صتعت

6 نكته اي كه مهندسان فرآيند هنگام افزايش (يا كاهش) فرايندهاي اختلاط بايد در نظر بگيرند
هيچ روش واحدي براي تعيين ميزان مقياس بندي يك فرآيند وجود ندارد ، بنابراين آزمايشات شما بايد تجربه ، مدل سازي CFD و درك برنامه و پويايي سيالات را تركيب كند.

ريچارد كان
9 ژوئن 2021

Spx 3
جريان SPX
سروو موتور دلتا هنگام طراحي فرايندهاي اختلاط جديد ، اغلب لازم است كه مقياس افزايش يا كاهش پيدا كند. افزايش مقياس يك مرحله ضروري در طراحي يك فرآيند اختلاط جديد است كه بايد از روشهاي محاسباتي و تجربي براي توجيه رويكرد استفاده كند. تركيب اين روشها با تجربيات گذشته و ادبيات منتشر شده اغلب بهترين نتيجه را مي دهد. اما هنگام شروع مقياس بندي يك فرآيند اختلاط ، مهندسان فرآيند بايد به چه نكاتي توجه كنند؟

اجازه دهيد ابتدا به طور خلاصه دليل كاهش روند را بررسي كنيم. اگر يك فرايند به خوبي كار نكند ، ممكن است به عنوان يك رويكرد عملي براي بازتوليد مشكلات و آزمايش رفع احتمالي در يك محيط آزمايشي ، اين مورد ضروري باشد. كاهش مقياس ممكن است بخشي از يك معيار سنجش يا تمرين بهينه سازي گسترده تر باشد.

چه مقياس پذيري بالا و چه پايين ، روش هاي مورد استفاده بر اساس عواملي مانند كاربرد و استفاده از مايعات با رئولوژي پيچيده كه ممكن است شامل جامدات و گاز باشد ، متفاوت است. كتاب راهنماي اختلاط صنعتي ، كه در سال 2004 منتشر شد ، و همچنين پيشرفت هايي در اختلاط صنعتي ، كه در سال 2016 منتشر شد ، منابع خوبي براي بررسي اختلاط سيالات ، همراه با كاربرد و افزايش دانش توليدكنندگان همزن هستند. اما حتي با نزديك به 100 سال تجربه مخلوط كردن برنامه ها ، روش هاي اندازه گيري SPX FLOW Lightnin هر برنامه جديدي را كه در حال توسعه است پوشش نمي دهد. مهندسان فرآيند بايد اين شش مرحله را در نظر بگيرند:

1. اطمينان از تشابه هندسي
تنظيمات سروو موتور دلتا ممكن است بديهي به نظر برسد ، اما مهندسان فرآيند بايد شكل مخزن ، محل پروانه ها ، قرار دادن ديوارهاي ضد گرداب و چيدمان ميكسر (بالا ، پهلو ، پايين ، در مركز ، خارج از مركز و غيره) را در نظر بگيرند. .) شما مي توانيد از فناوري چاپ سه بعدي براي توليد پروانه ها از نظر هندسي مشابه نمونه هاي مقياس كامل استفاده كنيد ، اما حتي اگر نسبت كلي قطر به مخزن (D/T) يكسان باشد ، در مورد اينكه پروانه هاي مقياس آزمايشگاهي يكسان عمل مي كنند يا نه ، احتياط كنيد. همانطور كه در اندازه كامل هستند. اگر اندازه گيري قطر پروانه بيش از عرض مخزن بيش از 5 ates منحرف شود ، اين مي تواند بر پيش بيني هاي افزايش مقياس تأثير بگذارد ، به ويژه اگر با D/T بزرگ بيش از 0.4 شروع شود. تأثير نمونه برداري مداوم يا كاوشگرها بر الگوي جريان در مقياس كوچك نيز بايد مورد توجه قرار گيرد زيرا آنها تنظيمات سروو موتور دلتا مي توانند مانند يك حفره عمل كنند ، به ويژه اگر اندازه مخزن كوچك باشد.

2. از چه مقياسي استفاده كنيم؟
از همان ابتدا ، مهم است كه درك كنيد كه حجم يك حجم در مقياس كامل چگونه مخلوط مي شود ، بنابراين مي توانيد حجم مناسب را در مقياس كوچك انتخاب كنيد. به طور معمول ، كوچكترين ظروف براي آزمايش بايد 12 تا 18 اينچ قطر داشته باشند. براي كاربردهاي چند فاز ، به ويژه هنگام ارزيابي پراكندگي گاز ، يك مخزن در مقياس بزرگتر و 24 اينچ بايد حداقل اندازه در نظر گرفته شود. اغلب فرمول هاي جديد در مقياس ليوان توسط بسياري از شركت ها (1000 تا 4000 ميلي ليتر) انجام مي شود ، اما اين امر تمام نگراني هاي هيدروديناميكي مربوط به مخلوط كردن محصول را برطرف نمي كند.

Spx 1
جريان SPX
3. شباهت جنبشي نمي تواند تصوير كاملي ارائه دهد
سرعت در مخلوط كن به سرعت نوك پروانه مربوط مي شود ، يعني سرعت محيطي نوك پروانه در دور در دقيقه. اگر اين امر با افزايش روند ثابت نگه داشته شود ، ميدان سرعت در مقياس كوچك شبيه ميدان سرعت در مقياس بزرگ به نظر مي رسد. فاصله هاي مربوط به سفر از نقاط داخل كشتي بزرگ مقياس بزرگتر است ، بنابراين زمان تركيب تنها با مقياس بندي تنها با اين روش به طرز چشمگيري افزايش مي يابد. افزايش مقياس با استفاده از سرعت نوك همچنين به معناي سطح انرژي بسيار كمتر و تلاطم كمتر در ميدان جريان ، به ويژه در نزديكي پروانه و كف رگ است. اين امر روي سوسپانسيون جامدات ته مخزن تأثير منفي مي گذارد و مي تواند بر كنترل واكنش هاي شيميايي در ميدان جريان و پراكندگي گاز تأثير منفي بگذارد.

4. تشابه پويا را در نظر بگيريد
اگر سيستم از نظر هندسي مشابه است ، مهندسان فرآيند بايد نحوه اتلاف انرژي ميكسر در حجم را در نظر بگيرند ، زيرا تركيب انرژي ميكسر با يك الگوي جريان خاص منجر به نتيجه اختلاط مطلوب مي شود. در نظر گرفتن اعداد بدون بعد از مكانيك سيالات كلاسيك ، مانند عدد رينولدز ، شماره فرود و شماره وبر ، مهم است. عدد رينولدز نسبت نيروهاي اينرسي است كه توسط پروانه روي سيال ايجاد مي شود به نيروهاي چسبناكي كه سعي مي كنند حركت سيال را متوقف كنند.سروو موتور دلتا عدد فرود عبارت است از نسبت نيروهاي اينرسي ايجاد شده توسط پروانه روي سيال در مقابل نيروهاي گرانشي وارد بر سيال. در نهايت ، عدد وبر نسبت نيروهاي اينرسي ايجاد شده توسط پروانه بر سيال در مقابل تأثير كشش سطحي سيال است. همه اين نيروها موش

ios ، همراه با چگالي توان و گردش ، بايد با هم براي مقياس بندي بالا و پايين فرايندهاي اختلاط براي برنامه هاي مختلف استفاده شود.

5. الگوي جريان مهم است
پروانه ها بسته به شماره رينولدز كه در آن كار مي كنند ، الگوهاي جريان متفاوتي ايجاد مي كنند. در تعداد رينولدز بيش از 10،000 ، جريان آشفته اي وجود دارد. جريانهاي انتقالي بين 50 تا 10000 (با تغييرات قابل توجه كمتر از 1000) و جريانهاي آرام كمتر از 50 است. مايعات غليظتر گردش كمتري ايجاد مي كنند و پروانه ها با تغيير مقياس فرآيند رفتار متفاوتي خواهند داشت. بهترين راه براي نشان دادن كامل روش مقياس ، تركيب استفاده از آزمايش و ديناميك جريان محاسباتي (CFD) است.

اگر جلوه هاي سطحي ، مانند گردابها مهم هستند ، عدد Froude بايد در مقياسها حفظ شود در حالي كه رژيم جريان (آشفته در مقابل انتقالي در مقابل آرام) تا حد ممكن نزديك است. توانايي پروانه براي پراكندگي گاز در مايع نيز با عدد Froude مقياس مي يابد. باز هم ، اگر عدد رينولدز يكسان باشد ، اين امر به پيش بيني پراكندگي گاز پروانه در مقياس ها كمك مي كند. براي پراكندگي هاي مايع غير قابل اختلاط و كاربردهايي كه به اندازه قطره خاصي نياز دارند ، مقايسه عدد وبر در مقياس ها اهميت بيشتري دارد. با اين حال ، پراكندگي ها و امولسيون هاي غيرقابل تجزيه نياز به مقايسه هاي بيشتري دارند كه معمولاً بسيار پيچيده هستند.

در نهايت ، همه اين اعداد بدون بعد قابل توجه هستند ، اما نمي توان آنها را جداگانه در نظر گرفت. افزايش مقياس عملي مستلزم آن است كه مهندسان فرايند با درك عوامل محدود كننده بر عوامل موثر بر فرآيند اختلاط پي ببرند. اين نياز به آزمايش همراه با مدل سازي ديناميك سيالات محاسباتي دارد.

6. برخي از دستورالعمل هاي كلي
نسبتهاي هندسي كليدي مانند نسبت قطر پروانه به مخزن ، سبك پروانه و فاصله نسبي از پايين به پايين پروانه را حفظ كنيد. براي سيستم هاي پروانه اي متعدد ، فاصله نسبي بين پروانه ها و پوشش هاي پروانه اي نسبي را حفظ كنيد.
براي تركيب برنامه ها ، سطح قدرت مشابهي را در مقياس ها حفظ كنيد. زمان بزرگتر شدن تجهيزات و كشتي بزرگتر مي شود ، اما اين را مي توان پيش بيني كرد. مهندسان فرآيند بايد در ابتداي پروژه بدانند چه زماني را بايد در مقياس كامل هدف قرار دهند تا آزمايش مقياس كوچك و مقياس آزمايشي را به درستي انجام دهد. به عبارت ديگر ، براي دستيابي به زمان تركيب 30 دقيقه اي در مقياس كامل ، آزمايش مقياس كوچك بايد در زمان بسيار كوتاهتر از 30 دقيقه به پايان برسد.
تغيير رژيم هاي جريان بين مقياس ها عوارض را افزايش مي دهد. در نظر بگيريد كه ويسكوزيته سيال شبيه ساز را براي جلوگيري از اين امر در هنگام كاهش يك برنامه مخلوط كننده چسبناك تنظيم كنيد. فقط فرض نكنيد كه مطابقت عدد رينولدز در پروانه بين ترازو مناسب است. شما بايد به رئولوژي مايع توجه داشته باشيد و بفهميد كه مايع واقعي چقدر غير نيوتني است ، از جمله اينكه آيا اين ماده داراي تنش تسليم است.
يك رويكرد رايج براي كاربردهاي تعليق جامد افزايش قدرت در واحد حجم براي برنامه هاي تعليق خارج از پايين است. همچنين به ياد داشته باشيد كه ارتفاع ابر معلق را نسبت به موقعيت خروجي مخزن ارزيابي كنيد. براي مواد جامد ساينده ، نحوه پاره شدن پره هاي پروانه را در هنگام افزايش اندازه در نظر بگيريد. وقتي اين كار را انجام دهيد ، چگالي توان مشابهي افزايش مي يابد و سرعت نوك طراحي پروانه در مقياس كامل افزايش مي يابد. وقتي سرعت نوك از 5/5 تا 6 متر بر ثانيه بيشتر شود ، دوغاب هاي ساينده مي توانند منجر به سايش زودرس تيغه هاي پروانه فلزي شوند.
هنگام طراحي يك فرآيند اختلاط جديد از طريق آزمايش ، اطمينان حاصل كنيد كه هنگام اندازه گيري عملكرد اختلاط ، هم دور همزن و هم قطر پروانه را تغيير دهيد. به يك پروانه راه اندازي شده بسنده نكنيد. پروانه هاي مختلف را در نظر بگيريد و پروانه هايي را كه براي اين فرآيند طراحي شده اند انتخاب كنيد (يعني پروانه Rushton را براي كاربرد تعليق انتخاب نكنيد زيرا استاندارد صنعت نيست - از هيدروفويل استفاده كنيد). همچنين يادگيري هنگامي كه يك فرايند متوقف مي شود مفيد است ، زيرا بهينه سازي مصرف انرژي و صرفه جويي در هزينه هاي اوليه سرمايه گذاري كمك مي كند.
بودجه خود را براي تجهيزات اختلاط در مقياس كامل در نظر بگيريد تا مطمئن شويد كه يك راه حل از آزمايشگاه يا مقياس آزمايشي مقرون به صرفه خواهد بود. اين به تجربيات شما كمك مي كند سروو موتور دلتا تا به طور م frameثر تنظيم شود.
هنگام طراحي يك فرآيند اختلاط جديد ، هم CFD و هم آزمايش را با هم تركيب كنيد.
مراقب باشيد كه كدام تجهيزات آزمايشگاهي را انتخاب كنيد ، مطمئن شويد كه آنها مي توانند پروانه هايي را ارائه دهند كه از نظر هندسي شبيه به پروانه در مقياس كامل هستند.
هنگام همكاري با فروشنده راه حل هاي مخلوط ، يكي را انتخاب كنيد كه داراي قابليت آزمايش و مدل سازي داخلي باشد.
خلاصه

افزايش (و كاهش مقياس) فرايندهاي اختلاط بخش مهمي از اطمينان از برنامه هاي كاربردي اختلاط موفق در مقياس كامل است. هيچ روش واحدي براي تعيين ميزان مقياس بندي يك فرآيند وجود ندارد ، بنابراين آزمايشات شما بايد تجربه ، مدل سازي CFD و درك برنامه و پويايي سيالات را تركيب كند. در اينجاست كه تجربه و تنظيمات سروو موتور دلتا تخصص مخلوط كردن متخصصان مانند SPX FLOW به روند سريعتر و كارآمدتر كاركرد شما كمك مي كند.

ريچارد كان مدير كارگردان استf مهندسي و تحقيق و توسعه در SPX FLOW (مخلوط كن هاي Lightnin و Plenty). ريچارد داراي مدرك B.S. در مهندسي شيمي از موسسه پلي تكنيك رنسلر و كارشناسي ارشد مهندسي مكانيك (با تمركز در ديناميك سيالات محاسباتي (CFD)) از موسسه فناوري روچستر.