Механизмы процессов смешении

Многие процессы смешения основаны на молекулярной диффузии. Например, после удаления перегородки, разделяющей два газа, происходит их взаимная диффузия, в результате которой получается однородная смесь газов. Подобным же образом могут быть смешаны две жидкости, но на это, в зависимости от вязкостей этих жидкостей, уйдет гораздо больше времени.

Из-за высокой вязкости роль диффузионного механизма в смешении расплавов полимеров очень незначительна.

При турбулентном движении жидкости, если эта жидкость является основным компонентом, процесс смешения идет достаточно интенсивно. Такой процесс называется турбулентным смешением.

Однако процессы смешения высоковязких жидкостей происходят в условиях ламинарного течения.

Все существующие способы описания процессов смешения могут быть разделены на:

• — эмпирические способы;
• — способы, основанные на использовании диффузионной модели процесса переноса;
• — способы, использующие закономерности случайных процессов;
• — способы, основанные на ячеистой модели переноса частиц (они разработаны только для процессов непрерывного смешения);
• — способы, в которых изменение концентрационного поля представлено как результат деформации сплошной среды;
• — способы, использующие гидродинамические закономерности течения исследуемой среды.

Эмпирические способы предполагают определение качества смеси (К_с), выраженного в тех или иных единицах и зависящего от конструктивных и технологических параметров смесителя Х_с(С = 1;2;3;…п), физикомеханических характеристик компонентов Х_к (К = 1;2;3;…т) и времени смешения /.

Однако зависимость вида K_c=f (X_c; Х_к; I) не отражает физической картины процесса смешения. За исходные соотношения при использовании способов, основанных на диффузионных механизмах, принимаются аналогии первого и второго закона Фика:

где с — концентрация; t — время; V — средняя скорость потока; / и R — длина и радиус аппарата для смешения; D, и D_c- коэффициенты продольного и поперечного перемешивания.

Способы, основанные на диффузионной модели переноса, применяются иногда для исследования и описания смешения высоковязких жидкостей в смесителях со сложной гидродинамикой потока. Однако коэффициенты D, и D_c в силу их сложной зависимости от многих параметров, определяются лишь эмпирическим путем.

Первые три способа имеют один общий недостаток: с их помощью невозможно установить связь технологических параметров смешения, конструкционных параметров оборудования и реологических параметров смеси с качеством перемешивания.

Этих недостатков лишены способы, использующие гидродинамические закономерности течения рассматриваемой среды.