Froude-Zahl
Froude-Zahl angewendet auf Pulvermisch-Anwendungen
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| Zusammenfassung des Abschnitts |
|---|
| 1. Berechnung der Froude-Zahl |
| 2. Froude-Zahl-Referenzwerte für gängige Pulvermischer |
1. Berechnung der Froude-Zahl
Wie lautet die Froude-Zahl-Formel?
Pulvermischung basiert auf der Bewegung der Partikel, die Teil der zu mischenden Rezeptur sind. Die Bewegung kann von verschiedenen Typen sein, und verschiedene Ausführungen von Mischern entsprechen unterschiedlichen Mischprinzipien.
Mischer werden oft anhand der Froude- Zahlklassifiziert. Bedeutung der Froude-Zahl: Diese dimensionslose Zahl definiert das Mischregime in Abhängigkeit von ihrem Wert.
Froude-Zahl ist definiert in Gleichung 1 [Perry]:
Gleichung 1: Froude-Zahl-Formel
Mit
R = Mischerradius oder Radius des Mischwerkzeugs
ω = Winkelgeschwindigkeit
Sie kann in einer praktischeren Form für Pulvermischer mit einem Mischorgan (Rührwerk) in Gleichung 2 ausgedrückt werden:
Gleichung 2: Froude-Zahl Berechnung für Mischer mit Mischwerkzeug (Band, Paddel usw.)
Mit
u = Umfangsgeschwindigkeit des Mischwerkzeugs
D = Durchmesser des Mischwerkzeugs
Wofür wird die Froude-Zahl verwendet?
Was ist die Froude-Zahl? Die Froude-Zahl vergleicht 2 Kräfte:
Fr = (Kräfte außer Schwerkraft, hauptsächlich Zentrifugalkräfte) / Schwerkraft
- Wenn Fr < 1 bedeutet dies, dass die Schwerkraft stärker ist als die Zentrifugalkräfte, das Pulver bleibt in der Wirbelschicht des Mischers, bewegt sich, bildet aber keine Wolke
- Wenn Fr > 1 bedeutet dies, dass die Zentrifugalkräfte tendenziell stärker sind als die Schwerkraft: das Pulver neigt dazu, angehoben und in der Luft im Mischer suspendiert zu werden.
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2. Froude-Zahl-Referenzwerte gängiger Mischer
Wichtige Anwendung der Froude-Zahl: Mischregime in Trockenpulvermischern
Unter den industriell eingesetzten Mischern für die Pulvermischung schlägt die folgende Tabelle eine Klassifizierung nach der Froude- Zahl
vor: Tabelle 1: Mischer klassifiziert nach ihrer Froude- Zahl und Mischprinzip
| Fr | Mischklasse | Mischertyp | Vorteile | Nachteile |
|---|---|---|---|---|
| < 1 | Diffusion | Freifallmischer V-Mischer Doppelkegelmischer Behältermischer Trommelmischer |
Sehr einfache Konstruktion Geringer Energiebedarf Sanftes Mischen Keine Mischwerkzeuge in der Anlage Zuverlässigkeit Gute Reinigungszugänglichkeit |
Lange Mischzeiten Kann keine gute Durchmischung für Pulver mit sehr unterschiedlichen Partikelgrößen erreichen Entmischungseffekte können auftreten |
| < 1 | Konvektion | Schubmischer Bandmischer Schneckenmischer |
Erzielen im Allgemeinen bessere Mischungsergebnisse als Diffusionsmischer Geringer Energieeintrag Allgemein weniger kostspielig als Paddel- oder Pflugschar-Mischer |
Lange Mischzeit Mechanische Komplexität Zugang zur Reinigung Kann das Produkt bei langer Mischzeit beschädigen |
| > 1 | Konvektion | Paddel-Mischer Pneumatische Mischer |
Kurze Mischzeit Schonendes Mischen Geringer Energieeintrag Guter Zugang zur Reinigung (bei einigen Ausführungen mit entnehmbaren Wellen möglich) Paddel-Mischer sind auch in kontinuierlicher Mischausführung erhältlich Bei Paddel-Mischern kann eine Flüssigkeitseinspritzung vorgesehen werden |
Kosten im Vergleich zu Diffusionstrommeln / Bandmischern Bei Flüssigkeitseinspritzung neigt das System zur Agglomeration – dann sind zusätzliche Mischelemente mit höherer Scherwirkung erforderlich Bei pneumatisch erzeugter Wirbelschicht muss auf das Risiko von Entmischung durch "schwebende" Feinanteile an der Oberfläche des Mischers geachtet werden |
| >> 1 | Konvektion Scherung |
Pflugschar-Mischer Hochscher-Mischelemente |
Kurze Mischzeit Reduziertes Risiko von Pulveragglomeration Auch in kontinuierlicher Mischausführung erhältlich |
Erhöhte Pulverzerkleinerung Hoher Energieeintrag Kosten |
Eine weitere Klassifizierung kann in Abhängigkeit vom Prozess vorgeschlagen werden, in den die Mischer integriert sind: Charge oder kontinuierlich. Während Chargenmischer wahrscheinlich den Großteil der industriellen Anwendungen abdecken, können bestimmte Mischertypen (z. B. Paddel-Mischer) auch im kontinuierlichen Betrieb eingesetzt werden, was für bestimmte Prozesse vorteilhaft sein kann.
3. Froude-Zahl-Rechner
Hier können Sie einen kostenlosen Excel-Rechner für die Froude-Zahl öffnen: Froude-Excel-Rechner