ما هو مفاعل التحريك؟ المبادئ، تصميم المحرض والتطبيقات

ما هو مفاعل المزج؟ المبادئ وتصميم المزج والتطبيقات

الإجابة على السؤال الأساسي:ما هو مفاعل المزج، وكيف يؤثر تصميم المزج على أداء الخلط ونقل الحرارة ومخرج التفاعل في وعاء ضغط مشفر من قبل ASME؟مفاعل المزج هو وعاء ضغط مضجج مشفر في قسم ASME الثامن حيث يخلق عمود المدار الذي يعمل بمحرك حركة السوائل للخلط والتشتت وتعزيز نقل الحرارة ،وتجانس التفاعليتم حكم الأداء بواسطة عدد الطاقة Np = P / ((ρN3D5) ، يتراوح من 0.3 (المروحة البحرية) إلى 5.0-6.0 (توربينات روستون) ، عدد رينولدز Re = ρND2 / μ (النظام المضطرب Re > 104) ،و * سرعة النقطة * v_tip = πND (2-6 م/ث)تحتوي أغطية ميكانيكية من نوع API 682 على سائل العملية عند ضغوط التصميم من 0.1-10 MPa ، في حين أن الطاقة لكل وحدة من الحجم من 0.1-5 كيلوواط/م3 يضمن إدخال طاقة كافية للوقت المستهدف *مزيج* من 5-60 ثانية.

1مبادئ تصميم المحرك الأساسي

يعتمد أداء خلط مفاعل المزج على هندسة الدفة ، سرعة الدوران ، هندسة الوعاء (البافل ، نسبة D / T) ، وخصائص السائل.ثلاثة مبادئ هندسية تحكم تصميم واختيار المثار:

• الديناميكا المائية للجهاز الدافع ورقم الطاقة:عدد الطاقة Np = P / ((ρN3D5) هو معامل السحب غير الأبعاد للمحرك ، الذي يتم تحديده تجريبيا لكل هندسة. تتميز توربينات روشتون (6 شفرات مسطحة ، D / T = 0.33-0.5) بـ Np = 5.0-6.0، وتوليد تدفق شعاعي قوي مع القطع العالي مثالي لتشتت الغازات السائلة والتمييز السائل غير القابل للخلط.27-1.64، وتوليد التدفق المحوري للتعليق الصلب ونقل الحرارة. المروحة * البحرية * (3 شفرات ، مسار = قطر) لديها Np = 0.2-0.45، مناسبة للخلط منخفض اللزوجة. عند Re > 104 (متضخمة بالكامل) ، Np ثابتة بغض النظر عن السرعة ؛ عند Re < 10 (لامينار) ، Np = K / Re (حيث K هو ثابت هندسي) ،مما يعني أن القوة متناسبة مع اللزوجة بدلاً من الكثافة.
• نمط التدفق ووقت الخلط:يتميز تدفق الدفعة بعدد تدفق * Nq * = Q / ((ND3) ، حيث Q هو معدل تفريغ الدفعة. بالنسبة إلى الدفعة ذات الشفرة المنحدرة ، Nq = 0.43-0.75 (عدد الضخ).وقت الخليط θ = V/(Nq·ND3·N) = K/N (في تدفق مضطرب بالكامل، وقت الخليط متناسب بالعكس مع السرعة) ، حيث يعتمد K على هندسة الدواسة-الوعاء (عادة 4-10 للتكوينات القياسية)..45·d_p^0.2·D^(-0.85) يتوقع الحد الأدنى للسرعة للمواد الصلبة المعلقة (لا توجد مواد صلبة على قاع الوعاء) ، حيث S هو ثابت يعتمد على الهندسة.يصف عدد *Camp* Ca = G·t (تدرج السرعة * الوقت) كثافة التدفق في مفاعلات معالجة المياه.
• تصميم الختم الميكانيكي والعمود:يخترق عمود المحرك رأس الوعاء العلوي أو السفلي ، مما يتطلب ختمًا ميكانيكيًا لاحتواء سائل العملية. يحدد API 682 مخططات الختم:الخطة 53 (الختم المزدوج بسائل الحاجز المضغوط عند 0.15-0.3 MPa فوق ضغط الوعاء ، مثالية للسوائل السامة أو القيمة) توفر تسرب عملية صفر ؛ يتم استخدام الخطة 52 (غلق التانديم غير المضغوط بسوائل العازل) للخدمة المعتدلة الخطورة ؛الخطة 11 (غلق واحد مع غسل من الوعاء) يخدم للسوائل الحميدةيجب أن تكون سرعة العملية الحرجة للعمود 1.4 * على الأقل * الحد الأقصى للسرعة التشغيلية لتجنب الرنين.تقليل الانحناء وتمكين نسبة L / D أعلى، ولكن يتطلب مادة متوافقة مع العملية واستبدال دوري.

2أنواع رئيسية من محركات المفاعل

يتم اختيار محركات مفاعل المحرك على أساس الهدف المهيمن للخلط (الخلط أو تشتت الغاز أو تعليق صلب أو نقل الحرارة) ومدى لزجة سائل العملية.ثلاث عائلات رئيسية من الدوائر تغطي غالبية التطبيقات:

• طوافات توربينات روشتون (دفق شعاعي):توربين القرص 6 شفرات (روشتون) لديه Np = 5.0-6.0 وتوليد تدفق شعاعي قوي: يتم سحب السائل على طول محور العمود، وتسارع شعاعيا إلى الخارج من طرف أطراف الشفرة،ويعيد الدوران إلى الدفة عبر جدار السفينة والحاجزهذا النمط من التبديد عالية القطع، عالية الطاقة هو الأمثل لنقل الكتلة الغاز-سائل (kLa حتى 0.2s-1 في 2-4 vvm تدفق الغاز) وانتشار السائل-سائل غير قابلة للخلط (حجم قطرة 50-500 μm).أجهزة تحريك الأوعية (4 في 90 °، العرض = T/12) منع الدوران وتحويل التدفق المماس إلى إعادة الدوران الرأسي.مع سرعات النقط من 3-6 م/ث محرك توليد * أرقام رينولدز * Re > 5 * 104 للخلط المضطرب في السوائل منخفضة اللزوجة (< 1،000 جنيه إسترليني).
• أجهزة الدفع ذات الشفرة الملتوية (التيار المحوري):المروحة ذات 4 شفرات 45 درجة (Np = 1.27-1.64) تولد تدفق محوري ، مضخة السائل لأسفل (أو لأعلى عند العكس). يوفر نمط التدفق هذا:تداول مكثف للخلط (أوقات الخلط أقصر بنسبة 50-80٪ من روشتون عند نفس الطاقة)، تعليق صلب (Njs 30-50٪ أقل من روستون) ، وتعزيز نقل الحرارة (معدل نقل الحرارة الداخلي أعلى 20-40٪).التشتت الغازي اللطيف)، التبلور (التشبع المتحكم) ، والتفاعلات الصلبة السائلة. العديد من الدوائر ذات الشفرة الملتوية على عمود مشترك (2-3 وحدة ، متباعدة على 1.5* قطر الدفة) توسيع المنطقة المختلطة في السفن الطويلة (H / D > 1.5) لتحقيق تركيز موحد في جميع أنحاء حجم الوعاء.
• أجهزة إقناع الشريط المتعرج والمركز (المرونة العالية):بالنسبة للسوائل اللزجة (1000-50،000 cP) حيث Re < 100 (التحول إلى النظام المصفوف) ، المروحة ذات الإفراج المكثف ◄ الشريط المروحي (Np = 100-200 في التدفق المصفوف ، المسافة = قطر ، عرض الشريط = 0).1*D) أو مرساة (Np = 50-150، D = 0.95 * T) √ مسح جدار الوعاء بأكمله. مقاييس الطاقة مثل P = Kp·μ·N2·D3 (خطية مع اللزوجة في النظام اللاميني). يتنبأ ارتباط Nagata * P = Kp·Re ^ ((-1) √ N3 · D5 بالطاقة اللامينية.هذه الدوائر توفر: توزيع درجات الحرارة المتساوية لردود الفعل البوليمرية ، لا توجد مناطق راكدة (حاسمة للمنتجات الحساسة حراريًا) ومؤشرات نقل الحرارة الجدارية من 200-400 واط / م 2 كيلوغرام (مقابل50-100 واط/م2 كيلوغرام بالنسبة للأوعية غير المكبوتة)سرعات التشغيل النموذجية هي 10-50 دورة في الدقيقة مع قوة لكل وحدة حجم من 0.5-2 كيلوواط / م 3.

أنواع محرك مفاعل المحرك مصفوفة مقارنة

الأسئلة الشائعة (FAQ)

س: ما هو عدد الطاقة Np وكيف يتم استخدامه لتحديد حجم المحرك؟

ج: عدد الطاقة Np = P / ((ρN3D5) هو معامل السحب غير الأبعاد للهندسة المحددة للمحرك. لكل نوع محرك (Rushton Np = 5- 6 ، Np مع شفرة منحدرة = 1.3-1.6، المروحة Np = 0.3-0.45) ، يتم تحديد Np تجريبياً وثابتة في النظام الاضطرابية الكاملة (Re > 104). يتم حساب قوة محرك المحرك مثل P = Np * ρ * N3 * D5 ،ثم مضروبة بعامل السلامة (1على سبيل المثال ، توربين روشتون مع D = 0.5 م ، N = 3 rps (180 RPM) ، في الماء (ρ = 1,000 kg / m3) يسحب P = 5.5 * 1,000 * 27 * 0.03125 = 4,640 W ≈ 4.6 kW.المحرك سيكون بحجم 5.5-6.0 كيلوواط (مع عامل السلامة 1.2-1.3 *).

السؤال: لماذا هناك حاجة إلى المكافئات في المفاعلات المتحركة مع توربينات أو الدوائر ذات الشفرات الملتوية؟

الجواب: بدون محركات تحريك، يخلق الدفعة الدوارة دوامة تسبب في تدوير كتلة السائل بأكملها كجسم صلب (التدفق المماس) ،بدون إعادة التداول الرأسي، يصل الخلط إلى الصفر على الرغم من إدخال الطاقة.تحويل المدافع (4 في 90 درجة، العرض = T/12 إلى T/10، الارتفاع = كامل عمق السائل) تدفق اللمس إلى إعادة التداول الرأسي، وخلق نمط التدفق الترويدي الذي يحقق خلط، تعليق صلب،ونقل الحرارةبدون محفزات ، ينخفض عدد الطاقة إلى 10-20٪ من القيمة المحفزة ، ويجب أن يتجاوز عدد رينولدز عتبة أعلى بكثير للخلط الفعال.مطلوب دائماً أن يكون هناك محركات لتحريك التوربينات والدرجات في السوائل ذات اللزوجة المنخفضة (Re > 300)لا تتطلب الدوائر ذات المساحة القصيرة (المرس، الشريط المتعرج) في السوائل اللزجة أجهزة تحفيز.

س: كيف يتم تحديد سرعة Njs في المرفق فقط للخلط الصلب السائل؟

ج: * علاقة زويترينج * Njs = S·μ^0.1·[g·(ρs-ρl) /ρl]^0.45·dp^0.2·D^(-0.85) يتنبأ الحد الأدنى من سرعة المحرك الذي لا يظل فيه أي مواد صلبة ثابتة على قاع الوعاء لأكثر من 1-2 ثانيةS هو ثابت هندسي (2.0-4.5 للوعاءات المعقدة مع D / T = 0.33-0.5) ، μ هو لزجة السائل ، ρs و ρl هي الكثافة الصلبة والسائلة ، dp هو قطر الجسيم المتوسط للكتلة ،و D هو قطر الدوائر. يعمل 10-20٪ فوق Njs يضمن تعليق صلب قوي ؛ يعمل تحت Njs يؤدي إلى تراكم الصلبات ، وانخفاض منطقة التفاعل ، وتشكيل النقاط الساخنة المحتملة في التفاعلات الحرارية الخارجية.

س: ما هو ترتيب الختم الميكانيكي الموصى به لسائل عملية سام أو خطير؟

ج: يتم التوصية بـ API 682 خطة 53 (الختم المزدوج الضغط) للسوائل السامة أو الخطرة أو المنظمة بيئيا. السائل الحاجز (سائل نظيف متوافق مثل الجليسرين ، الزيت الأبيض ،أو سائل نقل الحرارة الاصطناعي) يتم الاحتفاظ به عند 0.15-0.3 MPa فوق ضغط الوعاء، مع ضمان أن أي تسرب في وجه الختم هو سائل حاجز في العملية (وليس سائل العملية في الغلاف الجوي).يتم تداول السائل الحاجز عبر وعاء الختم مع مراقبة المستوى (إنذار مستوى منخفض = تسرب الختم الخارجي)، ناقل الضغط (إنذار الضغط المنخفض = تسرب الختم الداخلي) ، وحلقة ضخ أو مضخة الدورة الدموية الخارجية. هذا الترتيب يحقق صفر انبعاثات سائل العملية إلى البيئة،مع MTBF عادي الختم (متوسط الوقت بين الفشل) من 2-5 سنوات.

العلامات:مفاعل الفولاذ المقاوم للصدأ,نظام المفاعل الكيميائي,المفاعل الكيميائي الصناعي