Основные процессы и аппараты технологии промышленных взрывчатых веществ - Генералов М.Б.
ISBN 5-94628-130-5
Скачать (прямая ссылка):
Следуя этому механизму диспергирования, в потоке со сплошной плотностью рс среды возникают турбулентные пульсации скорости. Они обусловливают появление разности динамических напоров Ap = = (w\- м^)рс/2 = W1Pjl (здесь W1, W2 - скорости сплошной среды на противоположных сторонах капли). Отношение силы результирующего динамического напора, стремящегося деформировать и разорвать каплю диаметром d, к силе поверхностного натяжения, стремящейся сохранить каплю, оценивается критерием Вебера
203
.р где стм — коэффициент поверхностного натяжения на границе капли и сплошной среды.
Повышение критерия We приводит к увеличению деформации капли, и при достижении его критического значения (на уровне We = 12) капля разрывается. Следовательно, при прочих равных условиях разрыв капли определяется параметром w2, в свою очередь зависящим от масштаба турбулентных пульсаций.
Согласно теории локальной изотропной турбулентности, если масштаб пульсации /п больше диаметра капли d, то эти относительно крупные вихри перемещают каплю без ее разрушения. Дробление капли наблюдается, когда масштаб относительно мелких вихрей /п < d.
Параметр w2 (флуктуация среднеквадратичной скорости за пределами d) по А.Н. Колмогорову для диапазона /п < d определяется соотношением [1]
где е - диссипация (рассеяние) энергии в единице массы сплошной среды; C1 — коэффициент пропорциональности.
Для практического использования соотношения (6.7) диссипацию энергии выражают через мощность N, подводимую конкретным дис-пергатором к массе среды, заключенной в объеме V:
" Для стабилизированного режима эмульгирования (установившиеся скорости диспергирования и коалесценции капель) критерий Вебера имеет некоторое постоянное значение:
w2 = C1 (ed)1/3,
(6.7)
Pc^
N
= const
и
d-r м
2 Pf(WZV)0-4'
(6.8)
где C2 - некоторый постоянный параметр.
204 Из выражения (6.8) следует, что размер образующихся капель уменьшается с падением межфазного поверхностного натяжения стм и ростом средней плотности эмульсии рс, а также с увеличением подводимой на диспергирование удельной мощности N/V.
Теория изотропной локальной турбулентности качественно правильно отражает влияние показателей (N/V), рм, рс на процесс диспергирования жидкостей, однако не учитывает известный из экспериментов факт образования капель разного размера {распределение капель по размеру). Это связано главным образом со следующими причинами:
• капли находятся под действием вихря турбулентного потока разное время, в ряде случаев недостаточное для образования равновесного диаметра d, отвечающего формуле (6.8);
• одновременно с диспергированием наблюдается и обратное явление — коалесценция капель, в результате в смеси появляются капли большего размера, чем это следует из теории;
• в соответствии с выражением (6.7) параметр w2 зависит от масштаба мелких вихрей In, а параметры /п в турбулентном потоке сами распределены по размеру, что может привести к образованию и более мелких капель по сравнению с теоретическими расчетами.
Таким образом, возникает проблема установления среднего размера капель и закона их распределения по размерам.
Средний размер капель - диаметр d, связан с удельной межфазной поверхностью а и объемной долей дисперсной фазы ф [(1 м3 дисперсной фазы)/(1 м3 объема системы)]. Эту связь можно выявить из следующих соображений. Заменим неодинаковые по размерам капли, находящиеся в 1 м3 эмульсии, на п шарообразных капель с теми же суммарной поверхностью и объемом. Тогда средний объемно-поверхностный диаметр таких капель d32 определяется соотношениями
_ n(nd2) п(кР / 6)
Im3 Im3
И
I
_ d3 _ 6ф _ 6(1 - Є) d a а
где є — объемная доля сплошной (дисперсионной) среды.
Применение формулы (6.8) для определения диаметра di2 правомерно при введении поправки на величину ф. На основании экспериментальных исследований для эмульсий рекомендуется расчетная формула следующего вида:
205 <8,d) ¦ -да.-
>»"»:»!• if;
где C,m — эмпирические константы.
Распределение капель по размерам подчиняется нормально-логарифмическому закону, а вероятность логарифма доли капель текущего размера характеризуется нормальным распределением. Этот закон, присущий вообще большому числу случайных событий, установлен теоретически и подтвержден обширными экспериментами для широкого круга дисперсий, в том числе при эмульгировании жидкостей.
Перемешивающие устройства для эмульгирования. Диспергирование жидкостей для образования эмульсий может осуществляться при перемешивании взаимно нерастворимых жидкостей с использованием быстроходных типовых мешалок (турбинных закрытого типа, пропеллерных с дифузором, лопастных и др.), аппаратов со специальными мешалками [2], а также в статических смесителях [4].
Турбинные мешалки имеют форму колес турбин с плоскими, наклоненными или криволинейными лопатками, укрепленными, как правило, на вертикальном валу. В аппаратах с турбинными мешалками создаются преимущественно радиальные потоки жидкости, а при их работе с большой скоростью вращения наряду с радиальным потоком возникает и тангенциальное (круговое) течение.
