Τι είναι ένας αντιδραστήρας αναμειγνύσεως; Αρχές, Σχεδιασμός Αναμειγνύσεως & Εφαρμογές

Τι είναι ένας αντιδραστήρας αναμειγνύσεως; Αρχές, Σχεδιασμός Αναμειγνύσεως & Εφαρμογές

Απαντώντας στην βασική ερώτηση:Τι είναι ένας αντιδραστήρας αναμειγνύματος και πώς ο σχεδιασμός του αναμειγνύτη επηρεάζει την απόδοση ανάμειξης, τη μεταφορά θερμότητας και την απόδοση αντίδρασης σε δοχείο πίεσης με κωδικό ASME;Ένας αντιδραστήρας αναμειγνύματος είναι ένα δοχείο πίεσης με κώδικα ASME τμήμα VIII, όπου ένας άξονας τροχιάς με κινητήρα δημιουργεί κίνηση υγρού για ανάμειξη, διάσπαση, βελτίωση της μεταφοράς θερμότητας,και ομογενοποίηση της αντίδρασηςΗ απόδοση διέπεται από τον * αριθμό ισχύος Np* = P/(ρN3D5), που κυμαίνεται από 0,3 (πλώρη ναυτιλίας) έως 5,0-6,0 (τουρμπίνα Rushton), τον * αριθμό Reynolds* Re = ρND2/μ (τουρμπουλεντικό καθεστώς Re > 104),και η *ταχύτητα πύλης* v_tip = πND (2-6 m/s)Οι μηχανικές σφραγίδες API 682 περιέχουν υγρό διαδικασίας σε πιέσεις σχεδιασμού 0,1-10 MPa, ενώ η ισχύς ανά μονάδα όγκου είναι 0.1-5 kW/m3 εξασφαλίζει επαρκή ενεργειακή πρόσληψη για τον στόχο *χρόνο ανάμειξης* 5-60 δευτερόλεπτα.

1Αρχές σχεδιασμού του κεντρικού ανασταλτή

Η απόδοση ανάμειξης ενός αντιδραστήρα αναμειγνύματος εξαρτάται από τη γεωμετρία του τροχού, την ταχύτητα περιστροφής, τη γεωμετρία του δοχείου (αποσπάσματα, αναλογία D/T) και τις ιδιότητες του υγρού.Τρεις αρχές μηχανικής διέπουν το σχεδιασμό και την επιλογή του αναμειγνυτή:

• Υδροδυναμική του τροφοδότη και αριθμός ισχύος:Ο * αριθμός ισχύος Np* = P/(ρN3D5) είναι ο αδιάστατος συντελεστής αντίστασης του τροχού, ο οποίος προσδιορίζεται πειραματικά για κάθε γεωμετρία.0-6.0Το στρογγυλοτροχείο με στρογγυλή λεπίδα (4 λεπίδες σε 45°, αντλώντας προς τα κάτω ή προς τα πάνω) έχει Np = 1.27-1.64Η ελικοπτέρου * θαλάσσια * (3 λεπίδες, pitch = διάμετρος) έχει Np = 0,2-0.45Σε Re > 104 (πλήρως αναταραγμένο), το Np είναι σταθερό ανεξάρτητα από την ταχύτητα· σε Re < 10 (λαμιναρό), το Np = K/Re (όπου το K είναι σταθερό γεωμετρίας),που σημαίνει ότι η ισχύς είναι ανάλογη με την ιξώδητητα και όχι με την πυκνότητα..
• Τρόπος ροής και χρόνος ανάμειξης:Η ροή του τροχοθρευτή χαρακτηρίζεται από τον αριθμό ροής * Nq * = Q/(ND3), όπου Q είναι ο ρυθμός εκκένωσης του τροχοθρευτή.Ο *χρόνος ανάμειξης* θ = V/(Nq·ND3·N) = K/N (σε πλήρη αναταραχή ροής)Η συσχέτιση Ζουίτερινγκ Njs = S·μ^0.1·(g·(ρs-ρl) /ρl) ^0.45·d_p^0.2·D^(-0.85) προβλέπει την ελάχιστη ταχύτητα για τα στερεά που μόλις αιωρούνται (χωρίς στερεά στο βυθό του αγγείου), όπου το S είναι μια σταθερή που εξαρτάται από τη γεωμετρία.Ο αριθμός *Camp* Ca = G·t (μεταβλητή ταχύτητας * χρόνος) χαρακτηρίζει την ένταση της κοκκώσεως σε αντιδραστήρες επεξεργασίας νερού..
• Μηχανική σφραγίδα και σχεδιασμός άξονα:Ο άξονας του ανασταλτή διεισδύει στην κορυφή ή στο κάτω μέρος του κεφαλιού του δοχείου, απαιτώντας μια *μηχανική σφραγίδα* για να περιέχει το υγρό της διαδικασίας.Σχέδιο 53 (διπλή σφραγίδα με υγρό φραγμού υπό πίεση σε 0.15-0.3 MPa πάνω από την πίεση του δοχείου, ιδανικό για τοξικά ή πολύτιμα υγρά) παρέχει μηδενική διαρροή της διαδικασίας. Το σχέδιο 52 (μη πιεσμένη σφραγίδα ταλαντού με υγρό απόσβεσης) χρησιμοποιείται για λειτουργία με μέτριο κίνδυνο.Σχέδιο 11 (μοναδική σφραγίδα με ξεπλύσιμο από το δοχείο) χρησιμοποιείται για καλοήθη υγράΓια τους ταρακουνητές που εισέρχονται από το κάτω μέρος, το άξονα υποστηρίζεται από ένα σταθερό ρουλεμάν (PTFE ή καρβονικό φουσκωτό),μειώνει την εκτροπή και επιτρέπει υψηλότερους δείκτες L/D, αλλά απαιτεί υλικό συμβατό με τη διαδικασία και περιοδική αντικατάσταση.

2. Βασικοί τύποι ελκυστήρων αντιδραστήρων αναμειγνύσεων

Οι τροχονόμοι αντιδραστήρων αναμειγνύματος επιλέγονται με βάση τον κυρίαρχο στόχο ανάμειξης (ανάμειξη, διάσπαση αερίων, στερεό εναιώρημα ή μεταφορά θερμότητας) και το εύρος ιξώδους του υγρού της διαδικασίας.Τρεις κύριες οικογένειες τροχών καλύπτουν τις περισσότερες εφαρμογές:

• Εξαγωγείς τουρμπίνων Rushton (κυμαστικής ροής):Ο δίσκος των 6 λεπτών (Rushton) έχει Np = 5.0-6.0 και παράγει ισχυρή ακτινοβολία: το υγρό τραβάται κατά μήκος του άξονα του άξονα, επιταχύνεται ακτινοβολικά προς τα έξω από τις άκρες των λεπτών,και ανακυκλώνεται πίσω στον τροχιά μέσω του τοίχου του αγγείου και των φασώνΑυτό το μοτίβο διάσπασης υψηλής ενεργειακής ενέργειας είναι βέλτιστο για τη μεταφορά μάζας αερίου-ρευστότητας (kLa έως 0,2 s−1 σε ροή αερίου 2-4 vvm) και την αδιάλυτη διασπορά υγρού-ρευστότητας (μέγεθος σταγονιδίων 50-500 μm).Δοκιμαστικές συσκευές για δοχεία (4 σε 90°), πλάτος = T/12) να αποφευχθεί η περιστροφή και να μετατραπεί η πιεστική ροή σε κατακόρυφη ανακύκλωση.με ταχύτητες κορυφής 3-6 m/s που παράγουν τροχιά *Αριθμοί Reynolds* Re > 5*104 για αναταραγμένα μείγματα σε υγρά χαμηλής ιξώδους (< 1, 000 cP).
• Εμπορικοί μηχανισμοί με στρογγυλή λεπίδα (άξια ροή):Η τροχιά με 4 λεπίδες 45° (Np = 1,27-1,64) παράγει αξιωτική ροή, αντλώντας υγρό προς τα κάτω (ή προς τα πάνω όταν αντιστρέφεται).αποτελεσματική κυκλοφορία χύδης για ανάμειξη (χρόνοι ανάμειξης 50-80% μικρότεροι από του Rushton σε ίση ισχύ), στερεό εναιώρημα (Njs 30-50% χαμηλότερο από το Rushton) και βελτίωση της μεταφοράς θερμότητας (εσωτερικός συντελεστής μεταφοράς θερμότητας 20-40% υψηλότερος).ήπια διασπορά αερίων)Πολλαπλές τροχονίδες με στρογγυλή λεπίδα σε ένα κοινό άξονα (2-3 μονάδες, διαχωρισμένες σε 1.5* διάμετρος τροχιάς) επεκτείνουν τη μεικτή ζώνη σε ψηλά σκάφη (H/D > 1.5), επιτυγχάνοντας ομοιόμορφη συγκέντρωση σε ολόκληρο τον όγκο του δοχείου.
• Ελικοειδείς ιμάντες και ελικοειδείς ιμάντες άγκυρας (υψηλής ιξώδους):Για τα ιξώδη υγρά (1.000-50.000 cP) όπου το Re < 100 (μεταβατικό σε λαμιναρικό καθεστώς), τροχονόμοι στενής διαφάνειας ̇ ελικοειδής κορδέλα (Np = 100-200 σε λαμιναρική ροή, διάμετρος = διάμετρος, πλάτος κορδέλας = 0).1*D) ή άγκυρα (Np = 50-150Η συσχέτιση Nagata* P = Kp·Re^(-1) ·ρ·N3·D5 προβλέπει τη λαμιναρική ισχύ.Αυτοί οι τροχούς παρέχουν: ομοιόμορφη κατανομή θερμοκρασίας για τις αντιδράσεις πολυμερισμού, χωρίς στάσιμες ζώνες (κρίσιμες για θερμικά ευαίσθητα προϊόντα) και συντελεστές μεταφοράς θερμότητας τοίχων 200-400 W/m2K (έναντι50-100 W/m2K για μη φραγμένα δοχεία)Οι τυπικές ταχύτητες λειτουργίας είναι 10-50 RPM με ισχύ ανά μονάδα όγκου 0,5-2 kW/m3.

Τύποι ελκυστήρα αντιδραστήρα αναμειγνυτής

Συχνές ερωτήσεις (FAQ)

Ε: Ποιος είναι ο αριθμός ισχύος Np και πώς χρησιμοποιείται για τη διαμόρφωση του μεγέθους του αναμεικτήρα;

Α: Ο αριθμός ισχύος Np = P/ ((ρN3D5) είναι ο αδιάστατος συντελεστής αντίστασης μιας συγκεκριμένης γεωμετρίας τροχού.6Η ισχύς του κινητήρα αναμειγνύματος υπολογίζεται ως P = Np * ρ * N3 * D5,μετά πολλαπλασιάζεται με συντελεστή ασφάλειας (1Για παράδειγμα, μια ανεμογεννήτρια Rushton με D = 0,5 m, N = 3 rps (180 RPM), στο νερό (ρ = 1.000 kg/m3) αντλεί P = 5,5 * 1.000 * 27 * 0,03125 = 4.640 W ≈ 4,6 kW.Ο κινητήρας θα είχε μέγεθος 50,5-6,0 kW (με συντελεστή ασφάλειας 1,2-1,3*).

Ε: Γιατί απαιτούνται βαφλέδες σε αντιδραστήρες αναμειγνύσεως με ανεμογεννήτριες ή τροχούς στρογγυλής λεπίδας;

Α: Χωρίς αποκλίσεις, ο περιστρεφόμενος τροχός δημιουργεί μια δίνη που προκαλεί την περιστροφή ολόκληρης της μάζας του υγρού ως ένα στερεό σώμα (ταγγειακή ροή),χωρίς κάθετη ανακύκλωση, η ανάμειξη είναι ουσιαστικά μηδενική, παρά την είσοδο ισχύοςΟι βαφίδες (4 σε 90°, πλάτος = T/12 έως T/10, ύψος = πλήρες βάθος υγρού) μετατρέπουν την αγγειακή ροή σε κατακόρυφη ανακύκλωση, δημιουργώντας το τυροειδές σχέδιο ροής που επιτυγχάνει ανάμειξη, στερεή αναστολή,και μεταφορά θερμότηταςΧωρίς διασταλτικά, ο αριθμός ισχύος πέφτει στο 10-20% της διασταλτικής τιμής και ο αριθμός Reynolds πρέπει να υπερβαίνει ένα πολύ υψηλότερο όριο για αποτελεσματική ανάμειξη.Οι βαφίδες απαιτούνται πάντοτε για τους τροχούς των ανεμογεννητριών και των τροχών με στρογγυλή λεπίδα σε υγρά χαμηλής ιξώδους (Re > 300)Οι τροχονόμοι στενού διαχωρισμού (αγκυροβολία, ελικοειδής κορδέλα) σε ιξώδη υγρά δεν απαιτούν αποκλίσεις.

Ε: Πώς προσδιορίζεται η ταχύτητα Njs για την ανάμειξη στερεού υγρού;

Α: Η συσχέτιση Ζουίτερινγκ Njs = S·μ^0.1·[g·(ρs-ρl) /ρl]^0.45·dp^0.2·D^(-0.85) προβλέπει την ελάχιστη ταχύτητα αναμειγνύτη κατά την οποία κανένα στερεό υλικό δεν παραμένει ακίνητο στον πυθμένα του δοχείου για περισσότερο από 1-2 δευτερόλεπτα.. S είναι μια σταθερή γεωμετρίας (2.0-4.5 για τα τυποποιημένα αγγεία με D/T = 0.33-0.5), μ είναι η ιξώτεια του υγρού, ρs και ρl είναι οι πυκνότητες στερεών και υγρών, dp είναι η διάμετρος σωματιδίων μέσης μάζας,και D είναι η διάμετρος τροχιάςΗ λειτουργία κατά 10-20% πάνω από το Njs εξασφαλίζει ισχυρή στερεή αναστολή· η λειτουργία κάτω από το Njs οδηγεί σε συσσώρευση στερεών, μειωμένη περιοχή αντίδρασης και πιθανό σχηματισμό θερμών σημείων σε εξωθερμικές αντιδράσεις.

Ε: Ποια μηχανική διάταξη σφράγισης συνιστάται για τοξικό ή επικίνδυνο υγρό διεργασίας;

Α: Το API 682 Σχέδιο 53 (διπλή σφραγίδα υπό πίεση) συνιστάται για τοξικά, επικίνδυνα ή περιβαλλοντικά ρυθμιζόμενα υγρά.ή συνθετικό υγρό μεταφοράς θερμότητας) διατηρείται σε 0.15-0.3 MPa πάνω από την πίεση του δοχείου, διασφαλίζοντας ότι κάθε διαρροή της επιφάνειας της σφραγίδας είναι υγρό φραγμού προς τη διαδικασία (όχι υγρό διαδικασίας προς την ατμόσφαιρα).Το υγρό φραγμού κυκλοφορεί μέσω δοχείου σφράγισης με παρακολούθηση του επιπέδου (σήμα συναγερμού χαμηλού επιπέδου = διαρροή εξωτερικής σφράγισης), μεταδότης πίεσης (ανακοίνωση χαμηλής πίεσης = εσωτερική διαρροή σφραγίδας) και δαχτυλίδι άντλησης ή εξωτερική αντλία κυκλοφορίας.με τυπική σφραγίδα MTBF (μέσος χρόνος μεταξύ αποτυχιών) 2-5 ετών.

Ετικέτες:Πυρηνικός αντιδραστήρας από ανοξείδωτο χάλυβα,Σύστημα χημικού αντιδραστήρα,Βιομηχανικός χημικός αντιδραστήρας