Mieszanie materiałów ziarnistych – jest często stosowane w różnych procesach przemysłowych.
Średnica zastępcza ziarna – Charakterystyczny wymiar liniowy ziarna wprowadzony z przyczyn
występowania nieregularnego kształtu ziarn.d2, która najczęściej jest definiowana, jako średnia kuli mająca tą
samą objętość, co dane ziarno. Gdy dany materiał składa się z 2-ch frakcji ziarnistych zatrzymanych między
2-ma sitami, o wymiarach oczek, wówczas średnia średnicę ziarna definiuje się jako d2=(a1a2)^0,5.
Porowatość materiałów ziarnistych – Materiał ziarnisty o masie „m” zajmuje większą objętość, niż była
jednolita o tej samej masie. przez porowatość ,materiału ziarnistego rozumie się stosunek objętości
przypadającej na pory do objętości V przypadającej na pory i ziarna E=Vo/V.
Kształt ziarna - określa się przez czynnik kształtu (fi) definiowany jako stosunek powierzchni ziarna do
powierzchni kuli o tej samej objętości co ziarno.
Powierzchnia właściwa materiału ziarnistego jest to sumaryczna powierzchnia ziaren przypadająca na
jednostkę masy lub objętości materiału ziarnistego.
Podstawowe parametry opisujące dynamikę materiałów ziarnistych: zasadniczą cechą odróżniająca
materiały ziarniste od fazy rzeczywistej stałej jest zdolność ośrodka sypkiego do płynięcia, co przejawia się
występowaniem tarcia pomiędzy ziarnami. Materiały ziarniste w odróżnieniu od cieczy mogą przenieść
naprężenie ścinające również w spoczynku. Niektóre materiały ziarniste wykazują cechę zwaną spójnością (
łączenie ziaren zmniejsza energię powierzchniową) przez co poddane obciążeniom zachowują kształty
tworząc sklepienia i pionowe ściany
Naturalny kąt zsypu - powstaje podczas zsypywania materiału ziarnistego na płaszczyznę poziomą przy
niewielkiej prędkości strumienia masy. Toczące się cząstki materiału w dół po usypisku tworzą stok pod
pewnym kątem do poziomu zwanego naturalnym kątem zsypu 30-400.
Stopień zmieszania – Skład materiału zmieszanego powinien być jednakowy w różnych jego objętościach.
Takie zmieszanie w rzeczywistości jest stanem mniejszego lub większego nieuporządkowania.
Mechanizm operacji mieszania – W trakcie tej operacji na ziarniste cząstki materiału działają siły w różnych
kierunkach a ich ruch jest efektem wypadkowym działania tych sił. Mechanizm mieszania zależy od budowy
mieszalnika i sposobu prowadzenia procesu. Można tu wyróżnić następujące procesy zachodzące w trakcie
mieszania a) Tworzenie się w macie materiału ślizgających się po sobie płaszczyzn ziaren b)przenoszenie
grup cząstek z jednego położenia w mieszalniku w inne c) wymiana pozycji między pojedynczymi cząstkami
materiału ( mieszanie dyfuzyjne) c)rozpraszanie pojedynczych cząstek pod wpływem ich zderzeń lub uderzeń
o ścianki mieszalnika e) rozcieranie wzajemne ziaren.
Ujednorodnianie zawiesin - Zawiesiny to cząstki stale zawieszone w cieczy, Emulsje – krople jednej cieczy
zawieszone w innej niemieszającej się z pierwszą. Piana –mieszanina cicz-gaz( gaz znajduje się w cieczy).
Układy złożone, w których może wystąpić jednocześnie emulsja i piana, emulsja, piania i zawiesina.
Warunki wytwarzani zawiesiny w mieszalnikach – Ocena momentu, w którym ziarna ciała stałego będą w
całości uniesione z dna naczynia i rozprowadzone w cieczy, tworząc zawiesinę nie jest łatwa i może odbywać
się wizualnie, jeżeli mieszalnik jest przeźroczysty, oraz pobierając próbki i określenie stopnia zmieszania.
Wytworzenie zawiesiny nie jest równoznaczne z uzyskaniem równomiernego stężenia cząstek stałych w całej
mieszaninie. Aby uzyskać dobre rozprowadzenie ziaren, ruch cieczy powinien być turbulentny. Zasadniczą
częścią mieszalników do mieszania cieczy i ziaren ciała stałego są dwie tarcze obracające się w przeciwnych
kierunkach. Ciecz A i b oraz ziarna doprowadza się na tarcze przez co mieszają się intensywnie. Tarcze
wykonują 500 – 3000 obr/min. Stosunek gęstości proszku do gęstości cieczy może wynosić nawet 8:1.
Lepkość zawiesin - Zachowanie się zawiesin o dużym stężeniu fazy rozproszonej jest inne niż cieczy bez
zawiesiny. Wydłużone cząstki, a nawet makrocząsteczki są dodatkowo źródłem burzliwości, która może
wystąpić nawet przy Re>10. Krytyczna wartość liczby reynoldsa maleje ze wzrostem średnicy jak ich
stężenie. Lepkość zawiesin zależy od kształtów wymiaru masy ziaren, rozkładu wymiarów tych cząstek,
objętości zajmowanej przez cząstki, ładunku elektrycznego na granicy ciało stale – ciecz oraz od stężenia
objętościowego tych cząsteczek.
Ujednoradnianie past - pasty to mieszaniny proszków z niewielką ilością cieczy. Przykładem past może
być plastyczna glina. Reologiczne zachowanie się past opisuje równanie ł=ło+np.(du/dy)
Przepływ płynu przez złoże ziarniste -
gdy płyn przepływa przez łoże ziarniste, to w zależności od charakteru przepływu oraz względnego ruchu
materiału ziarnistego i płynu można wyodrębnić następujące kategorie – przepływ przez złoże nieruchome
(ziarna lub brył materiału spoczywają nieruchomo podtrzymywane dnem sitowym, natomiast płyn przepływa
kanałami w przestrzeni międzyziarnowej. Złoże może być ewentualnie unieruchomione górnym sitem.
Przepływ tego rodzaju występuje w filtrach, wieżach adsorpcyjnych, suszarniach materiałów sypkich) –
przepływ płynu przez złoże ruchome ( ładunek ziarnisty porusza się np. obsuwa do dołu, dzięki czemu jest
zapewniony ciągły przepływ fazy przez aparat. Przykładem takiego przepływu jest przepływ gazów i
materiałów w wielkim piecu.) przepływ przez złoże fluidalne ( po przekroczeniu pewnej określonej prędkości
płynu stały materiał drobnoziarnisty zostaje upłynniony. Ziarna unoszą się i opadają (cyrkulacja) w zawiesinie
o dużym stężeniu. Następuje tu intensywne mieszanie spowodowane cyrkulacją ziaren. Parametry ładunku są
bardzo wyrównane, co bywa wykorzystywane w wielu procesach technologicznych np. w procesie mieszania
mat, ziarnistych.
Sedymentacja zawiesin - sedymentacja zawiesin polega na zagęszczaniu zawiesin w wyniku osiadania
cząstek stałych. Prędkość przepływu płynu wypieranego do góry przez ciało stałe lub prędkość wymuszona w
urządzeniach o działaniu ciągłym są mniejsze od prędkości opadania,. Proces wykorzystywany bywa do
rozdziału proszków na odpowiednie frakcje ziarnowe.
Transport pneumatyczny lub Hydrauliczny – ziarna ciała stałego są unoszone w postaci rzadkiej zawiesiny
w strumieniu płynu przepływającego z dużą prędkością. Własności układu zalezą od prędkości względnej obu
faz. Stężenie fazy stałej w strumieniu jest małe. Aby cząstki małe nie były odprowadzane z mieszalnika a
duże nie opadały, mieszalnik powinien mieć kształt odwróconego ściętego stożka. Gdyby mieszalnik miał
kształt rury od stałym promieniu wówczas cząstki o małych wymiarach oraz małej gęstości byłyby
transportowane przez gaz poza mieszalnik. Użycie mieszalnika o kształcie stożkowym będzie powodować
opadanie ziaren małych o dużym ro i dużych ziaren o małym ro., gdy z uwagi na zwiększającą się średnicę
mieszalnika zostanie osiągnięta prędkość równowagowa da tych ziaren. Intensywne mieszanie w takim
mieszalniku występuje, dlatego, ze w dolnej części (poniżej przekroju) prędkość gazu będzie wyższa niż
równowagowa dla największych ziaren, i dlatego cząstki w takim mieszalniku będą poddawane
intensywnemu mieszaniu spowodowane cyrkulacją ziaren. Parametry ziaren mogą być bardzo wyrównane.
Takie mieszanie stosuje się wówczas, gdy niewskazane jest użycie cieczy.
Rozdzielanie zawiesin - w zależności od wielkości cząstek znajdujących się w zawiesinie ciekłej stosuje się
filtrację, gdy cząstki są większe oraz ultrafiltrację, gdy cząstki są o 2-3 rzędy większe niż cząstki cieczy,
Filtracja polega na zatrzymaniu cząstek stałych na odpowiedniej przegrodzie, a przepuszczaniu cieczy. Gdy
cząstki są poniżej 0,5 m filtrację stosuje się ciśnieniowo. Gdy wymiary cząstek są powyżej 0,5 mówi się o
filtracji konwencjonalnej.
Filtracja Ciśnieniowa - w procesach zatężania bardzo rozcieńczonych roztworów oraz oczyszczania
rozpuszczania w rozpuszczonych w nim substancji. W procesie rozdzielania mieszaniny dwuskładnikowej, w
której przegroda zatrzymuje jeden składnik a przepuszcza rozpuszczalnik i drugi składnik. W procesie
frakcjonowania r-rów wieloskładnikowych. Stosuje się wówczas układy przegród, z których każda odznacza
się specyficzną przepuszczalnością dla określonego składnika
Przegrody mikroporowate - mikrostruktura przegród jest gąbczasta o średniej wielkości porów 500 – 5000
A. Ostrość granicy rozdzielczej wynika z krzywej rozkładu wielkości porów, którą ciągłe. Wszystkie
cząsteczki o średnicy większej niż najmniejsze por, ale mniejszej niż największy por zostają zatrzymane tylko
częściowo, odpowiedni do rozkładu wielkości porów.
Przegrody dyfuzyjne - są to takie żelowate, przez które rozpuszczalnik i substancja rozpuszczona przenikają
na skutek dyfuzji. Szybkość z jakąś przenikają poszczególne składniki przez przegrodę zależy od wielkości
cząstek oraz ruchliwości segmentów łańcuchów polimerów, z których wykonane są przegrody
Szybkość filtracji – w przypadku przegród porowatych szybkość przenikania przez nie cieczy zależy od
ciśnienia przed i za przegrodą. W przypadku przegród dyfuzyjnych, większość zależy od wielkości gradientu
stężenia substancji rozpuszczonej. Filtracja rozpuszczalnika jest zależna od ciśnienia. Filtracja przez
przegrodę dyfuzyjną jest o 1-2 rzędy wielkości wolniejsza niż przez przegrodę porowatą. Za pomocą filtracji
(przy użyciu przegród porowatych) można rozdzielić tylko te cząstki, których rozmiary różnią się miedzy
sobą znacznie. W przypadku małej różnicy i małych rozmiarów stosuje się przegrody dyfuzyjne. Zaletą
przegrody dyf, jest również gładkość powierzchni, która w odróżnieniu od przegrody porowatej nie zatyka się,
co umożliwia dłuższą eksploatację. Szybkość filtracji zależy od grubości przegrody filtracyjnej. Im przegroda
jest cieńsza, tym filtracja szybsza. Jedną z poważnych przeszkód jest tworzenie się na powierzchni przegród
warstwy o dużym stężeniu. Wpływ grubości tej warstwy na wielkość liczby Re Zwiększenie turbulencji w
przepływie zmniejsza grubość. W procesie filtracji r-rów makrocząsteczkowych duże stężenie substancji
filtrowanej w warstwie przyściennej przy przegrodzie może doprowadzić do przekroczenia iloczynu
rozpuszczalności substancji rozpuszczonej, przez co na powierzchni osadza się warstwa osadów w postaci
żelu. Szybkośc filtracji zależy w od rodzaju przegrody, ale i od aparatury zapewniającej odpowiednią
szybkość przepływu rozdzielanie zawiesiny.