کشتی مخلوط چگونه کار می کند؟ مکانیک، دینامیک سیالات و طراحی

در فرآوری صنعتی، الفظرف اختلاط- که اغلب مخزن همزده نامیده می شود - چیزی بیش از یک ظرف است. این یک سیستم مهندسی دقیق است که برای تبدیل انرژی به تغییرات فیزیکی در یک سیال طراحی شده است. خواه هدف همگن کردن یک محلول، معلق کردن جامدات یا تسهیل انتقال حرارت باشد، ظرف مخلوط با تبدیل انرژی مکانیکی موتور به حرکت سیال کار می کند.

در هسته خود، یک ظرف اختلاط با غلبه بر اینرسی و ویسکوزیته سیال کار می کند و ایجاد می کند.الگوهای جریانکه تضمین می کند تمام قسمت های مایع از مناطق با برش بالا عبور می کند.

یک ظرف اختلاط از طریق سه مکانیسم فیزیکی متمایز عمل می کند:

1. ماکرو اختلاط (جریان انبوه):حرکت حجمی سیال که توسط همزن (پرانه) هدایت می شود. این مواد را از قسمتی از ظرف به قسمت دیگر منتقل می کند.

2. میکرو اختلاط (برشی):شدت موضعی در نزدیکی تیغه های پروانه. نیروهای برشی زیاد، خوشه های جامد یا قطرات مایعات غیر قابل امتزاج را می شکنند (امولسیون).

3. اتلاف آشفته:فرآیندی که در آن انرژی جنبشی از پروانه در نهایت به صورت گرما و حرکت سیال در سیال پراکنده می‌شود و یک مخلوط یکنواخت را تضمین می‌کند.

بدون تداخل، یک سیال در یک مخزن استوانه ای به سادگی با همزن می چرخد ​​و یکگرداب. این یک "چرخش بدن جامد" ایجاد می کند که در آن اختلاط واقعی بسیار کمی اتفاق می افتد.

• بافل هاصفحات ثابتی هستند که روی دیواره رگ نصب شده اند.

• آنها این جریان دایره ای را مختل می کنند و سیال را به سمت بالا و پایین وادار می کنند. این از گرداب جلوگیری می کند و جریان مماسی (چرخشی) را به تبدیل می کندجریان محوری و شعاعی، که برای همگن سازی موثر ضروری است.

کارایی یک ظرف اختلاط با هم افزایی بین این اجزای خاص تعیین می شود:

• همزن / پروانه:عنصر فعال هندسه های مختلف الگوهای جریان متفاوتی ایجاد می کنند:

  • جریان محوری (به عنوان مثال، پروانه):سیال را به پایین شفت فشار می دهد. بهترین برای سوسپانسیون جامدات

  • جریان شعاعی (مثلاً توربین):مایع را به سمت بیرون به سمت دیوار هل می دهد. بهترین برای واکنش های پراکندگی و گاز-مایع.

  • جریان مماسی (مثلاً لنگر):دیواره رگ را خراش می دهد؛ برای مواد با ویسکوزیته بالا برای کمک به انتقال حرارت استفاده می شود.

• شفت:گشتاور را از موتور به پروانه منتقل می کند. باید آنقدر صلب باشد که در برابر نیروهای خمشی (سرعت بحرانی) مقاومت کند.

• ژاکت/کلاف:از آنجایی که اختلاط اغلب گرما تولید می کند یا نیاز به تنظیم دما دارد، دیواره رگ به عنوان یک مبدل حرارتی عمل می کند و سیالات را از طریق یک "جلف" ​​بیرونی برای کنترل دمای داخلی حرکت می دهد.

مهندسان عملکرد اختلاط را با استفاده از اعداد بدون بعد کمیت می کنند. بحرانی ترین آن استشماره رینولدز (Re)، که رژیم جریان را تعیین می کند:

چه زمانیپاسخ < 10، جریان استآرام(صاف، چسبناک). چه زمانیپاسخ > 10000، جریان استمتلاطم(آشوب، ایده آل برای اختلاط سریع). درک این موضوع به مهندسان اجازه می دهد تا سرعت همزن صحیح را برای دستیابی به نتیجه فرآیند مطلوب انتخاب کنند.

س: اگر موتور من به اندازه کافی قدرتمند است، چرا به یک بافل نیاز دارم؟

پاسخ: یک موتور قدرتمند به تنهایی گرداب قوی تری ایجاد می کند. بدون بافل، سیال به طور موثری با پروانه می چرخد ​​و منجر به اختلاط ضعیف در سطح و حباب احتمالی هوا می شود. بافل ها این انرژی دورانی را به جریان مفید و مخلوط تبدیل می کنند.

س: چگونه بفهمم که اختلاط من "یکنواخت" است؟

A: یکنواختی با اندازه گیری می شودزمان اختلاط-زمانی که طول می کشد تا یک افزودنی ردیاب (مانند رنگ) به سطح خاصی از همگنی در سراسر مخزن برسد. اگر زمان اختلاط شما خیلی زیاد است، احتمالاً به هندسه پروانه متفاوت یا سرعت نوک بالاتر نیاز دارید.

س: آیا می توان از مخزن اختلاط برای سیالات با ویسکوزیته کم و بالا استفاده کرد؟

پاسخ: به طور کلی، خیر. ظرفی که برای اختلاط با ویسکوزیته کم (مثلا مایعات آب مانند) طراحی شده است، فاقد گشتاور برای جابجایی خمیرهای با ویسکوزیته بالا است. مخزنی که برای ویسکوزیته بالا طراحی شده است برای کارکردن مایعات با ویسکوزیته پایین ناکارآمد و گران خواهد بود.

برای اطمینان از داشتن تجهیزات مناسب برای فرآیند خود، آیا در حال حاضر با یک مشکل خاص ویسکوزیته سیال سروکار دارید یا در مرحله طراحی انتخاب یک همزن برای یک کشتی جدید هستید؟