মিক্সিং রিঅ্যাক্টর কী? নীতি, ইম্পেলার প্রকারভেদ ও প্রয়োগ

মূল প্রশ্নের উত্তর: মিক্সিং রিঅ্যাক্টর কী এবং বিভিন্ন ফ্লুইড রেজিমে এর কর্মক্ষমতা কীভাবে ইম্পেলার ডিজাইন দ্বারা নির্ধারিত হয়? একটি মিক্সিং রিঅ্যাক্টর হল একটি চাপযুক্ত পাত্র যা একটি ঘূর্ণায়মান ইম্পেলার দিয়ে সজ্জিত থাকে যা তরলে যান্ত্রিক শক্তি ইনপুট করে অভিন্ন মিশ্রণ, গ্যাস বিচ্ছুরণ, কঠিন সাসপেনশন বা তাপ স্থানান্তর বৃদ্ধি অর্জনের জন্য। ইম্পেলার ঘূর্ণন শক্তিকে (পাওয়ার নম্বর Np = P / (rho * N^3 * D^5) দ্বারা চিহ্নিত) অ্যাক্সিয়াল বা রেডিয়াল ফ্লো প্যাটার্নের মাধ্যমে ফ্লুইড মোশনে রূপান্তরিত করে, যেখানে নির্দিষ্ট ইম্পেলার জ্যামিতি ফ্লুইডের সান্দ্রতা (1 cP জল-সদৃশ থেকে 100,000 cP পলিমার-সদৃশ পর্যন্ত), মিশ্রণের উদ্দেশ্য (মিশ্রণ, ভর স্থানান্তর, বা সাসপেনশন), এবং পাত্রের জ্যামিতি (ব্যাস-থেকে-ইম্পেলার-ব্যাস অনুপাত 3:1) এর উপর ভিত্তি করে নির্বাচন করা হয়। সাধারণ শিল্প মিক্সিং রিঅ্যাক্টরগুলি 50-500 rpm ইম্পেলার গতি, 0.5-500 kW মোটর শক্তি এবং 50-50,000 L আয়তনে রাসায়নিক সংশ্লেষণ, গাঁজন, স্ফটিকীকরণ এবং পলিমারাইজেশনের মতো প্রয়োগগুলির জন্য কাজ করে।

1. মূল মিশ্রণ নীতি এবং ইম্পেলার মেকানিক্স

· **পাওয়ার নম্বর এবং শক্তি ইনপুট:** মাত্রাহীন পাওয়ার নম্বর (Np) পরিমাপ করে যে একটি ইম্পেলার মোটর শক্তিকে ফ্লুইড মোশনে কতটা দক্ষতার সাথে স্থানান্তর করে: রাস্টন টার্বাইনগুলির Np = 5.0 (উচ্চ শিয়ার, গ্যাস বিচ্ছুরণ), পিচড-ব্লেড টার্বাইনগুলির Np = 1.3-1.5 (অ্যাক্সিয়াল ফ্লো, মিশ্রণ), এবং হাইড্রোফয়েলগুলির Np = 0.3 (নিম্ন শিয়ার, উচ্চ ফ্লো); প্রয়োজনীয় মোটর শক্তি হল P = Np * rho * N^3 * D^5, সাধারণত মাঝারি-তীব্রতার মিশ্রণের জন্য প্রতি ঘনমিটারে 0.1-2.0 kW।

· **মিশ্রণের সময় এবং সঞ্চালন:** মিশ্রণের সময়—95% সমজাতীয়তা অর্জনের সময়—পাম্পিং ক্ষমতা (Q = Nq * N * D^3) এবং প্রয়োজনীয় সঞ্চালনের সংখ্যা (সাধারণত 3-5) দ্বারা নিয়ন্ত্রিত হয়; একটি ব্যাফেলযুক্ত পাত্রে টার্বুলেন্ট মিশ্রণের জন্য, মিশ্রণের সময় হল t_blend = 5.4 * (D/T)^(-2) * N^(-1), যা N = 100-300 rpm-এ স্ট্যান্ডার্ড কনফিগারেশনের জন্য 5-30 সেকেন্ড সময় দেয়।

· **কঠিন সাসপেনশন (জাস্ট-সাসপেন্ডেড স্পিড): কঠিন অনুঘটক বা স্ফটিকীকরণ জড়িত বিক্রিয়াগুলির জন্য, জাস্ট-সাসপেন্ডেড স্পিড (Njs) হল সর্বনিম্ন ইম্পেলার গতি যা পাত্রের তল থেকে সমস্ত কঠিন পদার্থকে উত্তোলন করে; Zwietering-এর সহসম্বন্ধ Njs = S * nu^0.1 * d_p^0.2 * (g*delta_rho/rho)^0.45 * D^(-0.85) অনুসারে গণনা করা হয়, যেখানে S একটি জ্যামিতি-নির্ভর ধ্রুবক (সাধারণত 4-10), যা বিক্রিয়ার অভিন্নতার জন্য সম্পূর্ণ কঠিন-তরল যোগাযোগ নিশ্চিত করে।

2. প্রধান ইম্পেলার প্রকারভেদ এবং তাদের প্রয়োগ

· **রাস্টন ডিস্ক টার্বাইন (রেডিয়াল ফ্লো):** একটি ডিস্ক হাবের উপর ছয়টি ফ্ল্যাট ব্লেড যা শ্যাফটের সাথে লম্বভাবে রেডিয়াল ফ্লো তৈরি করে; গ্যাস-তরল বিচ্ছুরণের জন্য স্ট্যান্ডার্ড ইম্পেলার (গাঁজন, হাইড্রোজেনেশন) কারণ এটি প্রতিটি ব্লেডের পিছনে একটি সুনির্দিষ্ট গ্যাস ক্যাভিটি তৈরি করতে পারে, 0.5-2.0 vvm গ্যাস হারে 0.05-0.5 s^-1 kLa মান অর্জন করে; Np = 5.0, D/T = 1/3-এ সর্বোত্তম।

· **পিচড-ব্লেড টার্বাইন (অ্যাক্সিয়াল ফ্লো):** 45 ডিগ্রি কোণে পিচ করা চারটি বা ছয়টি ব্লেড যা উপর থেকে নিচে সঞ্চালন তৈরি করে; মিশ্রণযোগ্য তরল মিশ্রণ, মাঝারি-ঘনত্বের কঠিন পদার্থ সাসপেন্ড করা এবং কম-থেকে-মাঝারি সান্দ্রতা (1-5,000 cP) সিস্টেমে তাপ স্থানান্তর বৃদ্ধির জন্য আদর্শ; Np = 1.3-1.5, ফ্লো নম্বর Nq = 0.7-0.8, স্ট্যান্ডার্ড ব্যাফেলযুক্ত পাত্রে 10-60 সেকেন্ডের মিশ্রণের সময় সহ।

· **হেলিকাল রিবন / অ্যাঙ্কর (ক্লোজ-ক্লিয়ারেন্স):** ন্যূনতম ওয়াল ক্লিয়ারেন্স (2-10 মিমি) সহ ইম্পেলার যা পলিমারাইজেশন, রেজিন এবং পেস্ট প্রক্রিয়াকরণে উচ্চ-সান্দ্রতা মিশ্রণের (5,000-500,000 cP) জন্য ব্যবহৃত হয়; ক্লোজ-ক্লিয়ারেন্স ডিজাইন নিশ্চিত করে যে সমস্ত তরল দেয়াল থেকে ঝেঁটিয়ে নেওয়া হয়, হট স্পট এবং তাপীয় অবক্ষয় প্রতিরোধ করে, Np = 20-100 এবং রেনল্ডস নম্বর 100-এর নিচে (ল্যামিনার রেজিমে)।

ইম্পেলার প্রকারভেদ তুলনা ম্যাট্রিক্স

প্রায়শই জিজ্ঞাসিত প্রশ্নাবলী (FAQ)

প্রশ্ন: একটি মিক্সিং রিঅ্যাক্টরের প্রধান কাজ কী?

উত্তর: একটি মিক্সিং রিঅ্যাক্টর একটি ঘূর্ণায়মান ইম্পেলার ব্যবহার করে তরলে যান্ত্রিক শক্তি ইনপুট করে, অভিন্ন মিশ্রণ, গ্যাস-তরল বিচ্ছুরণ, কঠিন সাসপেনশন বা তাপ স্থানান্তর বৃদ্ধি অর্জন করে, বিক্রিয়া মিশ্রণ জুড়ে তাপমাত্রা, ঘনত্ব এবং ফেজ বিতরণ সমজাতীয় থাকে তা নিশ্চিত করে।

প্রশ্ন: সঠিক ইম্পেলার প্রকার কীভাবে নির্বাচন করা হয়?

উত্তর: ইম্পেলার নির্বাচন ফ্লুইডের সান্দ্রতা, মিশ্রণের উদ্দেশ্য (মিশ্রণ বনাম গ্যাস বিচ্ছুরণ বনাম কঠিন সাসপেনশন) এবং পাত্রের জ্যামিতির উপর ভিত্তি করে করা হয়: গ্যাস-তরলের জন্য রাস্টন টার্বাইন, সাধারণ মিশ্রণ এবং সাসপেনশনের জন্য পিচড-ব্লেড, এবং 5,000 cP-এর বেশি সান্দ্র তরলের জন্য ক্লোজ-ক্লিয়ারেন্স (অ্যাঙ্কর, হেলিকাল রিবন); পাওয়ার নম্বর (Np) এবং ফ্লো নম্বর (Nq) প্রতিটি ইম্পেলারের কর্মক্ষমতা পরিমাপ করে।

প্রশ্ন: জাস্ট-সাসপেন্ডেড স্পিড কী এবং কেন এটি গুরুত্বপূর্ণ?

উত্তর: জাস্ট-সাসপেন্ডেড স্পিড (Njs) হল সর্বনিম্ন ইম্পেলার গতি যা পাত্রের তল থেকে সমস্ত কঠিন পদার্থকে উত্তোলন করে; Njs-এর নিচে কাজ করলে কঠিন পদার্থ স্থির থাকে, বিক্রিয়ার হার কমিয়ে দেয় এবং স্থানীয় হট স্পট তৈরি করে, যখন Njs-এর অনেক উপরে কাজ করলে শক্তি অপচয় হয়—সাধারণ ডিজাইন 1.1-1.2x Njs-এ দক্ষ কঠিন-তরল মিশ্রণের জন্য নির্দিষ্ট করে।

প্রশ্ন: স্কেল-আপের জন্য মিশ্রণ শক্তি কীভাবে গণনা করা হয়?

উত্তর: জ্যামিতিকভাবে অভিন্ন পাত্রগুলির জন্য, মিশ্রণ শক্তি P proportional to N^3 * D^5 (টার্বুলেন্ট রেজিমে ধ্রুবক Np) হিসাবে স্কেল করে; প্রতি ভলিউমে ধ্রুবক শক্তি (P/V) সহ স্কেল-আপের জন্য, ইম্পেলার গতির অনুপাত হল (D_large/D_small)^(-2/3), যা ল্যাব থেকে উৎপাদন স্কেল পর্যন্ত সমতুল্য মিশ্রণ তীব্রতা নিশ্চিত করে।