浮遊物質
懸濁液(サスペンション)は、固体と液体からなる不均一混合物です。懸濁物質は、流体中に分散した固体粒子です。流れやブラウン運動によって、粒子を浮遊状態に保つことができます。
粒子径は数ナノメートルから数ミリメートルに及びます。多くの場合、固体の密度は液体の密度よりも高くなります。静止状態では、粒子が小さいほど浮遊状態を長く維持でき、沈降速度は遅くなります。対照的に、大きな粒子はより速く沈降します。固形分濃度は、粘度、密度、ならびに熱および物質移動に影響を与えます。
攪拌技術において、「懸濁状態の固体」には、完全懸濁のための最小回転数や固形分濃度などの相関式が頻繁に使用されます。中心的なアプローチは、攪拌翼の最小回転数に関するツウィーテリング(Zwietering)の相関式です。この状態では、底面に粒子が滞留することはありません。
N_js = S · g^0,45 · (ρ_s −ρ_L)^0,45 · d_p^0,13 · X^0,13 ·ρ_L^−0,85 ·μ_L^0,20
- N_js = 完全懸濁のための最小回転数 (s⁻¹ または min⁻¹)
- S = 経験的な形状係数(攪拌翼の形式、槽、邪魔板に依存)
- g = 重力加速度
- ρ_s = 固体粒子の密度
- ρ_L = 液体の密度
- d_p = 粒子径
- X = 固体の質量分率(または相関式の形式により体積分率)
- μ_L = 液体の動力学粘度
懸濁液の有効密度:
ρ_mix = (1 − φ_s) · ρ_L + φ_s · ρ_s
- φ_s = 固体の体積分率
高濃度懸濁液の有効粘度(近似式の例):
η_eff = η_L · (1 − φ_s / φ_max)^−[α]
- η_eff: 懸濁液の有効(見かけ)粘度
- η_L: 液相の粘度(固体を含まない純粋な流体)
- φ_s: 懸濁液中の固体粒子の体積分率 (0…1)
- φ_max: 最大充填固体体積分率(系が「閉塞」または極めてペースト状になる点。粒子の形状や分布に依存)
- α: 経験的指数(無次元)。φ_s の増加に伴う粘度の上昇度合いを表し、通常は測定データに基づいたフィッティングにより決定される
懸濁物質は、化学、食品、製薬、環境技術の分野で見られます。例としては、スラリー、結晶懸濁液、日焼け止め、顔料分散体、廃水などが挙げられます。