen, Frank; Nørskov, Jens K. (2018-03-13). "Selectivitatea conversiei gazelor de sinteză în oxigenate C2 + pe suprafețe de tranziție-metal fcc (111)". Cataliză ACS. pp 3447–3453.

Nørskov, Jens K.; Studt, Felix; Abild-Pedersen, Frank; Tsai, Charlie; Yoo, Jong Suk; Montoya, Joseph H.; Aljama, Hassan; Kulkarni, Ambarish R.; Latimer, Allegra A. (februarie 2017). „Înțelegerea tendințelor activării legăturilor C – H în cataliză eterogenă”. Materiale de natură. pp 225–229.

Bartolomeu, Calvin H (2001). „Mecanisme de dezactivare a catalizatorului”. Cataliză aplicată A: generală. pp 17–60.

Nørskov, Jens K. Concepte fundamentale în cataliză eterogenă. Studt, Felix., Abild-Pedersen, Frank., Bligaard, Thomas. Hoboken, New Jersey. ISBN 9781118892022. OCLC 884500509.

Forzatti, P (1999-09-14). „Dezactivarea catalizatorului”. Cataliză astăzi. pp 165–181.

Sinteze organice, Coll. Voi. 3, p.720 (1955); Vol. 23, p.71 (1943). https://web.archive.org/web/20120315000000*/http://orgsynth.org/orgsyn/pdfs/CV4P0603.pdf

Heitbaum, Glorius, Escher, cataliză eterogenă asimetrică, Angew. Chem. Int. Ed. 2006, 45, p 4732.

Wang, Aiqin; Li, iunie; Zhang, Tao (iunie 2018). "Cataliză monomatenă heterogenă". Recenzii ale naturii Chimie. pp 65–81.

Zeng, Liang; Cheng, Zhuo; Fan, Jonathan A.; Fan, Liang-Shih; Gong, Jinlong (noiembrie 2018). "Chimie redox cu oxid de metal pentru procese de bucle chimice". Recenzii ale naturii Chimie. pp 349–364.

Naumann d'Alnoncourt, Raoul; Csepei, Lénárd-István; Hävecker, Michael; Girgsdies, Frank; Schuster, Manfred E.; Schlögl, Robert; Trunschke, Annette (2014). "Rețeaua de reacție în oxidarea propanului peste catalizatorii de oxid de MoVTeNb M1 pur fazici". J. Catal. pp 369–385.

Zhang, J.; Liu, X .; Blume, R .; Zhang, A.; Schlögl, R .; Su, D. S. (2008). "Nanotuburile de carbon modificate la suprafață catalizează deshidrogenarea oxidantă a n-butanului". Știință. pp 73–77.

Frank, B.; Blume, R .; Rinaldi, A.; Trunschke, A.; Schlögl, R. (2011). "Cataliză de inserție de oxigen prin carbon sp2". Angew. Chem. Int. Ed. pp 10226-10230.

Boy Cornils; Wolfgang A. Herrmann, eds. (2004). Cataliză organometalică în fază apoasă: concepte și aplicații. Wiley-VCH.

Lew, Kristi (2009). "Omogen". Acizi și baze, chimie esențială. New York: Editura Chelsea House. Editor online: Science Online. Facts On File, Inc. ISBN 978-0-7910-9783-0.

„Soluție (chimie)” (autori: William Ashworth și Charles E. Little) Enciclopedia studiilor de mediu, ediție nouă. Editor online: Science Online. Facts On File, Inc. 2001.

„Amestec” (autori: William Ashworth și Charles E. Little) Enciclopedia studiilor de mediu. Editor online: Science Online. Facts On File, Inc. 2001.

Gy, P. (1979), Sampling of Particulate Materials: Theory and Practice, Elsevier: Amsterdam, p 431.

https://www.researchgate.net/figure/Schematic-diagram-of-a-baffled-tank-with-a-dual-Rushton-turbine-impeller_fig1_277816940 , accesat la 15/02/2020.

Ullmann, Fritz (2005). Ingineria chimică și proiectarea plantelor Ullmann, volumele 1-2. John Wiley & Sons. http://app.knovel.com/hotlink/toc/id:kpUCEPDV02/ullmanns-chemical-engineering

„Diverse experimente de amestecare”. Bakker.org. 10 aprilie 1998. Arhivat de la original la 26 iunie 2017. http://www.bakker.org/cfm/webdoc13.htm

"Comparație de amestecuri solide și continue – amestec de pulberi". https://powderprocess.net/Mixing/Comparison_Continuous_Batch_Mixing.html

"Amestec de pulberi – Proiectare – rezolvare de probleme – Blender panglică, Mixer cu palete, Baterie cu tambur, Număr Froude – PowderProcess.net". www.powderprocess.net.

„Nave agitate”. Bakker.org. 10 aprilie 1998. Arhivat de la original la 14 august 2017. http://www.bakker.org/cfm/webdoc4.htm

„Principii de turbină”. Cercell.com. Arhivat de la original la 11 iunie 2017. https://cercell.com/support/bactovessel-details/turbine-principles/

Edward L. Paul; Victor Atiemo-Obeng; Suzanne M. Kresta, eds. (2003). Manual de amestecare industrială: știință și practică. Wiley. https://www.wiley.com/en-us/Handbook+of+Industrial+Mixing%3A+Science+and+Practice-p-9780471269199

"Număr de putere (Np) pentru turbine". Cercell.com. Arhivat de la original la 11 iunie 2017.

Nguyen, Nam-Trung; Wu, Zhigang (1 februarie 2005). „Micromixere – o recenzie”. Journal of Micromechanics and Microengineering. 15 (2): R1 – R16.

„Amestecare microfluidică – Laboratoare Redbud”. redbudlabs.com. Arhivat de la original la 2 ianuarie 2018.

"Mixere de înaltă vâscozitate: mixere cu dubl și triplu arbore". Hockmeyer.com.

„Procesor continuu” http://www.dairynetwork.com/product.mvc/Continuous-Processor-0002

„Rotor asimetric de lamă”. Bakker.org. 16 decembrie 1998. Arhivat de la original la 14 august 2017.

"Rotor elicoidal de panglică". Bakker.org. 10 aprilie 1998. Arhivat de la original la 14 august 2017.

„Un ghid practic pentru dispersia de mare viteză”. Hockmeyer.com.

Ryan, David; Simmons, Mark; Baker, Michael (2017). "Determinarea câmpului de curgere din interiorul fluierului lichid Sonolator folosind PIV și CFD". Știința ingineriei chimice. pp 123–136.

Ryan, David; Baker, Michael; Kowalski, Adam; Simmons, Mark (2018). "Emulsificare folosind un fluier lichid" Sonolator ": o nouă corelație pentru mărimea picăturilor din experimentele pe scară pilot" (PDF). Știința ingineriei chimice. pp 369–379.

Ryan, David (2015). Investigarea dinamicii fluidelor și a emulsificării în fluierul lichidelor Sonolator (EngD.). Universitatea din Birmingham, Marea Britanie.

"Mixer de pulbere – Blender panglică – Calcul de proiectare și parametrii de funcționare cheie". Arhivat de la original la 16 februarie 2018. https://www.powderprocess.net/Equipments%20html/Ribbon_blender.html

Nagy B; și colab. (2017). "Monitorizarea spectroscopică Raman și controlul feedback al unui proces continuu de amestecare și comprimare a pulberilor cu două șuruburi". Int. J. Pharm. pp 21–29.

„AML – support.gale”. www.accessmylibrary.com .

Leab, Daniel J. (26 aprilie 1985). Cititorul istoriei muncii University of Illinois Press, https://books.google.ro/books?id=XSybNRCfYn0C&pg=PA336&dq=%22Banbury+mixer%22+history&redir_esc=y&hl=ro#v=onepage&q=%22Banbury%20mixer%22%20history&f=false

https://examples.yourdictionary.com/examples-of-heterogeneous-mixture.html

https://www.researchgate.net/publication/305692349_The_heterogeneous_to_homogeneous_transition_for_slurry_flow_in_pipes

https://www.cedengineering.com/userfiles/Pneumatic%20Conveying%20Systems.pdf

https://www.vtt.fi/inf/julkaisut/muut/2015/VTT-R-06143-15.pdf