Оборудование заводов по переработке пластмасс

Основные закономерности ламинарного смешения

Смешение высоковязких жидкостей является следствием дефор­маций сдвига и растяжения, под влиянием которых увеличива­ется поверхность раздела смешиваемых ингредиентов (линей­ный размер исходного агрегата при этом уменьшается) и вырав­нивается (в результате неупорядоченного движения) распреде­ление ингредиентов в объеме смеси.

Ffl

Рис. 4.10. Схема процесса ламинарного смешения (стрелки показывают на­правление смещения граней):

А — исходное состояние смеси; б — после незначительной деформации (частицы ДФ вы­тянулись, и поверхность раздела увеличилась); в — после значительной деформации сдвига (частицы ДФ сильно вытянулись, поверхность раздела возросла в сотни раз, текстура смеси близка к случайной).

Предположим, что смешивают две вязкие жидкости А и ВР исходное состояние которых представлено на рис. 4.10. Пусть г0 — характерный размер частиц, из которых состоит дисперги­руемая фаза (ДФ) А. Разделим мысленно весь объем смеси на элементарные кубики с размером грани г0. В результате смеше­ния поверхность раздела между компонентами А и В должна увеличиться и компонент А должен равномерно распределиться по всему объему смеси с тем, чтобы дисперсия концентрации компонента А в любой серии проб, отобранных от смеси, стре­милась к значению Оф2, определяемому уравнением (4.2а). Если предположить, что деформированные поверхности раздела оста­ются плоскими, то объем дисперсной среды (ДС), ограниченной поверхностями раздела, равен V=S'r/2 (здесь S' — суммарная поверхность раздела после деформации, г — среднее расстояние между вытянутыми в полосы элементами ДФ). Деформация сдвига, обеспечивающая заданную степень изменения ширины полос в простейшем случае одномерной деформации сдвига, оп­ределяется выражением

Isl — г q

Где ї)2 и г|і — эффективная вязкость ДФ и ДС соответственно.

Выражение (4.13) выведено при условии оптимальной ори­ентации поверхностей раздела смешиваемых фаз относительно направления деформации сдвига. В случае одномерного сдвига связь между ориентацией поверхностей раздела и направлением деформации сдвига, выраженная через угол а, характеризуется формулой

Г0/г = Vі + У2с°*2 а ~ У cos а (4-14)

Если поверхность раздела нормальна к вектору смещения, угол а«*0. По мере развития деформации сдвига угол та возра­
стает, а интенсивность увеличения поверхности раздела снижа­ется. Поэтому на практике каждый ламинарный смеситель снаб­жается приспособлениями для периодической переориентации поверхностей раздела относительно направления деформации сдвига. Это достигается периодическим поворотом сдеформиро - ванного материала, в котором поверхности раздела фаз вытяну­ты в направлении деформации, на угол, примерно равный я/2. При этом поверхности раздела вновь оказываются оптимально ориентированными относительно последующей деформации сдвига. Момент переориентации обычно совпадает с развитием деформации сдвига, примерно равной 3—5 единицам деформа­ции. Суммарная деформация, подсчитанная из выражения,(4.13), естественно, должна сопровождаться соответствующим числом актов переориентации.