Twoim problemem jest to, że powszechną NICOŚĆ mylisz z osobistą PUSTKĄ
Reologia właściwości reologiczne cieczy- surowce i produkty ze względu na złożoną strukturę i skład chemiczny, wykazują różne zachowanie pod wpływem działania sił. - W przypadku cieczy- przepływ i wewnętrzne ścinanie( w wyniku działania siły)
*Środowisko poddane działaniu siły przeciwstawia sie temu
*Opór środowiska wynika z tarcia wewnętrznego między cząsteczkami płynu, które przemieszczaja się jedne względem drugich pod wpływem przyłożonej siły
*Ilościowe(policzalne)wyrażenie prawa tarcia wewnętrznego w cieczach sformułował Newton- siła tarcia jest wprost proporcjonalna do powierzchni trących i gradientu prędkości F=µA(dn/dl) µ=η F= η A(du/dl)
WSP. µ proporcjonalności- WSP. lepkości dynamicznej.
dzielac to wyrazenie przez A: tał τ= η (du/dl) V=u, h=l. Naprezenie styczne τ=F/A [Pa]
Szybkosc scinania: γ=du/dl [m/s / m= s do -1], du-roznica predkosci pomiedzy dwoma sasiadujacymi warstwami, dl- roznica grubosci warstwy.
lepkosc dynamiczna: η= τ / γ [Pa*s] naprezenie styczne/szybkosc scinania.
lepkosc kinematyczna: υ = η /ro [m2/s].
rownanie newtona: η= τ / γ . lepkosc= naprezenie scinajace/szybkosc sciania.
Własciwosci cieczy niutonowskich wykazują klarowne soki owocowe i ich koncentraty, oleje.ich przeplyw w pewnym zakresie naprezen i szybkosci scinania ma char liniowy.
Większość surowców, półproduktów i gotowych wyrobów ma krzywe płynięcia krzywoliniowe(w wielu przypadkach nie przechodzą przez poczatek układu współrzędnych)-ciecze nie niutownowskie
W przypadkach tych cieczy lepkość i konsystencja jest wymiennie stosowana.
ciecze niutonowskie: ich przeplyw w pewnym zakresie naprezen i szybkosci scinania ma charakter liniowy (woda, herbata)
Granica płyniecia τ0. maksymalne naprezenie styczne τ przy predkosci scinania γ=0 [sdo-1] jesli: Fzew<Fwew (subst nie plynie), Fzew>Fwew (sub plynie).
RównanieHerschela-Burkleya
pozwala opisać podstawowe typy krzywych płynięcia
τ = η (du/dl) do potegi s + τ0. s-wspolczynnik stanowiacy miare odchylenia danej cieczy od p.niutonowskich. s=1 -ciecz plastyczna (Binghama) sa te ketchupy,sosy,polewy. τ0= 0 i 0<s<1 - ciecz pseudoplastyczna(emulsje, zawiesiny, piany); τ0= 0 i 1<s< nieskonczonosc - ciecz dylatancyjna; o<s<1 - wlasciwosci miedzy ciecza plastyczna a pseudoplastyczna np pasty, przeciery.
równanie Cassona (gdy równanie Herschela-Burkleya nie jest w stanie opisać właściwości reologicznych) dobrze opisuje równanie czekolady płynnej. pierwiastek z τ = pierw z τ0 + η *pierwiastek z du/dl.
-w roztworach koloidalnych i zawiesinach -agregacja cząsteczek i tworzenie struktur wewnętrznych; -Ścinanie cieczy wywołuje naruszenia struktur wewnętrznych, oraz zmienia położenie skupisk cząsteczek względem siebie; -Ustanie ścinania umożliwia powrót układu do stanu wyjściowego lub tworzenia nowych struktur
Ciecze -tiksotropowe- lepkość(konsystencja) układu zmniejsza sie w miare przedłuzania sie czusu scinania przy stałej predkosci scinania -reopektyczne- zjawisko odwrotne (zjawisko bardzo rzadkie, nie wystepuje w przemysle spozywczym)
Tiksotropowe własciwosci cieczy ulegaja zmianom przy kilkakrotnych i powtarzajacych sie po sobie okresach scinania i wypoczynku (relaksacji).Czas upływajacy miedzy tymi cyklami wpływa na własciwosci cieczy i odbudowanie cieczy (stuktury) jest tym wieksze mi czas relaksacji dłuzszy.
Na lepkosc wpływaja; η = f(S, T, P, du/dl, t, V) -fizykochem wł badanego materiału, temperatura, cisnienie, szybkosc scinania, czas napiecie
Metody pomiaru wiskozymetry- pomiary lepkosci w zaleznosc od predkosci scinania (czasu i temperatury) *absolutne (reometry) wyniki w podstawowych jednostkach fiz *wiskografy badaja lepkosc w jednostkach umownych, warunkach umownych
Reometria zajmuje sie ilosciowym wyznaczaniem wlasnosci reologicznych na drodze doswiadczalnej. metody wiskozymetrycznej. wiskozymetria -wyznaczanie zaleznosci miedzy naprezeniem stycznym a szbkoscia scinania płynu. wystepuja nastepujace przepływy: -w przewodzie cylindrycznym (reometry kapilarne), -miedzy dwoma wspolosiowymi cylindrami, -miedzy stozkiem a plytka, -miedzy dwoma rownoleglymi plytkami. reometria kapilarna: płyn jest przetłaczany przez cylindryczny przewod o gladkiej pow wew; parametry moga byc dobrane tak aby przepływ był ustalony, izotermiczny, laminarny. zalety: tani przyrzad, latwy do zbudowania, tani w obsludze, mozna uzyskac wysokie szybkosci scinania, latwa regulacja temp, przeplyw kapilarny jest podobny do wielu procesow przem, mozna badac proces pecznienia i zniksztalcenia wytloczki. wady: trudnosci z zapewnieniem wlasciwego przeplywu, efekty wylotowe. Reometr współosiowy cylindryczny zalety: -nie wystepuje ograniczenie czasu w którym próbka może być ścinana -zastosowanie płynów o niższej lepkości -duże pole powierzchni wirujących -łatwość ograniczenia parowania (naskórek-mały kontakt substanicji z powietrzem) Wady: -przegrzewanie materiału -przy płynie o dużej lepkości trudności z wypełnieniem -trudności z usunięciem pęcherzyków gazu
Model kelvina Odkształcenie jest równe w każdym z badanych elementów: γs= γ d= γ; a naprężenie jest sumą naprężeń tłumika i sprężyny. τs+ τ d= τ
Naprężenie w modelu kelvina od odkształcenia względnego. Moduł ten obrazuje właściwości lepko-sprężyste ciała stałego .
Moduł maxwella (szeregowy) Naprężenie zeleży od szybkości odkształcenia względnego. τs= τ d= τ ; γs+ γ d= γ
MIESZANIE -polega na wzajemnym przemieszczaniu się różnych cząstek środowiska w celu uzyskania lub utrzymania jego jednorodności. może przebiegać:-samorzutnie, np. dzięki dyfuzji składników układu ; -wymuszony sposób w skutek doprowadzenia z zewnątrz energii, np. za pomocą mieszadeł. / W wyniku mieszania następuje intensyfikacja wielu przemian fizykochemicznych, procesów przenoszenia ciepła i masy. Zazwyczaj mieszanie przyspiesza przebieg samoistnego rozwarstwiania się, np. wyrównanie stężeń. Rzadko proces ten przebiega odwrotnie do samoistnego rozwarstwiania się, np. przy powstawaniu emulsji. Stosuje się w celu urozmaicenia składu mieszaniny 2 lub więcej składnikowe. Składniki mieszanin mogą mieć różny stan skupienia.Różne rodzaje mieszanin:- m. w środowisku ciekłym,- ciał stałych,
- ciał plastycznych,- gazów lub par z cieczami.
Składniki podlegające mieszaniu muszą występować w różnych ilościach. 1 ze składników jest w przewadze w stosunku do pozostałych i stanowi fazę ciągłą. Pozostałe składniki- faza rozproszona- trzeba trak rozprowadzić w fazie ciągłej, aby uzyskać zamierzony rezultat mieszania. Dlatego trzeba wprowadzić je w ruch, aby zmienić położenie cząsteczek poszczególnych składników.
W zależności od ciśnienia panującego podczas mieszania mieszalniki dzieli się na:
- aparaty bezciśnieniowe- pracują przy ciśnieniu atmosferycznym
- ciśnieniowe- pracują przy ciśnieniu większym niż ciśnienie atmosferyczne,
-podciśnieniowe- pracują przy ciśnieniu mniejszym niż ciśnienie atmosferyczne
Urządzenia do mieszania: aparat w którym jest mieszanie ze sobą różnych substancji (stałych, ciekłych i gazowych), w sposób wymuszony niezależnie od zachodzących procesów fizykochemicznych nazywa się mieszalnikami.
O budowie mieszalnika decyduje:- rodzaj mieszanej substancji,- zastosowane mieszadło, - budowa zbiornika.
MIESZALNIKI: gdy fazą ciągłą jest ciecz można prowadzić sposobami:
1. mechaniczne- za pomocą mieszadeł,2. pneumatyczne- za pomocą energii strumienia gazów wprowadzanych do cieczy,3. przepływowe (strumieniowe)- przez wymieszanie strumieniami przepływowymi cieczy. M.mechaniczne- mieszadła :- łapowe, - śmigłowe,- turbinowe.Mieszadła o innych rozwiązaniach konstrukcyjnych:
- płytowe,- ramowe,-kotwicowe koliste.
Przebieg procesu mieszania zależy od sposobu cyrkulacji cieczy w mieszalniku, a sposób ten głównie od:-rodzaju mieszadła,- typu zbiornika.
Uwzględniając dominującą składową prędkości, dokonuje się często podziału mieszadeł na grupy:- strumień okrężny (styczny)- łapowe, kotwicowe, ramowe;
- strumień promieniowy- turbinowe zakryte;- strumień osiowy- śmigłowe.
M. ŁAPOWE:-wytwarzają głównie okrężną cyrkulację cieczy, a cyrkulacja osiowo- promieniowa jest nieznaczna-jeżeli wysokość słupa cieczy w zbiorniku jest znaczna lub ciecz jest stosunkowo lepka, wzdłuż wysokości wału umieszcza się 2-5 rzędów łopatek
-zaletą- prosta konstrukcja, niska cena, nawet wtedy gdy materiał nie stanowi podstawowej pozycji w kosztach ich budowy-wadą- mała intensywność mieszania
-są najdogodniejsze do mieszania cieczy o małej lepkości (do 0,1 Pa*s)
M. SMIGŁOWE:-do mieszania cieczy o umiarkowanej lepkości (do 6Pa *s)
-mieszanie przy dużych prędkościach-wada- duży koszt ich wykonania
-przy dużych prędkościach obrotowych powstaje lej, który może odsłonić nawet całe śmigło-zmniejsza przy tym zapotrzebowanie mocy, zaczyna się zasysanie powietrza, a efektywność mieszania gwałtownie spada-aby nie powstał lej mocuje się na ściankach zbiornika listwy lub wał mieszadła jest umieszczony nie w osi zbiornika, lecz pod pewnym kątem// M.TURBINOWE-element roboczy- turbinka obracająca się na pionowej osi.-Ze względu na konstrukcję dzielimy na:-turbinowo- łapowe,-turbinowo- łopatkowe,- turbinowe mieszadło talerzowe-mieszadło turbinowo- łopatkowe zamknięte.
-do mieszania cieczy o dużej lepkości i różnej gęstości, szczególnie do tworzenia emulsji bardzo przydatne są mieszadła turbinowe typu talerzowego.
MIESZANIE MECHANICZNE: Do mieszania cieczy o małej lepkości (do0,05 Pa *s) stosuje się mieszadła płytowe. Szczególnie przydatne przy mieszaniu cieczy podczas pod czas rozpuszczania ciała stałego oraz do mieszania mechanicznego intensyfikacji wymiany ciepła. Kombinacja prostych mieszadeł łapowych z łopatkami pionowymi i poziomymi są mieszadła ramowe stosowane do mieszania cieczy o dużych objętościach. W porównaniu z mieszadłami płytowymi wywołują one większą burzliwość cieczy w całej objętości, co polepsza efektywność mieszania.
-szerokie zastosowanie: mieszadła kotwicowe, koliste, których kształt ściśle odpowiada kształtowi zbiornika, w którym pracują.-przy mieszaniu cieczy o dużej lepkości (do200Pa *s)i przy dużej objętości zbiornika mieszalnika stosuje się mieszadła mechaniczne o ruchu planetarnym. ZBIORNIKI MIESZALNIKÓW: najczęściej kształt cylindryczny, dno płaskie lub wypukłe, o różnym kształcie (stożkowe, elipsoidalne) są zwykle ustawione pionowo, rzadziej poziomo.
MIESZANIE PNEUMATYCZNE:
-polega na doprowadzeniu do cieczy gazu przez odpowiednie otwory w mieszalniku,
-mieszanie cieczy jest dzięki ruchowi pęcherzyków w górę i dzięki płynącym w dół strumieniom cieczy; -może być stosowany do mieszania cieczy o lepkości do 200Pa *s i do mieszania materiałów ziarnistych, np. ziarna podczas procesu moczenia przy produkcji słodu; -wprowadzenie gazu do cieczy mieszanej mechanicznie zmniejsza moc mieszania w wyniku mniejszej gęstości i lepkości cieczy i w wyniku mieszania pneumatycznego,; -zmniejszenie może mieszania może dochodzić do 70%mocy zużywanej podczas mieszania mechanicznego, zależnie od ilości gazu znajdującego się aktualnie w cieczy; -nie ma większego zapotrzebowania w przemyśle spożywczym, głównie ze względu na duże zapotrzebowanie na energię i silne napowietrzanie mieszanej substancji; -ma zastosowanie do surowców i produktów spożywczych odpornych na utlenianie lub gdy napowietrzanie jest procesem pożądanym.
MIESZANIE PRZEPŁYWOWE: -przeprowadzane w sposób ciągły, -można mieszać: ciecz + ciecz, ciecz + sproszkowane ciało stałe lub gaz; -zasada ich działania: zetknięcie ze sobą i wymieszanie 2 strumieni różnych składników (lub większej liczby strumieni) ;-mieszalniki o działaniu ciągłym wymagają krótszego czasu mieszania i zużywają mniej mocy do uzyskania tego samego efektu technologicznego co mieszalniki o działaniu okresowym,; -mieszanie w mieszalnikach okresowych to kilka minut, a o działaniu ciągłym kilka sekund; -w mieszalnikach o działaniu ciągłym mieszadła są nieruchome, mieszanie uzyskuje się dzięki wykorzystaniu energii kinetycznej strumieni płynów; -coraz częściej używa się mieszalników statycznych , które są wprowadzone bezpośrednio do rurociągów i dzięki swej złożonej budowie zapewniają burzliwość przepływu.
MIESZANIE CIAŁ SYPKICH Róznice między mieszaniem ciał ciekłych a sypkich wynikają z odrębnego charakteru zachowania się cząstek ciała stałego, w prównaniu z cieczą w warunkach dynamicznych – mieszanie ciał sypkich przedstawia szczególne trudności jeśli składniki różnią się współczynnikiem kształtu, wielkością i gęstością w związku z czym dążą do rozwarstwiania //Mieszarki-od sposobu mieszania: -z mieszadłami mechanicznymi- przesypowe – pneumatyczne
Mieszarki przesypowe- nie mają czynnego mieszadła,mieszanie zachodzi podczas obrotu zbiornika mieszarki – materiał wewnatrz mieszarki jest podnoszony w góre za pomocą różnego typu przegród, a następnie spada w wyniku działania siły ciężkości – efektem wielokrotnego przesypywania jest duża jednorodność mieszaniny – w celu polepszenia intensywności w większości rozwiązań konstrukcyjnych mieszarek bębnowych wewnątrz bębna są instalowane różnego typu elementy intensyfikujące mieszanie umożliwiające transport mieszaniny wzdłuż osi obrotu bębna – stopniowe przesuwanie materiału sypkiego podczas mieszania w kierunku wsypu uzyskuje się przez niewielkie pochylenie bębna// Mieszarki pneumatyczne – działają na zasadzie mieszania materiałów sypkich w strumieniu powietrza , są stosowane do mieszania dużych ilości składników, homogenizacji, aglomeracji proszków – mieszanie odbywa się za pomocą gazu (sprężonego powietrza)wstrzykiwanego przez dyszę mieszającą, co pewien czas tworząc główne strumienie mieszające – prędkości wylotu gazu z dyszy wynosi 200-400m/s – w wyniku dużej energii kinetycznej , gaz unosi mieszany materiał i wprowadza go w ruch dookoła ścian zbiornika – maja błonę zabezpieczającą przed wysokim spadkiem ciśnienia ZAGNIATARKI –do mieszania takich składników jak pasty , ciasta często z dodatkami rozdrobnionych ciał stałych lub cieczy – celem jest uzyskanie nie tylko jednorodnego kształtu lecz również wytworzenie odpowiednich właściwości technologicznych przez zagniatanie masy, napowietrzanie, i nadanie jej określonych cech mechanicznych-proces jest prowadzony w mieszalnikach o specjalnej konstrukcji – są wyposażone w mieszadła o dużej wytrzymałości mechanicznej , wykonujące wolny ruch obrotowy dookoła własnej osi lub ruch złożony – składniki ulegają wymieszaniu w wyniku ich przemieszczania rozrywania – mogą pracować w sposób ciągły lub okresowy
RUCH MASY Wymiana masy-wszystkie te procesy, w których następuje przemieszczanie się składnika lub składników przez granice faz lub wewnątrz tej samej fazy.Siła napędowa- różnica potencjałów chemicznych składnika, a w szczególności może to być różnica wartości stężenia, ciśnienia i temperatury.
- zjawisko powszechne w procesach technologicznych, stosowanych w przemyśle spożywczym; -w większości przypadków jest to proces kontrolowany i decyduje o możliwości uzyskania danego produktu; -może przebiegać samorzutnie i może prowadzić do obniżenia jakości gotowego produktu
Przykł. Proc.:-suszenie: woda przemieszcza się przez granicę faz z ciała stałego lub cieczy do otaczającego gazu;- krystalizacja: substancja krystalizowana przechodzi z roztworu do kryształu ;- ekstrakcja: składnik lub składniki ekstrahowane przechodzą z ciała stałego lub cieczy do rozpuszczalnika;- absorpcja: rozdział mieszaniny gazowej lub usunięcie z niej jednego ze składników ;-adsorpcja: proces w którym wykorzystuje się zmiany stężenia składnika na powierzchni rozdziału faz, spowodowane oddziaływaniem sił powierzchniowych;- destylacja: rozdzielanie mieszanin ciekłych, polegająca na wykorzystaniu przejścia fazowego ciecz-gaz;-solenie i peklowanie: sól i składniki mieszanki peklującej przechodzą z roztworu do wnętrza tkanki;-wędzenie: składniki dymu wędzarniczego wnikają do wnętrza ciała stałego
MOLEKULARNY RUCH MASY ( DYFUZJA)
-przenoszenie masy odbywa się w nieruchomym ośrodku, wówczas wynika ono z termicznego ruchu cząstek. Spontaniczny ruch cząst. z miejsc o stęż wyższym do niższym; -może być ustalona lub nieustalona w czasie
I PRAWO FICKA DLA CIECZY- molekularne przenoszenie masy (dyfuzja) występuje w płynie pozostającym w spoczynku lub poruszającym się ruchem laminarnym
- gdy p,T= const siłą napędową procesu dyfuzji jest różnica stężeń, a gęstość strumienia masy w warunkach ustalonych jest ujęta
nA = DA (- dcA / d ) nA= 1 / l2-l1 * DA ( cA1- cA2 )
nA – gęstość strumienia masy składnika A w kierunku l [ mol/m²s]
DA – współczynnik dyfuzji składnika A [ m²/s ] ; cA – stężenie składnika A [mol/m²]
l – odległość [m]
I PRAWO FICKA DLA GAZÓW -rozpatrując roztwory gazowe posługujemy się prężnością par składników zamiast ich stężeniem ( zakładamy, że roztwór gazowy zachowuje się jak gaz doskonały) cA = pA/R*T
pA- prężność pary składnika A [Pa]; R- stała gazowa [ I/mol *K];
nA = 1 / l2 – l1 * DA (cA1-cA2) ; nA = 1 / RT(l2- l1) * DA (pA1 – pA2)
OPÓR DYFUZYJNY RUCHU MASY-gęstość strumienia masy składnika to stosunek siły napędowej procesu dyfuzji do oporu dyfuzyjnego
nA = cA1-cA2 / l2-l1/DA = ∆c / Rdyf
Rdyf = l/ DA opór molekularnego ruchu masy w cieczy lub w ciele stałym
Rdyf = RTl / DA dla fazy gazowej
DYFUZJA NIEUSTALONA- np. rozpuszczanie ciała stałego spoczywającego na dnie zbiornika wypełnionego cieczą ∂cA / ∂τ - DA V²cA – rA =0
rA- szybkość tworzenia lub zaniku składnika w wyniku reakcji chemicznej [ mol/ m²]
II PRAWO FICKA rA = 0 (nie ma reakcji) ∂cA /∂τ – DA V²cA =0
KONWEKCYJNY RUCH MASY...