Míchání a homogenizace směsí Míchání je hydrodynamický proces, při kterém je různými způsoby vyvoláván vzájemný pohyb částic míchaného materiálu.

Transkript

1 Míchání a homogenizace směsí Míchání je hydrodynamický proces, při kterém je různými způsoby vyvoláván vzájemný pohyb částic míchaného materiálu. Účelem mícháním je dosáhnout dokonalé, co nejrovnoměrnější homogenizace (stejnorodosti) všech složek v celém objemu míchaného množství.

2 Míchání rozdělení Volné (volný pád v důsledku pohybu bubnu míchačky) Nucené (míchání pomocí lopatek, šneků apod.) Příprava emulzí, suspenze i směsi tuhých látek V kapalném prostředí V tuhém, sypkém a těstovitém prostředí

3 Míchání v kapalném prostředí Mechanické míchání hřídel s lopatkami Podle úpravy lopatek: lopatková, vrtulová, turbinová, zvláštní Podle frekvence otáčení: pomaloběžná, rychloběžná Pneumatické míchání probublávání pomocí plynu vystupujícího dolním koncem trubky ponořené do kapaliny

4 Míchání v tuhém, sypkém a těstovitém prostředí Obtížnější homogenizace míchané směsi než v kapalném prostředí Převážně mechanické mísiče: vsádkové, kontinuální Dle konstrukce: mísiče s rotující komorou, mísiče se stacionární komorou a vnitřním míchacím zařízením, gravitační mísiče, fluidní mísiče Faktory ovlivňující míchání: granulometrické složení, součinitel vnitřního tření, součinitel vnějšího tření, pevnost, charakterizovaná mezní pevností v tlaku a otěru, viskozita, měrná hmotnost Volbu zařízení pro míchaní dále ovlivňuje: Požadovaný stupeň homogenizace vsádky, doba potřebná k jejímu dosažení, nutná manipulace s materiály, snadnost čištění mísiče, schopnost rozbíjení shluků částic, omezení vzniku prachových částic a jejich úniku, ohřev, chlazení atd.

5 Míchání betonových směsí Gravitační (samospádové) lopatky jsou pevně připevněny na vnitřním obvodu bubnu míchačky vhodné pro malé množství, více vody, větší max. zrno kameniva užití: na staveništích, autodomíchávače

6 Míchání betonových směsí Nucené kvalitní beton při minimalizování době míchání vertikální osu otáčení druhy: buben pevný otáčí se hřídel s lopatkami, pevná hřídel s lopatkami otáčivý buben výhody: možnost využití velkých objemů až do 3,5 m 3, krátké doby míchání, max. 60 s, vysoká účinnost homogenizace směsí, vysoký stupeň automatizace, možnost výroby speciálních betonů (barevné betony, betony s rozptýlenou výztuží atd.)

7 Míchání betonových směsí Aktivační vysoké otáčky voda proniká rovnoměrně mezi zrna cementu zrna cementu se otírají nárust počáteční pevnosti betonu vyšší počáteční i konečné pevnosti a úsporu cementu příprava injektážních malt, sanační malty otáčky rotoru min ot/min

8 Míchání v kapalném prostředí

9 Velikost odstředivé síly Dosazení obvodové rychlosti otáčení do vzorce pro odstředivou sílu F Obvodová rychlost ω = 2 π f r zvětšení odstředivé síly lze dosáhnout snadněji zvětšením počtu otáček, než zvětšením poloměru bubnu

10 Pracovní příkon míchadla příkon tok mechanické energie z míchadla do míchaného materiálu příkonového kritéria P o P o = f ( R em, F TM, Γ 1, Γ 2, ) Když je míchadlo v normálním chodu, spotřebovává se energie na překonání tření lopatek o kapalinu, tj. na překonání odporu prostředí. Příkonové kritérium

11 Příkonové kritérium Reynoldsovo kritérium Froudeho kritérium Geometrické poměry Γ (geometrické uspořádání míchadla)

12 Definice simplexů geometrické podobnosti Simplex Definice Význam symbolů Γ1 D/d b - šířka narážky Γ2 H/d D - vnitřní průměr nádoby Γ3 H2/d d - průměr míchadla Γ4 b/d H - výška kapaliny Γ5 h/d H2 - výška spodní hrany míchadla nad dnem nádoby Γ6 nl h - výška míchadla Γ7 nb nl - počet lopatek míchadla Γ8 sin α nb - počet narážek v nádobě α - úhel sklonu lopatek míchadla

13 Oblast proudění

14 Účinnost míchání Procento směšování x C < 50 % C > 50 % Index míchání při n odebraných vzorcích

15 Doba homogenizace Při stupni homogenizace 0,95 považujeme vsádku za dobře homogenizovanou Doba míchacího cyklu = + +

16 Modelování zařízení Geometrie zařízení, frekvence otáčení Model a dílo jsou ve stejném poměru Geometrická podobnost modelu a díla při turbulentním režimu proudění Dva způsoby modelování: 1. Stejná hodnota veličiny příkonu míchadla 2. Konstantní obvodová rychlost konců lopatek míchadla

17 1. Stejná hodnota veličiny příkonu míchadla Za podmínky Pracujeme v automodelové oblasti Hustota vsádky je stejná na modelu i díle Doba homogenizace za předpokladu turbulentního proudění

18 2. Konstantní obvodová rychlost konců lopatek míchadla Frekvence otáčení míchadla Doba homogenizace díla pro dosažení shodného stupně homogenity jako na modelu

19 Protokol Šestilopatkovým míchadlem s rovnými, šikmo skloněnými lopatkami o průměru 600 mm se promíchává plastifikační přísada do betonu o hustotě kg/m 3 a dynamické viskozitě 44 mpa s ve válcové nádobě vnitřního průměru mm, vybavené čtyřmi stěnovými narážkami 180 mm širokými. Výška plnění nádoby je mm, vzdálenost spodní hrany míchadla nad dnem činí 540 mm. Vypočtěte: a) příkon míchadla, je-li frekvence otáčení 200 min -1, b) jak se změní příkon míchadla, zvětší-li se jeho frekvence otáčení o 50%.