راکتور همزن چیست؟ اصول، طراحی همزن و کاربردها

یک راکتور مخلوط کننده چیست؟ اصول، طراحی و کاربرد مخلوط کننده

جواب دادن به سوال اصلي:یک راکتور مخلوط کننده چیست و چگونه طراحی مخلوط کننده بر عملکرد مخلوط کردن، انتقال گرما و بازده واکنش در یک ظرف تحت فشار ASME تأثیر می گذارد؟یک راکتور مخلوط کننده یک ظرف فشار تحریک شده با کد ASME بخش VIII است که در آن یک میله چرخدار موتور محور حرکت مایع را برای مخلوط کردن، پراکندگی، افزایش انتقال گرما ایجاد می کند،و همجانس سازی واکنشعملکرد توسط * عدد قدرت Np * = P / ((ρN3D5) ، که از 0.3 (پرپرینتر دریایی) تا 5.0-6.0 (توربین راشتون) ، * عدد رینولدز Re = ρND2/μ (رژیم آشفته Re > 104) ،و *سرعت نوک* v_tip = πND (2-6 m/s)مهر و موم های مکانیکی API 682 حاوی مایع فرآیند در فشارهای طراحی 0.1-10 MPa هستند، در حالی که قدرت در هر واحد حجم 0.1-5 kW/m3 تضمین می کند که انرژی کافی برای هدف * زمان مخلوط * از 5-60 ثانیه.

1اصول طراحی مخلوط کننده هسته ای

عملکرد مخلوط کردن یک راکتور مخلوط کننده به هندسه چرخ دار، سرعت چرخش، هندسه ظرف (بافل ها، نسبت D / T) و خواص مایع بستگی دارد.سه اصل مهندسی طراحی و انتخاب مخلوط کننده را کنترل می کنند:

• هیدرودینامیک و عدد قدرت موتور:* عدد قدرت Np* = P/ ((ρN3D5) ضریب مقاومت بی ابعاد چرخ دار است که به طور تجربی برای هر هندسه تعیین شده است. * توربین رشتون* (6 تیغه صاف، D / T = 0.33-0.5) Np = 5 دارد.0 تا 6.0، تولید جریان شعاعی قوی با برش بالا، ایده آل برای پراکندگی گاز-سیال و امولسیفاسیون مایع غیرقابل مخلوط.۲۷-۱.64، تولید جریان محوری برای تعلیق جامد و انتقال گرما.45در Re > 104 (به طور کامل آشفته) ، Np بدون در نظر گرفتن سرعت ثابت است؛ در Re < 10 (لامینار) ، Np = K / Re (که در آن K ثابت هندسی است)به این معنی که قدرت نسبت به لزگی است نه چگالی.
• الگوی جریان و زمان مخلوط:جریان چرخ دار با عدد جریان * Nq * = Q / ((ND3) مشخص می شود ، که Q نرخ تخلیه چرخدار است. برای چرخدار تیغه ای ، Nq = 0.43-0.75 (شمار پمپ).* زمان مخلوط * θ = V/(Nq·ND3·N) = K/N (در جریان کاملا آشفته)* ارتباط زیوترینگ * Njs = S·μ^0.1·(g·(ρs-ρl) /ρl) ^0.45·d_p^0.2·D^(-0.85) حداقل سرعت را برای جامد های تازه معلق (هیچ جامد در کف ظرف) پیش بینی می کند، که در آن S ثابت وابسته به هندسه است.عدد *Camp* Ca = G·t (تراکم سرعت * زمان) شدت فلوکولاسیون را در راکتورهای تصفیه آب مشخص می کند.
• طراحی مهر و موم مکانیکی:گودال مخلوط کننده به بالای یا زیر سر مخزن نفوذ می کند، که نیاز به یک مهر مکانیکی دارد تا مایع فرآیند را نگه دارد.طرح 53 (پوش دوگانه با مایع مانع تحت فشار در 0.15-0.3 MPa بالاتر از فشار ظرف، ایده آل برای مایعات سمی یا ارزشمند) فراهم می کند هیچ نشت فرآیند؛ طرح 52 (سطح تاندمی بدون فشار با مایع خنک کننده) برای سرویس متوسط خطرناک استفاده می شود؛طرح 11 (یک مهر و موم با شستشو از ظرف) برای مایعات خوش خیم استفاده می شود.سرعت بحرانی میله باید حداقل 1.4 * حداکثر سرعت عملیاتی برای جلوگیری از رزونانس باشد. برای آشفتگی های ورودی پایین، یک * استقرار ثابت * (PTFE یا بش کربن) پایان میله را پشتیبانی می کند.کاهش انحراف و امکان نسبت L/D بالاتر، اما نیاز به مواد سازگار با فرآیند و تعویض دوره ای دارد.

2انواع اصلی محرک های رآکتور مخلوط کننده

موتورهای رآکتور مخلوط کننده بر اساس هدف مخلوط کننده غالب (خلوط کردن، پراکندگی گاز، تعلیق جامد یا انتقال گرما) و محدوده لرزش مایع فرآیند انتخاب می شوند.سه خانواده اصلی چرخ دار اکثر کاربردهای را پوشش می دهند:

• موتورهای توربین رشتون (جریان شعاعی):توربین دیسک 6 تیغه (Rushton) دارای Np = 5.0-6.0 است و جریان شعاعی قوی تولید می کند: مایع در امتداد محور گره کشیده می شود، توسط نوک تیغه به سمت خارج شتاب می یابد،و دوباره به چرخ دار از طریق دیواره ظرف و باز می شوداین الگوی دفع انرژی بالا برای انتقال جرم گاز-سیال (تا 0.2 s-1 در جریان گاز 2-4 vvm) و پراکندگی مایع-سیال غیرقابل مخلوط (سطح قطره 50-500 μm) بهینه است.باز کننده های ظرف (4 در 90°، عرض = T/12) جلوگیری از گرد و غبار و تبدیل جریان لمسی به گردش مجدد عمودی.با سرعت نوک 3-6 m/s تولید چرخ دار * شماره های رینولدز* Re > 5*104 برای مخلوط آشفته در مایعات لاستیکی پایین (< 1،000 cP).
• دستگاه های پرتابی دارای تیغه خمیده (جریان محوری):چرخ چرخ 4 تیغه 45 ° (Np = 1.27-1.64) جریان محوری را تولید می کند و مایع را به سمت پایین (یا به سمت بالا در صورت برعکس) پمپ می کند. این الگوی جریان فراهم می کند:گردش انبوه کارآمد برای مخلوط کردن (زمان مخلوط کردن 50-80٪ کوتاه تر از Rushton در قدرت برابر)، تعلیق جامد (Njs 30-50٪ کمتر از Rushton) ، و افزایش انتقال گرما (معادل انتقال گرما داخلی 20-40٪ بالاتر).پراکندگی آهسته گاز)، کریستالیزاسیون (فرط نشاط کنترل شده) و واکنش های جامد مایع. چند چرخ دار بر روی یک شاخه مشترک (2-3 واحد، فاصله 1.5* قطر چرخ دار) منطقه مخلوط را در ظروف بلند (H/D > 1) گسترش می دهد..5) ، به دست آوردن غلظت یکنواخت در کل حجم ظرف.
• لوله کش های سرکه ای و لنگر (بزرگ ویسکوزیتی):برای مایعات چسبناک (1000-50,000 cP) که Re < 100 (انتقال به رژیم لامینری) ، چرخدارهای نزدیک-آزاد ٫ نوار مارپیچی (Np = 100-200 در جریان لامینری، پیچ = قطر، عرض نوار = 0).1*D) یا لنگر (Np = 50-150، D = 0.95 * T) ◄ کل دیواره مخزن را جارو می کند. مقیاس های قدرت به عنوان P = Kp·μ·N2·D3 (خطی با واسکوسیتی در رژیم لامینری) * همبستگی ناگاتا * P = Kp·Re ^ ((-1) ρ·N3·D5 قدرت لامینری را پیش بینی می کند.اين چرخ ها: توزیع دمای یکنواخت برای واکنش های پلیمریزاسیون، عدم وجود مناطق ایستاده (مهم برای محصولات حساس به حرارتی) و ضریب انتقال گرما در دیوار 200-400 W/m2K (در مقابل50-100 W/m2K برای ظروف بدون باز)سرعت های عملیاتی معمولی 10-50 RPM با قدرت در هر واحد حجم 0.5-2 kW / m3 است.

انواع رآکتور مخلوط کننده رآکتور مخلوط کننده ماتریس مقایسه

سوالات متداول (FAQ)

سوال: عدد قدرت Np چیست و چگونه برای اندازه گیری مخلوط کننده استفاده می شود؟

A: عدد قدرت Np = P / ((ρN3D5) ضریب مقاومت بدون ابعاد هندسه چرخدار خاص است. برای هر نوع چرخدار (Rushton Np = 5- 6 ، تیغه ای پیچ Np = 1.3-1.6، پروپلر Np = 0.3-0.45) ، Np به طور آزمایشی تعیین شده و در حالت کاملا آشفتگی ثابت است (Re > 104).سپس با یک عامل ایمنی ضرب شود (1.2-1.5) برای اندازه گیری موتور. به عنوان مثال، توربین روستون با D = 0.5 m، N = 3 rps (180 RPM) ، در آب (ρ = 1000 kg / m3) P = 5.5 * 1000 * 27 * 0.03125 = 4640 W ≈ 4.6 kW را جذب می کند.موتور اندازه 5 خواهد بود.5-6.0 kW (با عامل ایمنی 1.2-1.3 *)

س: چرا در راکتورهای مخلوط شده با توربین یا چرخدار های تیغه دار نیاز به باز کننده ها وجود دارد؟

A: بدون باز کننده، چرخ چرخدار چرخش یک گرد و غبار ایجاد می کند که باعث می شود کل جرم مایع به عنوان یک جسم جامد چرخش کند (جريان لمسی)بدون بازگردانی عمودی، مخلوط شدن به طور موثر صفر است، علیرغم قدرت وارد شده. بافل ها (4 در 90 °، عرض = T/12 به T/10، ارتفاع = عمق مایع کامل) تبدیل جریان لمسی به گردش عمودی، ایجاد الگوی جریان تروییدال که به دست آوردن مخلوط، تعلیق جامد،و انتقال گرمابدون بافلر، عدد قدرت به 10-20٪ از مقدار بافلر کاهش می یابد و * عدد رینولدز * باید از یک آستانه بسیار بالاتر برای مخلوط موثر فراتر رود.برای توربین ها و چرخدار های تیغه دار در مایعات کم لزگی (Re > 300) همیشه نیاز به بازر است.در مایعات چسبناک، چرخدارهای با فاصله نزدیک (منقر، نوار مارپیچی) نیازی به باز کننده ندارند.

سوال: سرعت Njs برای مخلوط جامد مایع چگونه تعیین می شود؟

A: * همبستگی زیوترینگ* Njs = S·μ^0.1·[g·(ρs-ρl) /ρl]^0.45·dp^0.2·D^(-0.85) پیش بینی می کند که حداقل سرعت مخلوط کننده که در آن هیچ جامد باقی می ماند ثابت در کف ظرف برای بیش از 1-2 ثانیهS یک ثابت هندسی است (2.0-4.5 برای ظروف گیج شده استاندارد با D / T = 0.33-0.5) ، μ واسکوسیت مایع است ، ρs و ρl تراکم جامد و مایع هستند ، dp قطر ذرات متوسط جرم است ،و D قطر چرخ دار است.. کار کردن 10-20٪ بالاتر از Njs، تعلیق جامد قوی را تضمین می کند؛ کار کردن در پایین Njs منجر به تجمع جامد، منطقه واکنش کاهش یافته و تشکیل نقطه داغ بالقوه در واکنش های exothermic می شود.

س: چه مکانیکی سد بندی برای یک مایع فرآیند سمی یا خطرناک توصیه می شود؟

A: API 682 طرح 53 (سطح فشار دوگانه) برای مایعات سمی، خطرناک یا محیط زیست تنظیم شده توصیه می شود. مایع مانع (مایع تمیز و سازگار مانند گلیسیرین، روغن سفید،یا مایع انتقال گرما مصنوعی) در 0 نگه داشته می شود..15-0.3 MPa بالاتر از فشار ظرف، اطمینان حاصل شود که هر گونه نشت سطح مهر مایع مانع در فرآیند (نه مایع فرآیند در جو) است.مایع مانع از طریق یک ظرف مهر و موم با نظارت بر سطح گردش می کند (آلارم سطح پایین = نشت مهر بیرونی)، فرستنده فشار (آلارم فشار پایین = نشت مهر داخلی) و یک حلقه پمپاژ یا پمپ گردش خارجی.با یک مهر و موم معمولی MTBF (زمان متوسط بین شکست ها) 2-5 سال.

برچسب ها:راکتور فولاد ضد زنگ,سیستم راکتور شیمیایی,راکتور شیمیایی صنعتی