Понимание картины течения в эмалированных реакторов

Физическое моделирование и компьютерное моделирование дать ответ на выполнение эмалированных реакторов оснащены крыльчаткой отступать кривой палец перегородка.

Эмалированных реакторов РЕКВИЗИТЫ технологического оборудования в фармацевтической и химической промышленности speialty. Типичным эмалированных реакторов (рис. 1) включает в себя рабочее колесо отступать кривой (RCI; рис. 2) в нижней части сосуда и обычно одной перегородки установлены через сопло в сосуд головы. RCI с закругленными углами лезвие может ограничить вредное воздействие турбулентности при сохранении распространение по всей судна. Стекло накладки (термин "выравнивание" используется для обозначения стекла покрытие на агитатора и внутри бака) обеспечивает устойчивость к коррозии, легко моется, и устраняет загрязнение.

Отступление кривой лопасти RCI обеспечивает лучшую, чем радиальное радиальных колес потока с подобными энергетическими характеристиками. Рабочее колесо находится в нижней части судна максимально допустимый диапазон уровня жидкости и подготовить обращение от нижней к верхней части судна. Перегородка (иногда две перегородки), смонтирован из сопла в первую голову, потому что крепление на стороне эмалированное судно трудно. Крыльчатки и перегородка всегда округлые сечение без острых углов, потому что высокие напряжения в стекле может привести к хрупкому покрытия на провал.

В последние годы, улучшения в технологии смешивания и стекла формулировки привели к новой конструкции крыльчатки. Многие из предлагаемых стилей крыльчатки в смесителях сплава теперь доступны в эмалированных реакторов.

Однако, несмотря на развитие новых технологий крыльчатки, мало что было опубликовано о эксплуатационные характеристики смесительного оборудования. Даже такие основные сведения как энергетика число встречается редко либо кривой или отступления новых типов glasslined колес.

Вычислительная гидродинамика (CFD) можно описать трехмерный поток характеристики эмалированных реакторов. При правильном проверки, CFD можно использовать с уверенностью исследования оборудования и технологических изменений. Последние статьи о применении моделирования CFD перемешивания исследований (1, 2) обсудить некоторые текущие возможности моделирования. В данной статье рассматриваются конкретно на традиционных геометрии эмалированных реакторов.

Основные параметры

2 основных переменных в RCI оборудованных реакторов крыльчатки до танка диаметру (ДИТ) и перегородки типа.

Как правило, максимально возможным диаметром крыльчатки выбирается (до 70% от танка диаметре). Иногда размер открытия доступа судна ограничивает рабочее колесо диаметром всего лишь 30% от танка диаметре. RCI традиционных представляет собой сварную производство с 1-агитатора часть, состоящую из вала и рабочего колеса, которые должны соответствовать через отверстие в сосуде. При полном открытии цилиндрической головкой, открытие размер не является проблемой. В сварных голову, что характерно для больших реакторов, вал и рабочее колесо должно соответствовать по меньшей фланцевых отверстия в верхней крышке.

1-агитатора кусок дизайна необходимо до недавнего времени, чтобы для полного покрытия стекла. События с участием более жесткие допуски и криогенные установки сокращаться, позволили установить колеса и вала по отдельности. Дополнительную гибкость собраний в топливном баке снизил ограничения на размер крыльчатки и расширение возможностей для различных конструкций крыльчатки.

Различные конструкции перегородки (рис. 3) были предложены различными производителями на протяжении многих лет. Каждая конструкция имеет различное влияние на производительность перегородка.

Перегородки установлены сверху голову большого диаметра колес может распространяться только на глубине над колесом. Одного перегородка, которая не распространяется на рабочее колесо обеспечивает глубину менее чем оптимального вихрем контроля, особенно в области рабочего колеса.

Некоторые из первых опубликовал информацию о технических смесители касается потребляемой мощности для разных колес. Хотя отношения власти номер был разработан в 1930-е (3), более поздние работы (4) лежит в основе самых современных технологий крыльчатки.

Любой последовательный набор единиц и соответствующих коэффициентов пересчета сделать N ^ P ^ югу безразмерные. Это безразмерные природа делает значение N югу ^ P ^ не зависит от абсолютных размеров и в первую очередь функции крыльчатки геометрии. Влияние вязкости и любые закрученного потока, как правило, обрабатываются эмпирические корреляции между властью число, N ^ P ^ к югу, и числа Рейнольдса.

Значения крыльчатки числа Рейнольдса также отличаются от других форм N югу ^ Ке, в этом неспокойном условиях обычно существуют для N ^ югу Re ^> 20000 и ламинарных условиях произойти по югу N ^ ^ Re

Результаты тестов (4) показывают значительные различия между крыльчаткой власти озадачены и неэкранированный танков. Увеличилась мощность в недоумении танк связан с переходом от вращательного картина течения в вертикальной картина рециркуляции. Раштон и др.. (4) и др. Бейтс. (5) изучали прямых и изогнутых лезвия лезвия радиальной турбины потока. Мощность номера для прямых и изогнутых лезвия турбины же в турбулентной диапазоне, и лишь небольшие различия в интервале перехода. Хотя литература дает результаты измерений для многих видов готовых рабочих колес, с и без экранов, мало информации для крыльчатки отступать кривой, традиционно используемых в эмалированных реакторов.

Нагата (6) доклады власти номера Pfaudler стиле крыльчатки от 0,37 без перегородок и 0,73 с экранов. Koen (7) обеспечивает питание номера крыльчатки отступать кривой зависимости от вязкости (число Рейнольдса) и перегородки, а приведены на рисунке 4. Коэн посмотрел на экран шириной в процентах от эффективной площади в площадь проекции на экран пальцем. Как перегородка ширина растет, так что требования к питанию. Кроме того, требования по питанию в турбулентной круг стал практически постоянным с большим экранов. Это изменение в потребляемой мощности и последствия перегородка размер должен сопровождать изменение картины течения. Нагата (6) отчеты накачки номера (насосные емкости, разделенной на скорость вращения крыльчатки диаметром и кубе) от 0,23 без перегородок и 0,29 с экранов.

Экспериментальные работы, особенно в отношении новых рабочих колес или перегородка проекты, тесно, проведенные производителями оборудования.

Физическое моделирование

В качестве средства наблюдения картины течения и проверку компьютерной модели, макеты крыльчатки отступать кривой и ч стиле дефлектор (рис. 5) были построены для тестирования в 6-дюйм средах. (152 мм) судна. Эксперименты проводились с водой и глицерином типа жидкости с двумя различными крыльчатки при скорости вращения вала в недоумение и без перегородки конфигураций. Испытания, наблюдаемые с помощью Velocimetry частиц изображения (PIV) системы. Экспериментальные данные взяты на нескольких горизонтальных плоскостях и вертикальной плоскости, проходящей через центр резервуара. Оптических наблюдений были преобразованы в скорости векторных диаграмм, таких как рис 6. Диаграмм фазовой автоподстройки с крыльчаткой вращения наблюдать характеристики течения с лопастями в том же месте вращения.

Оба оптических наблюдений и векторных моделей, извлеченные из данных показывают сильные течения в области рабочего колеса. Тем не менее, почти нет разницы между результатами, полученными с учетом и без перегородки (рис. 7). Величины скоростей потока быстро падает по мере удаления от крыльчатки области растет, и только свидетельствует о значительном изменении направления выше уровня нижней оконечности перегородка.

Модель CFD

CFD исследования были проведены с программой ACUSOLVE; геометрической модели и дискретизации были выполнены использованием ICEM / CFD "autohexa" пакет. Полный 3-х мерная вычислительная модель была использована из-за несимметричного расположения создан единый экран. 3-мерная модель около 500 тысяч тетраэдрических элементов была построена, чтобы описать эмалированных реакторов проблемы и численно описать движение жидкости. Граничные условия с формами похожа на крыльчатку отступать кривой и ч перегородка условии, что внутренняя геометрия для данной модели. Оба давления и скорости были рассчитаны др. каждый узел (т. е. вершин тетраэдрических элементов).

Результаты, полученные с компьютерной модели были практически такими же, как результаты экспериментальной модели (рис. 8). Все величины скорости согласился с точностью 10%. Точные результаты были рассчитаны непосредственно, без произвольных параметров настройки для моделей турбулентности искусственной вязкости и т.д. изменение параметров геометрических вариаций модели, модели материала реологические свойства и тетраэдрических плотности элементов.

Осевой скорости представлены на рис 9, вверх возле стены и вниз вокруг центра, как и ожидалось с радиальные крыльчатки в нижней части цистерны. На уровне чуть выше и ниже крыльчатки перегородки (25% от уровня жидкости), скорости и без перегородки настолько похожи, что они не различимы. Скорости вращения на этом уровне в баке также не затрагиваются перегородка показано на рисунке 10.

Высшее в танк, на 40% от уровня жидкости, наличие перегородки можно наблюдать в расчетных профилей скорости. Единственный эффект от перегородка на осевой скорости величина находится в непосредственной области перегородки, как показано на рисунке 11. Тем не менее, экран четко ограничивает скорость вращения в верхней части корпуса, как показано на рисунке 12. Этот эффект перегородка в верхней части цистерны, потому, что поверхность замечания не показывают сильное движение закрученного в типичном эмалированных реакторов.

Общие замечания

Тот факт, что экспериментальные и компьютерные модели показывают незначительное влияние на экран в крыльчатки регионе имеет свои преимущества и недостатки.

Если перегородка контролирует лишь верхней части корпуса, большинство перегородка эффекты касаются ограниченного движения поверхности. Поверхность движения, что создает сильный вихрь может иметь желаемый эффект рисования жидкость или сухой порошок дополнений в жидком или нежелательный эффект включения и разгона нежелательных газов. Контроль поверхности движения, вероятно, увеличится с уровня жидкости, однако может ограничить максимальную интенсивность смешивания без привлечения вихря.

Если картины течения в нижней части корпуса не могли повлиять на экран, то многие страны с низким уровня жидкости смешение характеристик могут быть похожими на полный шихты. Турбулентных потоков или вихрей за лопастями, которые могут влиять на дисперсионные характеристики, вероятно, останется неизменной, уровня жидкости. Быстро урегулирования частицы могут иметь тенденцию отделить от жидкой закрученной в нижней части резервуара. Вращательного момента закрученной жидкости и дифференциальных массы частиц вызовет разделение, как в центрифуге.

Потому что колеса и перегородки работают несколько независимо, типа перегородка в эмалированных реакторов может иметь сильное влияние на процесс результаты, чем в сплаве танк приложений, где "стандарт" экранов ограничить закрученного по всей цистерны. Напротив может быть верно для крыльчатки типов, так как вращательное движение будет развиваться для любого рабочего колеса геометрии.

Различия в эмалированных и строительство реактора сплава также влияют на характеристики перемешивания. Эти различия и полезных и вредных. Одним из наиболее запутанных вопросов решать, когда различия в производительности смешивания повлияют на процесс, если он должен быть перемещен из одного типа реактора к другому. Чем больше мы знаем как о смешения и ее влияние на процесс, тем больше вероятность практического решения проблемы перемешивания может быть найдено.

Работы, описанные здесь, наряду с работах. 2 и 8, придает уверенность, что изменения, внесенные в модель может быть использована для оценки других характеристик эмалированных реакторов производительности.

ЛИТЕРАТУРА

1. Bakker, А. и др. /., "Дизайн реакторов с помощью CFD," Хим. Eng. Прогресс, 97 (12), с. 30-39 (декабрь 2001).

2. Kurkura, J., и др., "Понимание фармацевтической потоков", фармацевтическая технология, 26 (20), с. 48-72 (октябрь 2002).

3. Белый, А. М. и др., "Исследования в агитации, IV. Державой измерений," Trans. Айше, 30, с. 570-597 (1934).

4. Раштон, И. Н. и др.. "Власть характеристики перемешивания Рабочие колеса, часть I," Клиент. Eng. Прогресс, 46 (8), с. 395-404, и "... Часть II", 46 (9), с. 467-476 (1950).

5. Бейтс Р., и др.. ", Рассмотрение некоторых геометрических параметров рабочего колеса державы:" Я

6. Нагата, S., "Перемешивание, Принципы и применения", М., Хобокен, штат Нью-Джерси (1975).

7. Koen, CG, представленных на VII смешивания, (август 1977).

8. Zalc, JM, и др.. ", Подробный анализ достоверности Компьютерная ламинарного течения в смешения с тремя Раштон Турбины", Айше Journal, 47 (10), с. 2144-2154 (октябрь 2001).

Дэвид С. Дики

MIXTECH, INC

Кевин BITTORF

Перриго Ко

Кристофер Дж. RAMSEY

Прикладные ПРОЦЕСС TECHNOLOGY GROUP

KEITH Е. JOHNSON

КОНСУЛЬТАНТ

Дэвид С. Дики является старшим консультантом по MixTech, Inc (454 Рамсгейт Драйв, Дейтон, Огайо 45430, телефон: (937) 431-1446, факс: (937) 431-1446, E-почта: <A HREF = "Посылка : mixtech.com d.dickey @ "> @ d.dickey mixtech.com </>; сайте: <a target="_blank" href="http://www.mixtech.com" rel="nofollow"> www.mixtech.com </ A>). Его опыт включает смешивание более чем 20 лет с производителями оборудования Chemineer, Паттерсон-Келли, Роббинс

Кевин BITTORF является инженер-исследователь в технических услуг на Перриго Ко (515 Истерн-авеню, Аллеган, М 49010, телефон: (269) 672-9388, факс: (269) 673-7650, E-почта: <A HREF = "mailto: kbittorf@perrigo.com"> <kbittorf@perrigo.com />; сайте: <a target="_blank" href="http://www.perrigo.com" rel="nofollow"> WWW . perrigo.com </ A>). Его механики жидкости и перемешивание опыт включает в себя экспериментальные, расчетные и промышленной деятельности. Он опубликовал ряд статей и представил документы в этих областях. Он получил степень доктора наук и бакалавра в области химических технологий, а также MBA, из Univ. Альберты. Он является профессиональным инженером зарегистрированных в Ассоциации профессиональных инженеров Геологи и геофизики Альберта (APEGGA), а также членом Аиш и NAME.

Кристофер Дж. RAMSEY является независимым консультантом прикладной процесс Technology Group (833-Филлипс-роуд, Виктор, NY 14564, телефон: (585) 747-3862, факс (585) 742-1423, E-почта: <A HREF = "Посылка : ramsey@castelassociates.com "> <ramsey@castelassociates.com />; сайте: <a target="_blank" href="http://www.castel-associates.com" rel="nofollow"> WWW. Кастель-associates.com </ A>). Он работал в области прикладной механики жидкости в течение 15 лет, с опытом работы в качестве конечного пользователя технологического оборудования на Вестингауз Саванна-Ривер-компани "и OEM опытом, имеющим отношение к эмалированных реакторов и смешивания с Pfaudler реакторных установок. В течение последних пяти лет он работал как инженер по продажам и консультант по процессу проблем, связанных с перемешиванием, транспорт жидкости и теплообмена. Он также преподает курс по перемешивания в эмалированных реакторов кафедра инженерной квалификации, Univ. Висконсин. Он имеет степень магистра в области машиностроения из Техаса

KEITH Е. Джонсон является независимым консультантом (2884 Сазерленд Circle NW, Норт-Кантон, OH 44720, телефон: (330) 497-5551, электронная почта: <a href="mailto:kedmundj@neo.rr.com"> kedmundj @ <neo.rr.com />). Его опыт в области инженерного анализа, разработки приложений и передовые решения для интеграции охватывает более 30 лет.

Он применял свои навыки в высокопроизводительных вычислительных инженерного анализа (включая CFD, механики деформируемого твердого тела и теплообмена), в энергетике и автомобилестроении, в последние годы он принимал активное участие в разработке и поддержке применения передовых высокой показателей производительности вычислительных инструментов для смешивания жидкости анализа. Он получил степень магистра по изучению нелинейных конечно-элементной механики деформируемого твердого тела и степень бакалавра в области машиностроения, как в Univ. "Акрона". Он является профессиональным инженером зарегистрированных в штате Огайо, и является активным членом Аиш и связан с Североамериканской смешивания форума.