Emulgieren und Dispergieren -3- Tropfenbruch Flashcards
(31 cards)
Tropfen-Deformation und Aufbruch sind eine Folge von was?
Strömungskräften, die in der kontinuierlichen Phase erzeugt werden
Was sind die Formerhaltende Kräfte die den deformierende Kräften (beim Aufbruch) gegenüber stehen?
der Grenzflächenspannung an den Phasengrenzen eines Tropfens mit Radius bzw. dem Kapillardruck
Welche Mechanismen zum Tropfenaufbruch in unterschiedlichen Strömungen gibt es?
- Scherung
- dehnung
- Trägheitskräfte in tubulenten Strömungen
Was sind die 5 wichtigsten Dimensionslosen Kennzahlen für die Aufbrechung von Tropfen?
- Reynolds-Zahl
- Kapillar-Zahl
- Viskositätsverhältnis
- Weber-Zahl
- Ohnesorge-Zahl
In rein laminaren Strömungsbereichen geben welche Zahlen an, ob eine Deformation ausreicht, um den Tropfen aufzubrechen?
- Kapillar-Zahl
- Viskositätsverhältnis
In turbulenten Strömungsbereichen geben welche Zahlen an, ob eine Deformation ausreicht, um den Tropfen aufzubrechen?
- Weber-Zahl
- Ohnesorge-Zahl
Welche deformationen wirken bei stationären laminaren Strömungen?
Es wirken überwiegend Scher- und Dehnspannungen auf die Tropfenoberfläche.
Wie kann die deformierenden Spannungen berechnet werden?
Die deformierenden Spannungen können aus der dynamischen Viskosität der tropfenumgebenden Phase ηc (kontinuierliche Phase) bzw. ηe (emulsion) und der Scher- bzw. Dehnrate berechnet werden
Was sagt die kritische Kapillar-Zahl aus?
Daran erkennt man wann der Tropfen (radius) aufbricht.
-> Das Viskositätsverhältnis λ (zwischen disperser und umgebender Phase) ist für die Höhe der kritischen Kapillar-Zahl entscheidend
Woher weiß man, wie viele Tochtertropfen von welcher Größe beim Aufbruch entstehen? (laminare Strömung)
Durch das Verhältnis von Kapillarzahl zur Kritischen Kapillarzahl. Ca/Cacr
im laminaren Scherfeld werden Tropfen in welchem Bereich des Viskositätsverhältnisses zerkleinert und warum?
im Bereich 0,1 < λ < 1
- > größer: rotieren die Tropfen in der Strömung, werden aber nicht deformiert und nicht aufgebrochen
- > kleiner: Tropfenaufbruch erschwert
Wie ist der Einfluss des Viskositätsverhältnisses in laminaren Dehnströmungen?
Viel geringer als in Scherströmungen. Deswegn kleiner als dort.
-> Dehnströmung ist effektiver zur Tropfenzerkleinerung
Welche zwei notwendige Kriterien zum Tropfenaufbruch sind zu erfüllen? (laminare Strömung)
- Ausreichend hohe Deformation Ca > Cacr
- ausreichend lange Deformation: tdef > tdef,char
Wann ist ein Tropfenauschluss Stationär?(laminare Strömung)
die Spannungen deutlich länger auf die Tropfen wirken , als diese zur Deformation benötigen
Von welchen größen hängt die charakteristische Aufbruch- oder Deformationszeit tdef,char bei laminaren Scherströmungen ab?
- Viskosität der dispersen Phase
- Differenz von anliegender Schubspannung
- Kapillardruck
Worin unterscheidet man im turbulenten strömungsfeld den Aufbruch von Tropfen?
Man unterscheidet daher den turbulent-trägen (Tropfen > kleinste Wirbel) und den viskos-turbulenten (Tropfen < kl. Wirbel) Tropfenaufbruch.
! diese überlagern sich häufig!
Wie funtioniert träge-turbulenter aufbruch?
Verursacht von kleinsten Wirbeln erfährt der Tropfen lokale Druckdifferenzen an der Oberflä- che aufgrund der Geschwindigkeitsdifferenzen. Diese Druckschwankungen deformieren die Oberfläche des Tropfens bis zur Zerkleinerung.
-> Der resultierende Tropfendurchmesser ist proportional zur Dissipation der kinetischen Energie des Wirbels
Wie funtioniert viskos-turbulenter aufbruch?
Die Tropfen werden viskosen Spannung ausgesetzt, die durch den Geschwindigkeitsgradient im Strömungsfeld entstehen. Dieses ist lokal näherungsweise laminar, der Tropfen erfährt also Dehn- und Scher- bzw. Rotationsspannungen.
-> Die resultierende Tropfengröße ist proportional zur Energiedissipation
Welches Charakteristische Merkmal hat jede Hochdruck-Dispergiereinheit?
eine starke Strömungsverengung
Welche möglichkeiten zur Strömungsverengung gibt es?
- Hochdruckblenden
- HDH-Flachventile
Was gibt die Kavitationszahl an?
Die Kavitationszahl σ gibt die Wahrscheinlichkeit für Auftreten von Kavitation an
Was beschreibt die Thoma-Zahl Th?
Die Thoma-Zahl Th beschreibt das Verhältnis von Gegendruck zu Eintrittsdruck. (bei Hochdruckblenden) Je größer umso stärker wird Kavitation verhindert.
welchen Einfluss hat Kavitation auf das Emulgierergebniss?
Durch Kavitation wird das Emulgierergebnis verschlechtert, das Produkt mit Abrieb verunreinigt und die Homogenisiereinheit mechanisch zerstört. Kavitation wird daher durch Anlegen von Gegendruck unterdrückt. Dies kann durch Anlegen eines Gegendrucks (Ventil oder 2. Hochdruckblende) realisiert werden.
Wo findet der Topfenaufbruch bei einer Blende statt?
Der Tropfenaufbruch findet nicht in der eigentlichen Blende (Strömungsverengung), sondern im Nachlaufbereich statt.
