یک راکتور مخلوط کننده چیست؟ اصول، انواع محرک و کاربردهای آن

جواب دادن به سوال اصلي:یک راکتور مخلوط کننده چیست و چگونه طراحی محرک عملکرد آن را در رژیم های مختلف مایع تعیین می کند؟یک راکتور مخلوط کننده یک ظرف تحت فشار است که مجهز به یک چرخدار چرخشی است که انرژی مکانیکی را به مایع وارد می کند تا مخلوط یکسان، پراکندگی گاز، تعلیق جامد،یا افزایش انتقال گرماچرخ دار انرژی چرخش را (که با عدد قدرت Np = P / (rho * N ^ 3 * D ^ 5) مشخص می شود) به حرکت مایع از طریق الگوهای جریان محوری یا شعاعی تبدیل می کند.با هندسه مخصوص چرخ دار انتخاب شده بر اساس لزگی مایع (از 1 cP مانند آب تا 100،000 cP مانند پلیمر) ، هدف مخلوط (خلط، انتقال توده یا تعلیق) و هندسه ظرف (نسبت قطر به قطر چرخ دار 3: 1).رآکتورهای مخلوط کننده صنعتی معمولی با سرعت چرخ دار 50 تا 500 دور در دقیقه کار می کنند، قدرت موتور 0.5-500 کیلو وات و حجم 50-50,000 لیتر برای کاربردهایی که شامل سنتز شیمیایی، تخمیر، کریستالیزاسیون و پلیمریزاسیون است.

1اصول مخلوط هسته ای و مکانیک محرک

·**تعداد قدرت و انرژی وارد شده:**عدد قدرت بی ابعاد (Np) اندازه گیری می کند که چگونه به طور کارآمد یک چرخنده قدرت موتور را به حرکت مایع انتقال می دهد: توربین های روشتون Np = 5.0 (تقطیع بالا، پراکندگی گاز) دارند.توربین های تیغه دار دارای Np = 1 هستند.3-1.5 (جریان محوری، مخلوط کردن) ، و هیدروفایل ها Np = 0.3 (تخلیه کم، جریان بالا) دارند؛ قدرت موتور مورد نیاز P = Np * rho * N ^ 3 * D ^ 5 است، به طور معمول 0.1-2.0 کیلو وات در هر متر مکعب برای مخلوط کردن با شدت متوسط.

·** زمان مخلوط و گردش:**زمان مخلوط شدن (زمان دستیابی به همگنگی 95٪) توسط ظرفیت پمپ (Q = Nq * N * D ^ 3) و تعداد گردش های مورد نیاز (معمولاً 3-5) تنظیم می شود.برای مخلوط کردن آشفته در یک ظرف گیج شده، زمان مخلوط t_blend = 5.4 * (D/T) ^ (((-2) * N ^ ((-1) است که 5-30 ثانیه برای پیکربندی های استاندارد در N = 100-300 rpm را به دست می آورد.

·**تعلیق جامد (سرعت تازه تعلیق):برای واکنش هایی که شامل کاتالیزورهای جامد یا کریستالیزاسیون می شوند، سرعت تازه معلق (Njs) حداقل سرعت چرخ دار است که تمام جامدات را از کف ظرف بالا می برد.محاسبه شده بر اساس رابطه زیوترینگ Njs = S * nu ^ 0.1 * d_p^0.2 * (g*delta_rho/rho) ^0.45 * D^(-0.85) ، که در آن S یک ثابت وابسته به هندسه (معمولا 4-10) است، که اطمینان از تماس کامل جامد-سیال برای یکسانی واکنش است.

2انواع اصلی محرک ها و کاربردهای آنها

·**توربین دیسک روشتون (جريان شعاعی):**شش تیغه مسطح بر روی یک محور دیسک تولید جریان شعاعی عمودی به شاخه؛ موتور استاندارد برای پراکندگی گاز مایع (فرمنتیشن،هیدروژنی) به دلیل توانایی آن برای ایجاد یک حفره گاز به خوبی تعریف شده در پشت هر تیغه، به دست آوردن مقادیر kLa از 0.05-0.5 s^-1 در نرخ گاز 0.5-2.0 vvm؛ Np = 5.0، بهینه در D/T = 1/3.

·**توربین تیغه دار (جريان محوری):**چهار یا شش تیغه که در 45 درجه منحرف شده اند که گردش خون را از بالا به پایین ایجاد می کنند؛ ایده آل برای مخلوط کردن مایعات مخلوط، تعلیق جامد های چگالی متوسط،و افزایش انتقال گرما در واسکوزیته پایین تا متوسط (1-5،000 cP) سیستم ها؛ Np = 1.3-15، تعداد جریان Nq = 0.7-0.8، با زمان مخلوط 10 تا 60 ثانیه در ظروف استاندارد.

·**نقطه حلقه ای / لنگر (بررسی نزدیک):**دستگاه های محرک با کمترین فاصله دیوار (2-10 میلی متر) که برای مخلوط کردن با لزگی بالا (5,000-500,000 cP) در پلیمریزاسیون، رزین و پردازش خمیر استفاده می شوند.طراحی فاصله نزدیک تضمین می کند که تمام مایعات از دیوار پاک می شوند، جلوگیری از نقاط داغ و تخریب حرارتی، با Np = 20-100 و تعداد رینولدز کمتر از 100 (ریژیم لامینری).

انواع محرک ماتریس مقایسه

سوالات متداول (FAQ)

س: کارکرد اصلی یک راکتور مخلوط کننده چیست؟

ج: یک راکتور مخلوط کننده از یک چرخ چرخ در حال چرخش برای وارد کردن انرژی مکانیکی به مایع استفاده می کند، به دست آوردن مخلوط یکسان، پراکندگی گاز- مایع، تعلیق جامد یا افزایش انتقال گرما،تضمین این دمای، غلظت و توزیع فاز در سراسر مخلوط واکنش همگن باقی می ماند.

س: چگونه نوع درست چرخدار انتخاب می شود؟

A: انتخاب موتور بر اساس لزگی مایع، هدف مخلوط (خلوط کردن در مقابل پراکندگی گاز در مقابل تعلیق جامد) و هندسه ظرف است: توربین های Rushton برای گاز مایع،یک تیغه ای برای مخلوط کردن و تعلیق عمومی، و فاصله نزدیک (انکر، نوار مارپیچی) برای مایعات چسبناک بالاتر از 5000 cP؛ عدد قدرت (Np) و عدد جریان (Nq) عملکرد هر چرخ دار را کمیت می دهند.

س: سرعت معلق چیست و چرا اهمیت دارد؟

A: سرعت فقط معلق (Njs) حداقل سرعت چرخ دار است که تمام جامدات را از کف ظرف بالا می برد. کار کردن در زیر Njs جامدات را متوقف می کند، سرعت واکنش را کاهش می دهد و باعث نقاط داغ محلی می شود.,در حالی که عملکرد بسیار بالاتر از Njs است، طراحی معمولی برای مخلوط موثر جامد و مایع 1.1-1.2x Njs را مشخص می کند.

س: قدرت مخلوط برای مقیاس بندی چگونه محاسبه می شود؟

A: برای ظروف هندسی مشابه، مقیاس قدرت مخلوط به عنوان P متناسب با N ^ 3 * D ^ 5 (Np ثابت در رژیم آشفتگی) ؛ برای مقیاس در قدرت ثابت در هر حجم (P / V)نسبت سرعت چرخ دنده (D_بزرگ/D_کوچك) ^ ((-2/3)، تضمین شدت مخلوط معادل از آزمایشگاه به مقیاس تولید.