स्टिरर रिएक्टर क्या है? सिद्धांत, एजिटेटर डिजाइन और अनुप्रयोग

मिस्टर रिएक्टर क्या होता है?

मूल प्रश्न का उत्तरःएक हलचल रिएक्टर क्या है, और हलचल रिएक्टर का डिजाइन एक एएसएमई-कोडेड दबाव पोत में मिश्रण प्रदर्शन, गर्मी हस्तांतरण और प्रतिक्रिया उपज को कैसे प्रभावित करता है?एक हलचल रिएक्टर एक एएसएमई खंड VIII-कोडेड हलचल दबाव पोत है जहां एक मोटर चालित इम्पेलर शाफ्ट मिश्रण, फैलाव, गर्मी हस्तांतरण को बढ़ाने के लिए द्रव गति बनाता है,और प्रतिक्रिया homogenization. प्रदर्शन को *शक्ति संख्या Np* = P/(ρN3D5) द्वारा नियंत्रित किया जाता है, जो 0.3 (समुद्री प्रोपेलर) से 5.0-6.0 (रश्टन टरबाइन) तक होता है, *रेनॉल्ड्स संख्या* Re = ρND2/μ (संभ्रमित शासन Re > 104),और *टिप गति* v_tip = πND (2-6 m/s)एपीआई 682 यांत्रिक सील में 0.1-10 एमपीए के डिजाइन दबावों पर प्रक्रिया द्रव होता है, जबकि प्रति इकाई आयतन शक्ति 0.1-5 kW/m3 5-60 सेकंड के लक्ष्य *मिश्रण समय* के लिए पर्याप्त ऊर्जा इनपुट सुनिश्चित करता है.

1कोर एजिटेटर डिजाइन सिद्धांत

एक रिएक्टर के मिश्रण प्रदर्शन रोलर ज्यामिति, रोटेशन गति, पोत ज्यामिति (बफल्स, डी / टी अनुपात) और द्रव गुणों पर निर्भर करता है।अभियान्त्रिकी के तीन सिद्धांत हलचलकर्ता के डिजाइन और चयन को नियंत्रित करते हैं:

• इम्पेलर हाइड्रोडायनामिक्स और पावर नंबरः*शक्ति संख्या Np* = P/(ρN3D5) प्रत्येक ज्यामिति के लिए प्रयोगात्मक रूप से निर्धारित इम्पेलर का आयामहीन प्रतिरोध गुणांक है। *रश्टन टर्बाइन* (6 सपाट ब्लेड, D/T = 0.33-0.5) में Np = 5 है।0-6.0, उच्च कतरनी के साथ मजबूत रेडियल प्रवाह उत्पन्न करता है, जो गैस-तरल फैलाव और अमिश्रित तरल एमुल्सिफिकेशन के लिए आदर्श है।२७-१.64, ठोस निलंबन और गर्मी हस्तांतरण के लिए अक्षीय प्रवाह उत्पन्न करता है। * समुद्री प्रोपेलर* (3 ब्लेड, पिच = व्यास) का एनपी = 0.2-0 है।45, कम चिपचिपाहट मिश्रण के लिए उपयुक्त है। Re > 104 (पूरी तरह से अशांत), Np गति के बावजूद स्थिर है; Re < 10 (लामिना), Np = K/Re (जहां K एक ज्यामिति स्थिर है),जिसका अर्थ है कि शक्ति घनत्व के बजाय चिपचिपाहट के आनुपातिक है.
• प्रवाह पैटर्न और मिश्रण समयःइम्पेलर प्रवाह को * प्रवाह संख्या Nq* = Q/(ND3) द्वारा विशेषता है, जहां Q इम्पेलर डिस्चार्ज दर है। एक पिच-ब्लेड इम्पेलर के लिए, Nq = 0.43-0.75 (पम्पिंग संख्या) ।*मिश्रण समय* θ = V/(Nq·ND3·N) = K/N (पूरी तरह से अशांत प्रवाह में), मिश्रण समय गति के विपरीत आनुपातिक है), जहां K इम्पेलर-जहाज ज्यामिति पर निर्भर करता है (आमतौर पर मानक विन्यास के लिए 4-10). * ज़्वीटरिंग सहसंबंध* Njs = S·μ^0.1·(g·(ρs-ρl) /ρl) ^ 0.45·d_p^0.2·D^(-0.85) केवल निलंबित ठोस पदार्थों के लिए न्यूनतम गति की भविष्यवाणी करता है (जहाज के तल पर कोई ठोस पदार्थ नहीं), जहां S एक ज्यामिति-निर्भर स्थिरांक है।*कैम्प संख्या* Ca = G·t (गति ढाल * समय) जल उपचार रिएक्टरों में तरल पदार्थ की तीव्रता की विशेषता है.
• यांत्रिक सील और शाफ्ट डिजाइनःहलचलकर्ता शाफ्ट पात्र के ऊपरी या निचले सिर में प्रवेश करता है, जिसके लिए प्रक्रिया द्रव को रखने के लिए * यांत्रिक सील* की आवश्यकता होती है।योजना 53 (दबली सील के साथ दबाव बाधा तरल पदार्थ 0 पर.15-0.3 एमपीए पोत दबाव से ऊपर, विषाक्त या मूल्यवान तरल पदार्थों के लिए आदर्श) शून्य प्रक्रिया रिसाव प्रदान करता है; योजना 52 (बफर तरल पदार्थ के साथ दबाव रहित टैंडेम सील) मध्यम खतरनाक सेवा के लिए उपयोग की जाती है;योजना 11 (जहाज से फ्लश के साथ एकल सील) सौम्य तरल पदार्थों के लिए काम करती हैशफ्ट की महत्वपूर्ण गति कम से कम 1.4* अधिकतम ऑपरेटिंग गति होनी चाहिए ताकि अनुनाद से बचा जा सके।झुकने को कम करना और उच्च एल/डी अनुपात को सक्षम करना, लेकिन प्रक्रिया संगत सामग्री और आवधिक प्रतिस्थापन की आवश्यकता है।

2प्रमुख प्रकार के मिशर रिएक्टर इम्पेलर

मिशरर रिएक्टर रोलर्स का चयन प्रमुख मिश्रण उद्देश्य (मिश्रण, गैस फैलाव, ठोस निलंबन या गर्मी हस्तांतरण) और प्रक्रिया द्रव चिपचिपाहट सीमा के आधार पर किया जाता है।तीन मुख्य रोलर परिवार अधिकांश अनुप्रयोगों को कवर करते हैं:

• रश्टन टर्बाइन (रेडियल-फ्लो) इम्पेलर:6 ब्लेड डिस्क टरबाइन (रुश्टन) का एनपी = 5.0-6.0 है और यह एक मजबूत रेडियल प्रवाह उत्पन्न करता हैः द्रव को शाफ्ट अक्ष के साथ खींचा जाता है, ब्लेड टिप्स द्वारा रेडियल रूप से बाहर की ओर तेज किया जाता है,और पोत की दीवार और baffles के माध्यम से impeller के लिए वापस recirculatesयह उच्च कतरनी, उच्च ऊर्जा अपव्यय पैटर्न गैस-तरल द्रव्यमान हस्तांतरण के लिए इष्टतम है (२-४ वीएम गैस प्रवाह पर ०.२ एस−१ तक केएलए) और अमिश्रित तरल-तरल फैलाव (बूंद का आकार ५०-५०० माइक्रोन) ।पोतों के लिए बैफल (4 90° पर), चौड़ाई = T/12) घुमाव को रोकने के लिए और ऊर्ध्वाधर पुनरावृत्ति के लिए स्पर्श प्रवाह परिवर्तित। मानक रोलर व्यास D = T/3,3-6 मीटर/सेकंड की टॉप गति के साथ जनरेटर इम्पेलर * रेनॉल्ड्स नंबर* Re > 5*104 कम चिपचिपापन वाले तरल पदार्थों में अशांत मिश्रण के लिए (< 1, 000 सीपी) ।
• पिच ब्लेड (एक्सियल-फ्लो) इम्पेलर:चार ब्लेड वाला 45° तिरछा इम्पेलर (एनपी = 1.27-1.64) अक्षीय प्रवाह उत्पन्न करता है, द्रव को नीचे की ओर (या उल्टा होने पर ऊपर की ओर) पंप करता है। यह प्रवाह पैटर्न प्रदान करता हैःमिश्रण के लिए कुशल थोक परिसंचरण (मिश्रण के समय समान शक्ति पर रश्टन से 50-80% कम), ठोस निलंबन (Njs 30-50% Rushton की तुलना में कम), और गर्मी हस्तांतरण वृद्धि (आंतरिक गर्मी हस्तांतरण गुणांक 20-40% अधिक) । अक्षीय impellers के लिए वरीयता दी जाती हैः किण्वन (कम कतरनी,गैस का हल्का फैलाव), क्रिस्टलीकरण (नियंत्रित अतिसंतृप्ति), और ठोस-तरल प्रतिक्रियाएं। एक आम शाफ्ट पर कई पिच-ब्लेड इम्पेलर (2-3 इकाइयां, 1 पर दूरी पर)5* इम्पेलर व्यास) उच्च पात्रों में मिश्रित क्षेत्र का विस्तार करते हैं (एच/डी > 1.5), पूरे कंटेनर वॉल्यूम में समान एकाग्रता प्राप्त करना।
• हेलिकल रिबन और एंकर इम्पेलर (उच्च चिपचिपाहट):चिपचिपा तरल पदार्थों (1,000-50,000 cP) के लिए जहां Re < 100 (लैमिनारी व्यवस्था के लिए संक्रमण), निकट-खुलासा impellers-हेलिकल रिबन (Np = 100-200 लैमिनारी प्रवाह में, पिच = व्यास, रिबन चौड़ाई = 0)1*D) या लंगर (Np = 50-150, D = 0.95*T) 👉पूरी पोत की दीवार को झाड़ते हैं। पावर स्केल P = Kp·μ·N2·D3 के रूप में (लामिनेरी शासन में चिपचिपाहट के साथ रैखिक) । * नागाटा सहसंबंध* P = Kp·Re^(-1) √·N3·D5 लामिनेरी शक्ति की भविष्यवाणी करता है।ये रोलर प्रदान करते हैंपोलीमराइजेशन प्रतिक्रियाओं के लिए समान तापमान वितरण, कोई स्थिर क्षेत्र नहीं (थर्मल रूप से संवेदनशील उत्पादों के लिए महत्वपूर्ण) और दीवार गर्मी हस्तांतरण गुणांक 200-400 W/m2K (vs.50-100 W/m2K अनबॉफल्ड पात्रों के लिए)सामान्य परिचालन गति 10 से 50 आरपीएम है और प्रति इकाई आयतन शक्ति 0.5-2 किलोवाट/एम3 है।

मिस्टर रिएक्टर इम्पेलर प्रकार तुलना मैट्रिक्स

अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न (FAQ)

प्रश्न: शक्ति संख्या Np क्या है और इसका प्रयोग हलचलकर्ता के आकार के लिए कैसे किया जाता है?

उत्तर: शक्ति संख्या Np = P/(ρN3D5) एक विशिष्ट रोलर ज्यामिति का आयामहीन प्रतिरोध गुणांक है। प्रत्येक रोलर प्रकार (रूस्टन Np = 5-6, पिच-ब्लेड Np = 1.3-1) के लिए, प्रत्येक रोलर प्रकार के लिए, प्रत्येक रोलर प्रकार के लिए, प्रत्येक रोलर प्रकार के लिए, प्रत्येक रोलर प्रकार के लिए, प्रत्येक रोलर प्रकार के लिए, प्रत्येक रोलर प्रकार के लिए, प्रत्येक रोलर प्रकार के लिए, प्रत्येक रोलर प्रकार के लिए, प्रत्येक रोलर प्रकार के लिए, प्रत्येक रोलर प्रकार के लिए, प्रत्येक रोलर प्रकार के लिए, प्रत्येक रोलर प्रकार के लिए, प्रत्येक रोलर प्रकार के लिए, प्रत्येक रोलर प्रकार के लिए, प्रत्येक रोलर प्रकार के लिए, प्रत्येक रोलर प्रकार के लिए, प्रत्येक रोलर प्रकार के लिए, प्रत्येक रोलर प्रकार के लिए, प्रत्येक रोलर प्रकार के लिए, प्रत्येक रोलर प्रकार के लिए, प्रत्येक रोलर प्रकार के लिए, प्रत्येक रोलर प्रकार के लिए, प्रत्येक रोलर प्रकार के लिए, प्रत्येक रोलर प्रकार के लिए, प्रत्येक रोलर प्रकार के लिए, प्रत्येक रोलर प्रकार के लिए, प्रत्येक रोलर प्रकार के लिए, प्रत्येक रोलर प्रकार के लिए,6, प्रोपेलर Np = 0.3-0.45), Np प्रयोगात्मक रूप से निर्धारित किया जाता है और पूरी तरह से अशांत शासन में स्थिर होता है (Re > 104) । हलचलकर्ता मोटर शक्ति की गणना P = Np * ρ * N3 * D5 के रूप में की जाती है,फिर एक सुरक्षा कारक से गुणा किया जाता है (1.2-1.5) मोटर साइजिंग के लिए। उदाहरण के लिए, D = 0.5 मीटर, N = 3 आरपीएस (180 आरपीएम), पानी (ρ = 1,000 किलोग्राम/एम 3) में एक रश्टन टरबाइन P = 5.5 * 1,000 * 27 * 0.03125 = 4,640 W ≈ 4.6 kW खींचती है।मोटर का आकार 5 होगा.5-6.0 किलोवाट (सुरक्षा कारक 1.2-1.3* के साथ)

प्रश्न: टरबाइन या पिच-ब्लेड इम्पेलर वाले हलचल रिएक्टरों में बैफल्स की आवश्यकता क्यों होती है?

A: बिना बफल्स के, घूर्णन इम्पेलर एक भंवर बनाता है जो पूरे द्रव द्रव्यमान को एक ठोस शरीर के रूप में घूमने का कारण बनता है (टैंजेंशियल प्रवाह),कोई ऊर्ध्वाधर पुनर्मूल्यांकन के साथ √ मिश्रण प्रभावी रूप से शून्य है, बिजली इनपुट के बावजूद. बाफल्स (4 90° पर, चौड़ाई = T/12 से T/10, ऊंचाई = पूर्ण तरल गहराई) स्पर्श प्रवाह को ऊर्ध्वाधर पुनर्विक्रय में परिवर्तित करते हैं, जो मिश्रण, ठोस निलंबन प्राप्त करने वाले टोरोइडल प्रवाह पैटर्न का निर्माण करते हैं,और गर्मी हस्तांतरणबिना बफल्स के, शक्ति संख्या बफल्ड मूल्य के 10-20% तक गिर जाती है, और * रेनॉल्ड्स संख्या * को प्रभावी मिश्रण के लिए एक बहुत अधिक सीमा से अधिक होना चाहिए।कम चिपचिपाहट (Re > 300) वाले तरल पदार्थों में टरबाइन और पिच-ब्लेड इम्पेलरों के लिए हमेशा बैफल्स की आवश्यकता होती हैचिपचिपा तरल पदार्थों में निकट-खुलासा इम्पेलर (अँकर, हेलिकल रिबन) को बफ़र की आवश्यकता नहीं होती है।

प्रश्न: ठोस-तरल मिश्रण के लिए अभी-अभी निलंबित गति Njs को कैसे निर्धारित किया जाता है?

A: *ज़्वीटरिंग सहसंबंध* Njs = S·μ^0.1·[g·(ρs-ρl) /ρl]^0.45·dp^0.2·D^(-0.85) कम से कम हलचल की गति की भविष्यवाणी करता है जिसमें कोई ठोस पदार्थ 1-2 सेकंड से अधिक समय तक कंटेनर के तल पर स्थिर नहीं रहता है।S एक ज्यामिति स्थिरांक है (2.0-4.5 मानक भ्रमित पात्रों के लिए D/T = 0.33-0.5), μ तरल चिपचिपाहट है, ρs और ρl ठोस और तरल घनत्व हैं, dp द्रव्यमान-मध्य कण व्यास है,और D रोलर का व्यास हैएनजेएस से ऊपर 10-20% काम करने से मजबूत ठोस निलंबन सुनिश्चित होता है; एनजेएस से नीचे काम करने से ठोस पदार्थ जमा होते हैं, प्रतिक्रिया क्षेत्र कम हो जाता है, और एक्सोथर्मिक प्रतिक्रियाओं में संभावित हॉट स्पॉट गठन होता है।

प्रश्न: विषाक्त या खतरनाक प्रक्रिया द्रव के लिए किस यांत्रिक सील व्यवस्था की सिफारिश की जाती है?

एः एपीआई 682 प्लान 53 (दोहरी दबाव सील) विषाक्त, खतरनाक, या पर्यावरण विनियमित तरल पदार्थों के लिए अनुशंसित है। बाधा तरल पदार्थ (स्वच्छ, संगत तरल पदार्थ जैसे ग्लिसरीन, सफेद तेल,या सिंथेटिक हीट ट्रांसफर फ्लूइड) को 0 पर रखा जाता है.15-0.3 MPa कंटेनर के दबाव से ऊपर, यह सुनिश्चित करना कि किसी भी सील चेहरे लीक प्रक्रिया में बाधा द्रव (वायुमंडल में प्रक्रिया द्रव नहीं) है।बाधा द्रव को स्तर निगरानी के साथ एक सील बर्तन के माध्यम से प्रसारित किया जाता है (कम स्तर अलार्म = बाहरी सील रिसाव), दबाव ट्रांसमीटर (निम्न दबाव अलार्म = आंतरिक सील रिसाव), और एक पंपिंग रिंग या बाहरी परिसंचरण पंप। यह व्यवस्था पर्यावरण के लिए प्रक्रिया द्रव उत्सर्जन शून्य प्राप्त करती है,एक विशिष्ट सील एमटीबीएफ (विफलताओं के बीच औसत समय) के साथ 2-5 साल.

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