صتعت

6 نکته ای که مهندسان فرآیند هنگام افزایش (یا کاهش) فرایندهای اختلاط باید در نظر بگیرند
هیچ روش واحدی برای تعیین میزان مقیاس بندی یک فرآیند وجود ندارد ، بنابراین آزمایشات شما باید تجربه ، مدل سازی CFD و درک برنامه و پویایی سیالات را ترکیب کند.

ریچارد کان
9 ژوئن 2021

Spx 3
جریان SPX
سروو موتور دلتا هنگام طراحی فرایندهای اختلاط جدید ، اغلب لازم است که مقیاس افزایش یا کاهش پیدا کند. افزایش مقیاس یک مرحله ضروری در طراحی یک فرآیند اختلاط جدید است که باید از روشهای محاسباتی و تجربی برای توجیه رویکرد استفاده کند. ترکیب این روشها با تجربیات گذشته و ادبیات منتشر شده اغلب بهترین نتیجه را می دهد. اما هنگام شروع مقیاس بندی یک فرآیند اختلاط ، مهندسان فرآیند باید به چه نکاتی توجه کنند؟

اجازه دهید ابتدا به طور خلاصه دلیل کاهش روند را بررسی کنیم. اگر یک فرایند به خوبی کار نکند ، ممکن است به عنوان یک رویکرد عملی برای بازتولید مشکلات و آزمایش رفع احتمالی در یک محیط آزمایشی ، این مورد ضروری باشد. کاهش مقیاس ممکن است بخشی از یک معیار سنجش یا تمرین بهینه سازی گسترده تر باشد.

چه مقیاس پذیری بالا و چه پایین ، روش های مورد استفاده بر اساس عواملی مانند کاربرد و استفاده از مایعات با رئولوژی پیچیده که ممکن است شامل جامدات و گاز باشد ، متفاوت است. کتاب راهنمای اختلاط صنعتی ، که در سال 2004 منتشر شد ، و همچنین پیشرفت هایی در اختلاط صنعتی ، که در سال 2016 منتشر شد ، منابع خوبی برای بررسی اختلاط سیالات ، همراه با کاربرد و افزایش دانش تولیدکنندگان همزن هستند. اما حتی با نزدیک به 100 سال تجربه مخلوط کردن برنامه ها ، روش های اندازه گیری SPX FLOW Lightnin هر برنامه جدیدی را که در حال توسعه است پوشش نمی دهد. مهندسان فرآیند باید این شش مرحله را در نظر بگیرند:

1. اطمینان از تشابه هندسی
تنظیمات سروو موتور دلتا ممکن است بدیهی به نظر برسد ، اما مهندسان فرآیند باید شکل مخزن ، محل پروانه ها ، قرار دادن دیوارهای ضد گرداب و چیدمان میکسر (بالا ، پهلو ، پایین ، در مرکز ، خارج از مرکز و غیره) را در نظر بگیرند. .) شما می توانید از فناوری چاپ سه بعدی برای تولید پروانه ها از نظر هندسی مشابه نمونه های مقیاس کامل استفاده کنید ، اما حتی اگر نسبت کلی قطر به مخزن (D/T) یکسان باشد ، در مورد اینکه پروانه های مقیاس آزمایشگاهی یکسان عمل می کنند یا نه ، احتیاط کنید. همانطور که در اندازه کامل هستند. اگر اندازه گیری قطر پروانه بیش از عرض مخزن بیش از 5 ates منحرف شود ، این می تواند بر پیش بینی های افزایش مقیاس تأثیر بگذارد ، به ویژه اگر با D/T بزرگ بیش از 0.4 شروع شود. تأثیر نمونه برداری مداوم یا کاوشگرها بر الگوی جریان در مقیاس کوچک نیز باید مورد توجه قرار گیرد زیرا آنها تنظیمات سروو موتور دلتا می توانند مانند یک حفره عمل کنند ، به ویژه اگر اندازه مخزن کوچک باشد.

2. از چه مقیاسی استفاده کنیم؟
از همان ابتدا ، مهم است که درک کنید که حجم یک حجم در مقیاس کامل چگونه مخلوط می شود ، بنابراین می توانید حجم مناسب را در مقیاس کوچک انتخاب کنید. به طور معمول ، کوچکترین ظروف برای آزمایش باید 12 تا 18 اینچ قطر داشته باشند. برای کاربردهای چند فاز ، به ویژه هنگام ارزیابی پراکندگی گاز ، یک مخزن در مقیاس بزرگتر و 24 اینچ باید حداقل اندازه در نظر گرفته شود. اغلب فرمول های جدید در مقیاس لیوان توسط بسیاری از شرکت ها (1000 تا 4000 میلی لیتر) انجام می شود ، اما این امر تمام نگرانی های هیدرودینامیکی مربوط به مخلوط کردن محصول را برطرف نمی کند.

Spx 1
جریان SPX
3. شباهت جنبشی نمی تواند تصویر کاملی ارائه دهد
سرعت در مخلوط کن به سرعت نوک پروانه مربوط می شود ، یعنی سرعت محیطی نوک پروانه در دور در دقیقه. اگر این امر با افزایش روند ثابت نگه داشته شود ، میدان سرعت در مقیاس کوچک شبیه میدان سرعت در مقیاس بزرگ به نظر می رسد. فاصله های مربوط به سفر از نقاط داخل کشتی بزرگ مقیاس بزرگتر است ، بنابراین زمان ترکیب تنها با مقیاس بندی تنها با این روش به طرز چشمگیری افزایش می یابد. افزایش مقیاس با استفاده از سرعت نوک همچنین به معنای سطح انرژی بسیار کمتر و تلاطم کمتر در میدان جریان ، به ویژه در نزدیکی پروانه و کف رگ است. این امر روی سوسپانسیون جامدات ته مخزن تأثیر منفی می گذارد و می تواند بر کنترل واکنش های شیمیایی در میدان جریان و پراکندگی گاز تأثیر منفی بگذارد.

4. تشابه پویا را در نظر بگیرید
اگر سیستم از نظر هندسی مشابه است ، مهندسان فرآیند باید نحوه اتلاف انرژی میکسر در حجم را در نظر بگیرند ، زیرا ترکیب انرژی میکسر با یک الگوی جریان خاص منجر به نتیجه اختلاط مطلوب می شود. در نظر گرفتن اعداد بدون بعد از مکانیک سیالات کلاسیک ، مانند عدد رینولدز ، شماره فرود و شماره وبر ، مهم است. عدد رینولدز نسبت نیروهای اینرسی است که توسط پروانه روی سیال ایجاد می شود به نیروهای چسبناکی که سعی می کنند حرکت سیال را متوقف کنند.سروو موتور دلتا عدد فرود عبارت است از نسبت نیروهای اینرسی ایجاد شده توسط پروانه روی سیال در مقابل نیروهای گرانشی وارد بر سیال. در نهایت ، عدد وبر نسبت نیروهای اینرسی ایجاد شده توسط پروانه بر سیال در مقابل تأثیر کشش سطحی سیال است. همه این نیروها موش

ios ، همراه با چگالی توان و گردش ، باید با هم برای مقیاس بندی بالا و پایین فرایندهای اختلاط برای برنامه های مختلف استفاده شود.

5. الگوی جریان مهم است
پروانه ها بسته به شماره رینولدز که در آن کار می کنند ، الگوهای جریان متفاوتی ایجاد می کنند. در تعداد رینولدز بیش از 10،000 ، جریان آشفته ای وجود دارد. جریانهای انتقالی بین 50 تا 10000 (با تغییرات قابل توجه کمتر از 1000) و جریانهای آرام کمتر از 50 است. مایعات غلیظتر گردش کمتری ایجاد می کنند و پروانه ها با تغییر مقیاس فرآیند رفتار متفاوتی خواهند داشت. بهترین راه برای نشان دادن کامل روش مقیاس ، ترکیب استفاده از آزمایش و دینامیک جریان محاسباتی (CFD) است.

اگر جلوه های سطحی ، مانند گردابها مهم هستند ، عدد Froude باید در مقیاسها حفظ شود در حالی که رژیم جریان (آشفته در مقابل انتقالی در مقابل آرام) تا حد ممکن نزدیک است. توانایی پروانه برای پراکندگی گاز در مایع نیز با عدد Froude مقیاس می یابد. باز هم ، اگر عدد رینولدز یکسان باشد ، این امر به پیش بینی پراکندگی گاز پروانه در مقیاس ها کمک می کند. برای پراکندگی های مایع غیر قابل اختلاط و کاربردهایی که به اندازه قطره خاصی نیاز دارند ، مقایسه عدد وبر در مقیاس ها اهمیت بیشتری دارد. با این حال ، پراکندگی ها و امولسیون های غیرقابل تجزیه نیاز به مقایسه های بیشتری دارند که معمولاً بسیار پیچیده هستند.

در نهایت ، همه این اعداد بدون بعد قابل توجه هستند ، اما نمی توان آنها را جداگانه در نظر گرفت. افزایش مقیاس عملی مستلزم آن است که مهندسان فرایند با درک عوامل محدود کننده بر عوامل موثر بر فرآیند اختلاط پی ببرند. این نیاز به آزمایش همراه با مدل سازی دینامیک سیالات محاسباتی دارد.

6. برخی از دستورالعمل های کلی
نسبتهای هندسی کلیدی مانند نسبت قطر پروانه به مخزن ، سبک پروانه و فاصله نسبی از پایین به پایین پروانه را حفظ کنید. برای سیستم های پروانه ای متعدد ، فاصله نسبی بین پروانه ها و پوشش های پروانه ای نسبی را حفظ کنید.
برای ترکیب برنامه ها ، سطح قدرت مشابهی را در مقیاس ها حفظ کنید. زمان بزرگتر شدن تجهیزات و کشتی بزرگتر می شود ، اما این را می توان پیش بینی کرد. مهندسان فرآیند باید در ابتدای پروژه بدانند چه زمانی را باید در مقیاس کامل هدف قرار دهند تا آزمایش مقیاس کوچک و مقیاس آزمایشی را به درستی انجام دهد. به عبارت دیگر ، برای دستیابی به زمان ترکیب 30 دقیقه ای در مقیاس کامل ، آزمایش مقیاس کوچک باید در زمان بسیار کوتاهتر از 30 دقیقه به پایان برسد.
تغییر رژیم های جریان بین مقیاس ها عوارض را افزایش می دهد. در نظر بگیرید که ویسکوزیته سیال شبیه ساز را برای جلوگیری از این امر در هنگام کاهش یک برنامه مخلوط کننده چسبناک تنظیم کنید. فقط فرض نکنید که مطابقت عدد رینولدز در پروانه بین ترازو مناسب است. شما باید به رئولوژی مایع توجه داشته باشید و بفهمید که مایع واقعی چقدر غیر نیوتنی است ، از جمله اینکه آیا این ماده دارای تنش تسلیم است.
یک رویکرد رایج برای کاربردهای تعلیق جامد افزایش قدرت در واحد حجم برای برنامه های تعلیق خارج از پایین است. همچنین به یاد داشته باشید که ارتفاع ابر معلق را نسبت به موقعیت خروجی مخزن ارزیابی کنید. برای مواد جامد ساینده ، نحوه پاره شدن پره های پروانه را در هنگام افزایش اندازه در نظر بگیرید. وقتی این کار را انجام دهید ، چگالی توان مشابهی افزایش می یابد و سرعت نوک طراحی پروانه در مقیاس کامل افزایش می یابد. وقتی سرعت نوک از 5/5 تا 6 متر بر ثانیه بیشتر شود ، دوغاب های ساینده می توانند منجر به سایش زودرس تیغه های پروانه فلزی شوند.
هنگام طراحی یک فرآیند اختلاط جدید از طریق آزمایش ، اطمینان حاصل کنید که هنگام اندازه گیری عملکرد اختلاط ، هم دور همزن و هم قطر پروانه را تغییر دهید. به یک پروانه راه اندازی شده بسنده نکنید. پروانه های مختلف را در نظر بگیرید و پروانه هایی را که برای این فرآیند طراحی شده اند انتخاب کنید (یعنی پروانه Rushton را برای کاربرد تعلیق انتخاب نکنید زیرا استاندارد صنعت نیست - از هیدروفویل استفاده کنید). همچنین یادگیری هنگامی که یک فرایند متوقف می شود مفید است ، زیرا بهینه سازی مصرف انرژی و صرفه جویی در هزینه های اولیه سرمایه گذاری کمک می کند.
بودجه خود را برای تجهیزات اختلاط در مقیاس کامل در نظر بگیرید تا مطمئن شوید که یک راه حل از آزمایشگاه یا مقیاس آزمایشی مقرون به صرفه خواهد بود. این به تجربیات شما کمک می کند سروو موتور دلتا تا به طور م frameثر تنظیم شود.
هنگام طراحی یک فرآیند اختلاط جدید ، هم CFD و هم آزمایش را با هم ترکیب کنید.
مراقب باشید که کدام تجهیزات آزمایشگاهی را انتخاب کنید ، مطمئن شوید که آنها می توانند پروانه هایی را ارائه دهند که از نظر هندسی شبیه به پروانه در مقیاس کامل هستند.
هنگام همکاری با فروشنده راه حل های مخلوط ، یکی را انتخاب کنید که دارای قابلیت آزمایش و مدل سازی داخلی باشد.
خلاصه

افزایش (و کاهش مقیاس) فرایندهای اختلاط بخش مهمی از اطمینان از برنامه های کاربردی اختلاط موفق در مقیاس کامل است. هیچ روش واحدی برای تعیین میزان مقیاس بندی یک فرآیند وجود ندارد ، بنابراین آزمایشات شما باید تجربه ، مدل سازی CFD و درک برنامه و پویایی سیالات را ترکیب کند. در اینجاست که تجربه و تنظیمات سروو موتور دلتا تخصص مخلوط کردن متخصصان مانند SPX FLOW به روند سریعتر و کارآمدتر کارکرد شما کمک می کند.

ریچارد کان مدیر کارگردان استf مهندسی و تحقیق و توسعه در SPX FLOW (مخلوط کن های Lightnin و Plenty). ریچارد دارای مدرک B.S. در مهندسی شیمی از موسسه پلی تکنیک رنسلر و کارشناسی ارشد مهندسی مکانیک (با تمرکز در دینامیک سیالات محاسباتی (CFD)) از موسسه فناوری روچستر.