Laboratóriumi mérések eredményei

A laboratóriumban végzett kísérletek eredményeit a korábban bemutatott módszerekkel értékeltem ki (tartózkodási idő eloszlás függvény alakja, holt idő, tartózkodási idő várható értéke, homogenitás függvény, szegregáció).

A tartózkodási idő eloszlás függvényeket ábrázoló diagramon (74. ábra) az láthatjuk, hogy betáplált oldat sűrűségétől függetlenül a nagylaboratóriumban gyorsabban megkapjuk az elvárt oldat sűrűséget a kilépési csonkon. Negatív ugrás függvény betápláláskor a kis laboratóriumban 579 min, míg a nagy laboratóriumban 429 min kellett a 1002.2 kg m^-3 sűrűség eléréséhez. Pozitív ugrás függvény alkalmazásakor a nagy laboratóriumban 436 min kellett, míg a kis laboratóriumban

113 640 min. Ezek a különbsége igen jelentősek, 1013.6 kg m^-3 sűrűségű oldat betáplálásakor 3.4 h, mely megközelíti a 3.53 órás átalagos tartózkodási időt.

1002.2 kg m^-3 betáplált oldat vizsgálatakor a különbség 2.5 h. Ennek oka lehet, hogy a nagy laboratóriumi tartályban nagyobb a holt térfogat, mint a kis laboratóriumiban. További észrevétel, hogy nagy laboratóriumban a betáplált oldat sűrűségétől függetlenül az átlagos tartózkodási idő legalább kétszerese kell, hogy a tartály teljes tartalma a kívánt sűrűségű oldatot tartalmazza. Ehhez képest a kis laboratóriumi tartályban negatív ugrás függvény esetén legalább 2.8-szorosa, míg 1013.6 kg m^-3 betáplálás esetén minimum a tartózkodási idő 3-szorosa szükséges.

74. ábra: Kis és nagy laboratóriumi tartályban a tartózkodási idő eloszlás vizsgálatok alkalmával kapott tartózkodási idő eloszlás függvények

a; 1002.2 kg m^-3 b; 1013.6 kg m^-3 betáplálás esetén

A tartózkodási idő várható értéke (28. táblázat), mind negatív, mind pozitív ugrás függvény alkalmazásakor kisebb a nagy laboratóriumi tartályban végzett kísérletek során, mint kis laboratóriumi párjainál. Az átlagos tartózkodási időnél, 3.53 h, minden esetben kisebb értéket kaptunk a tartózkodási idő várható értékére.

Nagy laboratóriumban a betáplált oldat sűrűségétől függetlenül ugyanakkora a tartózkodási idő várható értéke (2.21 és 2.23 h). Ez a kis laboratóriumban némileg eltért, de a két tartózkodási idő várható értéke (2.75 és 2.90 h) között 9 perc a különbség, mely a mérés teljes időtartamát tekintve elenyésző, így ebben az esetben is tekinthetjük közel ugyanakkorának. A hold-back értékére a nagylaboratóriumban szintén nincs hatással a betáplált oldat koncentrációja, viszont 1002.2 kg m^-3 esetén a kis laboratóriumban számolt, 0.35, csőjelleget nem kapjuk vissza. 1013.6 kg m^-3

114 (41 min) kisebb holtidőt mértem, mint a kis laboratóriumban (55 min). Töményebb oldat betáplálásakor a nagy laboratóriumban 5 min-ot, míg a kis laboratóriumban 2.5 min-ot kaptam, viszont ez köszönhető annak, hogy a nagy laboratóriumban ritkább a mintavételezés.

28. táblázat: A méretnövelés hatása a tartózkodási idő várható értékére, a hold-backre, a holtidőre és a holt térfogatra (lab.: laboratóriumi)

1002.2 kg m^-3 1013.6 kg m^-3 nagylaboratóriumi tartályban a keveredés beigazolódni látszik. Számításaim szerint a nagy laboratóriumban (38, 37 %) közel kétszer akkora a holt térfogat, mint a kis laboratóriumi tartályban (22, 18 %). Nagy laboratóriumban a holt térfogatra nincs hatással a betáplált oldat sűrűsége, a kis laboratóriumban is a 4 % különbség variancia nem kalkulálható. Kis laboratóriumi tartályban végzett kísérletek kiértékeléséhez a grafikus módszert (17. ábra) használtam. A két módszer közös

115 alkalmazásakor figyelembe kell venni, hogy a meghatározás menetének következtében mások a nevezetes szélsőértékek. Nagy laboratóriumi tartály vizsgálatakor 1002.2 kg m^-3 sűrűségű betáplálás esetén (S=0.120) a szegregált rendszer jellemzője dominál, míg 1013.6 kg m^-3 (S=0.003) egyértelműen tökéletesen kevert rendszer szegregációs értékét kaptam. A kis laboratóriumi mérések során is ezt a trendet tapasztaltam. Negatív ugrás függvény vizsgálatakor a kis laboratóriumi tartályban (S=0.155) az ideális csőre jellemző szegregáltság mutatkozik (szegregáció pozitív előjelű), nem a holt térfogat jellegű (negatív előjelű), ez a definícióból (1.6 fejezet) adódik. Továbbá erősebb a szegregáltsági fok, mint nagy laboratóriumi társánál. Pozitív ugrás függvény alkalmazásakor egyértelműen tökéletesen kevert üstre (S=0) jellemző értéket kaptam (S=0.007) úgy, mint a nagy laboratóriumi tartály esetén ahol szintén molekuláris szinten kevert rendszer szegregációját kaptam.

29. táblázat: A méretnövelés hatása a szegregációra (*grafikus módszerrel meghatározott, lab.: laboratórium)

1002.2 kg m^-3 1013.6 kg m^-3 Nagy lab. Kis lab. Nagy lab. Kis lab.

Szegregáció

(-) 0.120 0.155* 0.003 0.007*

A recirkulációs vizsgálatok összehasonlítása céljából a kilépési csonk mellett elhelyezett elektródokon mért adatokból számolt homogenitást alkalmazom (75.

ábra). Nagy laboratóriumi eredményekben a kis laboratóriumban tapasztalt

„hígulási” fázist nem figyeltem meg. Kezdetben a homogenitás értékek közel együtt haladnak, majd a nagylaboratóriumban elérem a 95 %-os homogenitást, ami tovább nő, majd stabilizálódik 100 %-on. A nagy laboratóriumban a 37. percben értem el a 95 %-os homogenitási küszöb értéket, mely közel azonos időpont a kis laboratóriummal (33.5 min), viszont a kis laboratóriumban a végső 95 %-os homogenitási értéket a 236. percben mértem vissza a hígulási szakaszt követően. A recirkulációs mérés alkalmával is azt figyeltem meg, hogy a homogenizálódási folyamat gyorsabban lejátszódik nagyobb méretben, mint kisebben.

116 A nagy laboratóriumban a megnövekedett holt térfogat oka és annak, hogy a keverési folyamatok gyorsabban lejátszódnak ebben a méretben, a térfogat fajlagosra jutó betáplált kinetikus energia (2-8) növekmény lehet. A kislaboratóriumi tartály esetén ez 7.74·10^-4 kg m^-2s^-2, nagy laboratóriumi tartály esetén egy nagyságrenddel nagyobb, 2.11·10^-3 kg m^-2s^-2. Nagy laboratóriumi tartályban elképzelhető, hogy a folyadék elemek pályája közvetlenebb a belépő és kilépő csonk között, mint a kis laboratóriumi tartályban továbbá a kis laboratóriumi tartályban a diffúzió, mint sebesség meghatározó folyamat jobban érvényesül, mint nagyobb térfogatban. Továbbá megjegyezendő, hogy a kis laboratóriumi méretben a gravitáció hatványozottan érvényesül a nagylaboratóriumi mérethez képest. A különbségek nem a méretnövelés hibájából fakad, hiszen az áramlás minőségét jellemző mérőszámok (pl.: szegregáció, tartózkodási idő) közel megegyeznek.

75. ábra: Kis és nagy laboratóriumi tartályban a kilépési csonk mellett elhelyezett elektródokon kapott homogenitás