Dispergace kapalina - kapalina v mechanicky míchaných reaktorech

Abstract

Disertační práce je zaměřena na dispergaci nemísitelných kapalin v mechanicky míchaných reaktorech. Teoretická část práce je zaměřena na mechanizmus rozpadu kapek vlivem turbulentního proudění, rovnováhu sil vedoucí k rozpadu kapek, a teorie vedoucí k rovnicím velikosti kapek dispergovaného systému. Dále jsou zde také diskutovány vlivy vlastností dispergovaného systému na výsledky experimentálních měření uvedených v literatuře. Experimentální část se věnuje kinetice dispergace a časovému vývoji distribuce velikostí kapek v různých částech mechanicky míchaného reaktoru. Experimenty byly prováděny ve válcové nádobě s narážkami v modelovém systému nemísitelných kapalin destilovaná voda – silikonový olej. Pro výzkum dispergace byly použity dva typy míchadel: Rushtonova turbína a zubové míchadlo. Velikost kapek byla vyhodnocována pomocí obrazové analýzy ze snímků dispergovaného systému, které byly pořizovány vysokorychlostní kamerou přímo v kontrolním objemu. Dále byla provedena analýza vlivů na přesnost zvoleného způsobu neinvazivního experimentálního měření a způsobu vyhodnocení. Časový průběh Sauterova středního průměru kapek byl porovnán s odvozenými modely z literatury, a pro vybraný model byly odvozeny rovnice pro predikci parametrů modelu pro modelový systém nemísitelných kapalin. Významným poznatkem bylo, že rozložení dispergovaná fáze je v kontrolním objemu není homogenní pro oba typy míchadel a liší se dle zvolené oblasti měření. Dále bylo zjištěno, že k získání relevantních výsledků je potřeba dosáhnout minimálního počtu vyhodnocených kapek a významný vliv na počet vyhodnocených kapek měly parametry systému pro pořizování snímků, a nastavení obrazové analýzy. Dále byl zkoumán vliv vnitřní intermitence na dispergaci.

The doctoral thesis focuses on the dispersion of immiscible liquids in mechanically agitated reactors. In the theoretical part, the mechanism of drop break-up due to turbulent flow, forces equilibrium leading to drop break-up, and theory leading to the drop size equations of a dispersed system are described. Furthermore, the effects of the properties of the dispersed system on the results of experimental measurements reported in the literature are also outlined here. The experimental part is focused on the kinetics of dispersion and the time evolution of the drop size distribution in different parts of the mechanically agitated reactor. The experiments were carried out in a cylindrical vessel with baffles, and model system of immiscible liquids distilled water - silicone oil was used. Two types of impellers were used for dispersion investigation: a Rushton turbine and a Sawtooth impeller. Drop size was evaluated from captured images of the dispersed system, which were taken by a high-speed camera directly in the control volume. Furthermore, an analysis of the effects on the accuracy of the chosen method of non-invasive experimental measurement and evaluation method was carried out. The time course of the Sauter mean drop diameter was compared with derived models from the literature, and for the selected model, equations were derived to predict model parameters for a model system of immiscible liquids. An important finding was that the distribution of the dispersed phase in the control volume is not homogeneous for both types of impellers and differs according to the chosen measurement area. It was found that to obtain relevant results, it is necessary to achieve a minimum number of evaluated drops, and the parameters of the image acquisition system and image analysis settings had a significant influence on the number of evaluated drops. The effect of internal intermittence on dispersion was investigated also.