Оптимизация смешивания с помощью надлежащего экранов

Общеизвестно, что перегородки способствовать лучшему потока в возбужденном состоянии судна, но как их применять и какие использовать занять некоторое изобретательности.

Взволнованная судов, используемых в химической промышленности, машиностроения (ЦЕИ) для различных приложений, включая хранение, смешивание и реагирующих материалов. Агитатор дизайн требует уточнения мотора, привода и системы рабочего колеса, которое удовлетворит и процесс (1, 2, 3) и механические (4) требования. Кроме того, большинство взволнованный судов с толку, и дизайн перегородка система должна удовлетворять экономически процесса целей.

Зачем использовать непонятно?

В агитации низкой вязкости жидкости, вращающейся крыльчаткой придает тангенциальное движение в жидкости. Без непонятно, это вихревое движение приближается твердого тела вращения, в которых мало на самом деле происходит перемешивание. Подумайте об активизации чашечку кофе или тарелку супа: большинство перемешивания происходит тогда, когда ложка была остановлена или направление перемешивания восстанавливается. Основная цель непонятно заключается в преобразовании вихревое движение в желаемом картины течения процесса для достижения целей. Наиболее распространенные модели потока осевого потока, как правило, используется для смешивания и твердых суспензий и радиальных потоков, используемых для дисперсии. Тем не менее, непонятно также имеет некоторые другие эффекты, такие как подавление образования вихря, увеличения мощности и повышения механической прочности.

Общая цель агитации приостановлении решения твердых веществ в жидкости низкой вязкости, а на рисунке 1 показано влияние непонятно по этому вопросу. В неэкранированный судна слева, закрученного потока поля является неэффективным при разгоне твердых тел, которые сгруппированы в кучу вращающейся под станом-лопастной крыльчатки. Кроме того, большое вихревой поверхности видна в верхней части шахты. В сосуд справа, перегородок видны на левой и правой частях судна и, как тонкие серые полосы, которая проходит через колеса и вала. Наличие экранов производит осевые, в которых разряд потока производства крыльчатки падает на дне сосуда, течет радиально к стенке, а затем вверх по стене, возвращаясь к рабочим колесом сверху. Это картина течения могут быть выведены из твердых веществ, которые распределены достаточно равномерно по всей жидкости. Все параметры (рабочего колеса, скорость, твердых тел и т.д.), то же самое в двух судов на рисунке 1. Единственное отличие состоит в наличии экранов. Однако учтите, что делать перегородки приводят к различию в мощности. Этот вопрос будет обсуждаться позднее.

Зачем рассматривать непонятно альтернативы?

Как видно на рисунке 1, в большинстве приложений, ключ к успешной агитации обеспечивает надлежащего поля течения процесса для достижения целей. В некоторых случаях, особенно в наиболее сложных из них, выбор соответствующей системы непонятно имеет решающее значение для обеспечения оптимального поля течения.

Стандартный непонятно

Многие взволнованный судов, в том числе 1 в правой части рис 1, используя стандартные озадачивает, который состоит из 4 вертикальных плоских пластин, радиально ориентированные (т. е. по нормали к стенке), расположенных на 90 град. вокруг судна периферии, а также работает длина прямой борта судна. Стандартная перегородка ширина составляет 1 / 10 или 1 / 12 судна диаметром. (T/10 или T/12) (5). Иногда экранов находятся на одном уровне со стенкой сосуда и базы, но, чаще всего, пробелы слева разрешить поток чистой экранов. Рекомендуем пробелы равны 1 / 72 судна диаметром. (T/72) между перегородками и стенки сосуда, а 1 / 4 до 1 полная ширина перегородки между нижней частью перегородки и судно базы.

Зачем использовать стандартные непонятно?

Решение об использовании стандартных непонятно часто просто. Во-первых, стандартный непонятно как правило, обеспечивает почти оптимальную производительность, и в связи с симметричным расположением экранов вокруг судна периферии, стандартные непонятно обеспечивает высокую степень механической прочности. Кроме того, в турбулентном операции, многие характеристики колеса, такие как сила и насосных номера (Pg ^ к югу с ^ / N ^ SUP 3 ^ D ^ ^ 5 SUP ро и N ^ ^ к югу Q = Q / ND ^ SUP 3 ^ соответственно), практически не зависят от числа Рейнольдса крыльчатки при стандартных непонятно используется. Полностью турбулентного волнения происходит по крыльчатки числах Рейнольдса (N ^ югу Re = НД ^ SUP 2 ^ ро / му) больше, чем о 10000. С другой стороны, в условиях недоумение суда, крыльчатку номер власти постоянно уменьшается с ростом числа Рейнольдса, внося дополнительные осложнения в процессе проектирования (5). И последнее, но далеко крайней мере, из-за его широкого использования, выбор стандартных непонятно поддерживается обширной дизайн и scaleup данных. Именно отсутствие таких данных и потенциальной жертвы в механическую стабильность, что является основным при рассмотрении предупреждает использование нестандартных экранов.

Непонятная эффекты

Цифры 2 и 3 показывают, как недоразумение турбулентного операция затрагивает две основные характеристики агитатора. Рисунок 2 показывает, что число рабочих колес власти по мере роста количества стандартной ширины экранов (T/12) увеличен. Данные представлены по три крыльчатки стилей: радиальные колеса, например, прямой клинок и Раштон турбин, смешанного потока крыльчатки, таких как стан-лопастной турбины и осевого рабочих колес, такие как высокая эффективность колес. Все данные на этом рисунке нормированы по условию без перегородки, при этом каждое рабочее колесо стиль нормализуется в отдельности, а не по отношению к общей справки. "Нормализованное" означает, что если неэкранированный радиальные власти номер 2,5 и неэкранированный высокоэффективных крыльчатки номер 0,2, то все данные радиальные крыльчатки разделены (нормализованная) 2,5 и всех высокоэффективных крыльчатки данные делятся на 0,2.

Мощность число радиальных колес является наиболее сильное влияние степени озадачивает, постоянно растет с количеством экранов. Смешанные - потока и осевой номера крыльчатки власти страдают в меньшей степени, примерно вдвое на один экран по сравнению с системой без перегородки, но увеличение лишь незначительно, как количество экранов еще более возрастает.

Это может показаться противоречащим интуиции хотят увеличить мощность до взволнованный судна. Почему бы не работать на более низкой мощности в неэкранированный судна? Причина для использования экранов является то, что выше мощность часто, необходимых для достижения целей процесса. Рисунок 3 показывает, что при равных мощность с поверхностью того материала должны быть включены, турбулентной смеси время неэкранированный судна существенно больше, чем озадачены системы. В этом случае, все стили крыльчатки страдают таким же образом, с добавлением одной перегородки к значительному уменьшению времени сочетание, но в него дополнительные перегородки, имеющие минимальное воздействие. Опять же, все данные были нормированы по неэкранированный условие для каждого конкретного стиля крыльчатки.

Нестандартное применение непонятно

Несмотря на популярность стандартных непонятно, Есть много случаев, когда нестандартные непонятно обычно используется. В самом деле, Есть ситуации, в которых не используется непонятно. Перегородки используются редко с боковыми ввода агитаторов или с близкими по разминированию колес, таких, как ворота, якорей и винтовой ленты, для которых рабочее колесо к бак диаметром. отношение как правило, превышает 90% (D / T> 0,90). Перегородки также обычно не используются в прямоугольные или квадратные танки, которые не позволяют вихрем, обеспечивая естественные недоразумение их острые углы, как показано на рисунке 4. Течения в неэкранированный квадратных судна эта цифра очень похожа на том, что в экранированной цилиндрическом сосуде на рисунке 1 (все условия, такие как скорость, колеса и твердые вещества, такие же, на рисунках 1 и 4: только судно изменены).

Для крыльчатки числах Рейнольдса меньше, чем о 50, вязкостью жидкости на стенки сосуда вызывает естественное следствие непонятно, избавляя пользователя от почти сплошного тела вращения, которые могут возникнуть во время агитации маловязких жидкостей в неэкранированный судов. Таким образом, никаких экранов или экранов узкой могут быть использованы (6). Просто для удобства, малых судов взволнован, менее чем через несколько сотен галлонов, а также не может быть сбит с толку. В этих системах, угловой и / или выключить - центр монтажа агитатор может быть использован для устранения чрезмерного прибое. Механические осложнений и связанных с этим расходов в целом исключает использование угловой и вне центра монтажа с большим агитаторов.

Картины течения производства нецентральных монтажа в неэкранированный суда показано на рисунке 5. В сосуд на левой стороне, рабочее колесо устанавливается вертикально, а в середине - время между осью сосуда и стены, а не на судне оси. Это снижает, но не устраняет вихря. Хотя твердых несколько рассеяны по жидкости, они по-прежнему объединены в свободном кучу закрученной в центре судна базы.

В судно вправо, в дополнение к установке крыльчатки от судна оси, мешалка под углом примерно 10 градусов. к вертикали. Такое сочетание в неэкранированный судно приближается потока поле в полностью недоумение танка. При использовании угловой установки с осевым рабочим колесом, сброс потока производства рабочих колес должны противопоставить вихревое движение производства вращения крыльчатки в (5).

Перегородки не может быть использована на судах, которые требуют стерильности или в котором материал зависания во время слива проблематичным. Хотя решение не использовать экранов делает чистку судна, оно может сделать оптимальную конструкцию агитатора трудно. Некоторые взволнованный суда не использовать перегородки как таковой, а содержать внутренние, такие как теплообменник труба-пучки, которые обеспечивают достаточное непонятно для достижения целей процесса, по сути, несколько реакторов, которые используются для выполнения сильно экзотермических или эндотермических реакций содержат столько тепла теплообменника труб, что судно по-недоумение, что затрудняет для агитатора содействовать достаточного потока.

Плоских экранов являются нормой из-за их простоты изготовления и установки и связанные с экономикой. Потенциальная проблема с ними в том, что материал может повесить или застрять в застойных районах рядом с ними, особенно в более вязкой и неньютоновских жидкостей, или в присутствии нитевидных материалов. Это приводит к использованию профилированных экранов, часто треугольной или полукруглой формы, придает румянец к стенке сосуда, которые устраняют stagnant регионов. Использование профилированных экранов ограничивается критически важных приложений, таких как реакторы полимеризации и очистки на месте реакторов, которые широко используются в фармацевтической промышленности. Другой вариант заключается в использовании экранов, которые не установлены нормальные к стенке сосуда, но наклонены под углом от направления вращения крыльчатки.

Эмалированное судов

Использование ограниченного числа экранов, один или два, как правило, избегать, поскольку она не обеспечивает адекватного механической прочности. Однако, есть одна исключением. Для обеспечения целостности судна накладки, а не установлены на стенке перегородки в эмалированное суда от взрыва фланцев в верхней крышке сосуда. Как правило, из-за ограниченного пространства в этой голове, не более 2 перегородки используются в эмалированных цистернах.

Рисунок 6 показывает, что использование единого экране является улучшением по сравнению с неэкранированный системы, но поток все еще сильно тангенциальные (обратите внимание на небольшой вихрь поверхности в верхней части рабочего колеса вала). Течения в судно, оборудованное 2 стандартных экранов очень приближен, что в полной недоумение судна.

Есть два главных задач недоразумение эмалированных сосудов. Во-первых, поверхность должна быть перегородка фасонной острые углы, поскольку не может быть покрыт стеклом. В результате, наиболее распространенный тип перегородки используются в эмалированное судов состоит из трубы уплощенная уступить эллиптические сечения. Этот вид перегородки обычно называют ножевая (рис. 7, слева). Вторая задача заключается в том, что стеклянная облицовка судов недостаточно недоумение, и это может быть трудно обеспечить достаточную мощность для достижения целей процесса. Для решения обеих этих задач, запатентованная вогнутой перегородка была разработана (7, 8) (фото в правом углу рисунка 7, показано без стеклянного покрытия).

Данные на рис 8, взятое вместе с крыльчаткой отступать кривой, наиболее часто используемых крыльчатки в эмалированное судов, показывает, что увеличивает экран вогнутой мощность по сравнению с расфокусированный перегородка и 2 вогнутых экранов подход мощность из четырех стандартных экранов. Исследования с вогнутой перегородка подтверждают, что чем выше мощность, связанных с этим конструкция приводит к совершенствованию процессов, таких, как более равномерное распределение разрешения или плавающие твердые и более дисперсии газа. Дополнительным преимуществом вогнутой перегородка является то, что предотвращает образование поверхности вихря, и, следовательно, более эффективно избегать увлечения газа при высоких энергозатрат в условиях - недоумение судов.

Поверхностные включения

В некоторых приложениях, на самом деле важно, чтобы рабочее колесо ничьей в материале - газе, жидкости или плавающие твердые вещества с поверхности. В этих случаях стандартные непонятно, возможно, не лучший подход. Частичное нижней непонятно часто используется для сокращения материала из паровой фазы судна. В этих случаях, 4 экранов стандартной ширины используются, но они распространяются лишь около половины пути до судна прямо стороны, оставляя верхнюю часть без перегородки. Крыльчатки, часто станом-лопастной турбины, расположенные вблизи поверхности жидкости, будет генерировать управляемый вихрь, который способствует включению материала в жидкость.

Рисунок 9 сравнивает требования к власти перенести плавающих телах с одной вниз насосной стан-лопастной турбины и различные системы перегородки. Данные представлены по крыльчатки погружений ниже уровня жидкости равна половине диаметра крыльчатки (S = 0,5 D) и рабочее колесо диаметром (S = D). Все данные на рисунке 9 нормированы по отношению к общей справки. Потребляемую мощность без перегородки системы низкая, но, как показано слева на рисунке 10, неэкранированный система не плохую работу распространение твердых тел по всей жидкости. Кроме того, эта система имеет большой вихрь, идущие в крыльчатку и приводит к нежелательным увлечения воздуха и потенциал для механической нестабильности.

По мере того, непонятно в системе увеличилось с неэкранированный на 1, 2 и 4 стандартных экранов, потребляемая мощность постоянно увеличивается, особенно для больших рабочих колес погружения. Потребляемая мощность системы, состоящей из четырех нижней половине экранов существенно ниже, чем у полностью недоумение системы, что сравнимо с двух перегородка системы. Преимущество системы половины перегородка по сравнению с 2 перегородка один больше механической стабильности и лучшего перемешивания в нижней части сосуда.

Крайнем правом набора данных Рисунок 9 для узкого круга четыре перегородки, которая рекомендуется для твердых сокращения (9). Эта система использует четыре перегородки, которые работают длина прямой борта судна, но экранов узкие, шириной равной примерно 2% от диаметра сосудов (как правило, в T/50 T/40, а не стандарт T / 10 или T/12). Эта система обеспечивает симметрии и связанных степень механической устойчивости, а также очень низкие требования сокращения власти, хорошее распределение твердых всей жидкости, ограниченной vortexing поверхности.

Кроме того, требование сокращения власти узкой системы экране является относительно устойчивым к воздействию крыльчатки погружения, очевидное преимущество для процессов, в которых уровень жидкости изменяется. Начальника сокращения твердых выполнения узких системы перегородки показано на правом рисунке 10.

В некоторых случаях, необходимо, чтобы одновременно удовлетворить количество процессов целей. Рисунок 11 показывает, как двойной крыльчаткой системы судна, оснащенного частичное нижней перегородки могут быть использованы одновременно перенести плавающие твердые и приостанавливать решения тел. Отсутствие перегородок в верхней части корпуса позволяет достаточной вихрем включить плавающие твердые вещества, а перегородки в нижней части содействия осевой поток, который является эффективным при приостановлении действия решения тел.

Для некоторых приложений, частичное верхней непонятным является предпочтительным. В волнении целлюлозно-бумажной, перегородки не может распространяться под рабочее колесо для предотвращения зависания материала и застойных регионах. Второй пример высокой загрузкой твердых шламов, которые могут быть трудно агитировать, в частности, если решен твердых веществ должны быть ресуспендировали. Полный непонятно может привести к крыльчатки и твердых веществ, для привязки, удаляя при этом нижняя часть перегородки позволяет тангенциальные движения, которые могут улучшить твердых подвески (10). Частичное верхней перегородки, также было показано, что несколько эффективных сокращения численности плавающие твердые вещества (11, 12).

Заключительные замечания

Когда агитацию маловязких жидкостях, стандартные непонятно как правило, обеспечивает почти оптимальную производительность процесса и хорошей механической прочности. Кроме того, стандартные непонятно опирается на обширную дизайн и scaleup данных. Однако, как описано здесь, Есть ситуации, в которых стандартные непонятно, возможно, не самый лучший выбор. Руководящие принципы, представленные здесь, предназначены для выявления изменений в системе перегородки, которые могут быть использованы для повышения производительности и ситуаций, в которых эти изменения должны быть рассмотрены.

ЛИТЕРАТУРА

1. Fasano, JB, и др., "Расширенный Крыльчатка Геометрия Увеличивает Жидкие агитации", "Хим. Eng., 101, с. 110-116 (август 1994).

2. Corpstein, Р. Р. и др. /., "Высокоэффективные Дорога к жидкость-твердое тело агитации", "Хим. Eng., 101, с. 138-144 (октябрь 1994).

3. Bakker, А. и др., "Как дисперсных газов в жидкостях," Хим. Eng., 101, с. 98-104 (декабрь 1994).

4. Fasano, JB, и др.. "Рассмотреть вопрос о механическая конструкция агитаторов," Хим. Eng. Прогресс, 91 (8), с, 60-71 (август 1995).

5. Бейтс Р., и др.. ", Крыльчатка характеристики и власть", глава 3 в разделе "Смешивание: теория и практика", V В. Уль и JB Грей, ред., Academic Press, в Нью-Йорке (1966).

6. Bakker, А. и Л. Гейтс, "Недвижимость Выберите Механические Мешалки для вязких жидкостей," Хим. Eng. Прогресс, 91 (12), с. 25-34 1 - MNW

с. 29-35 (май 2000).

7. Хейрстон Д., и CJ Рамси, "Перемешивание порошков в жидкости," Хим. Eng., 107 (5), с. 29-35 (май 2000).

9. Hemrajani, Р. Ридер и др.., И CJ Рамси, "Вогнутые перегородка", добавил В. Приостановка плавающей твердых тел в Stirred Европейской конференции по перемешивания, с. 259-265, Павии, Италия (9 мая 2000).

10. Hemrajani, Р. Р. и др., "Приостановление высоких концентраций в твердых телах Stirred Танки - Миксер Дизайн, Скалли Stirred судов". Восьмая Евро EAN оптимизации ", Прю на шестой Европейской конференции по перемешивания, с. 259-265, Павии, Италия (май 24-26,1988).

10. Drewer, GR, "Эль Аль", "Приостановление Высокая концентрация твердых механически Stirred судов". Восьмая Европейская конференция по Mix

Ing. (Серия IChemE симпозиум № 136), с. 41-48, Кембридж, Великобритания (21-23 сентября, 1994).

11. Joosten, GEH и др. в ", Подвеска плавучих твердых тел в Stirred судов", Trans. Учреждения Chem. Eng., 55, с. 220-222 (1977).

12. Сиддики, H., "бетоносмесительного оборудования для твердых тел в оживленный Нестандартные судна", Айше]., 39, с. 505-509 (1993).

Кевин Дж. Майерс, Дейтонского университета

MARK F. Ридер и Джулиан B. FASANO, Chemineer, INC

Кевин Майерс является профессором кафедры химической технологии и материаловедение, Univ. Дейтона (Дейтон, Огайо 45469-0246, телефон: (937) 229 - 2627, факс: (937) 229-3433, E-почта: <A HREF = "mailto: kevin.myers @ notes.udayton.edu" > @ kevin.myers notes.udayton.edu </ A>). Он провел обширные исследования агитации, в частности в многофазных системах. Он получил степень бакалавра в Univ. Дейтона и его доктор технических наук в области химической инженерии из Вашингтона Univ. в Сент-Луисе. Майерс является членом Аиш и Американского общества по инженерной педагогике.

MARK F. Ридер является главный инженер исследований Chemineer, Inc (PO Box 1123, 5870 По просп. Дейтон, Огайо 45401, телефон: (937) 454-3346, факс: (937) 454-3395, E-почты : <a href="mailto:M.Reeder@chemineer.com"> М. Ридер @ <chemineer.com />). Он работает в R

Джулиан B. FASANO является директором, запасные части и службы на местах, для Chemineer, Inc (Телефон: (937) 454-3263, факс: (937) 454-3379, E-почта: J. Fasano @ chemineer.com). Он был с Chemineer за 30 лет, основной упор делается на R