ถังผสมทำงานอย่างไร? กลศาสตร์ พลศาสตร์ของไหล และการออกแบบ

ในการแปรรูปทางอุตสาหกรรมกเรือผสม—มักเรียกว่าถังกวน—เป็นมากกว่าภาชนะ เป็นระบบที่ออกแบบอย่างแม่นยำซึ่งออกแบบมาเพื่อเปลี่ยนพลังงานเป็นการเปลี่ยนแปลงทางกายภาพภายในของไหล ไม่ว่าเป้าหมายคือการทำให้สารละลายเป็นเนื้อเดียวกัน สารแขวนลอย หรืออำนวยความสะดวกในการถ่ายเทความร้อน ภาชนะผสมจะทำงานโดยการแปลงพลังงานกลจากมอเตอร์ไปเป็นการเคลื่อนที่ของของไหล

ที่แกนกลาง ถังผสมทำงานโดยเอาชนะความเฉื่อยและความหนืดของของไหลที่สร้างขึ้นรูปแบบการไหลเพื่อให้แน่ใจว่าทุกส่วนของของเหลวผ่านโซนที่มีแรงเฉือนสูง

ภาชนะผสมทำงานผ่านกลไกทางกายภาพที่แตกต่างกันสามกลไก:

1. การผสมมาโคร (การไหลจำนวนมาก):การเคลื่อนที่ของของไหลจำนวนมากซึ่งขับเคลื่อนโดยเครื่องกวน (ใบพัด) สิ่งนี้จะเคลื่อนย้ายวัสดุจากส่วนหนึ่งของเรือไปยังอีกส่วนหนึ่ง

2. การผสมไมโคร (แรงเฉือน):ความเข้มเฉพาะจุดใกล้กับใบพัด แรงเฉือนสูงจะสลายกลุ่มของแข็งหรือหยดของของเหลวที่ผสมไม่ได้ (อิมัลชัน)

3. การกระจายตัวแบบปั่นป่วน:กระบวนการที่พลังงานจลน์จากใบพัดจะกระจายไปในของเหลวในที่สุดในรูปของความร้อนและการเคลื่อนที่ของของไหล เพื่อให้แน่ใจว่าส่วนผสมมีความสม่ำเสมอ

หากปราศจากการรบกวน ของไหลในถังทรงกระบอกจะหมุนด้วยเครื่องกวน ทำให้เกิดกระแสน้ำวน. สิ่งนี้จะสร้าง "การหมุนของวัตถุที่เป็นของแข็ง" โดยที่การผสมเกิดขึ้นจริงน้อยมาก

• แผ่นกั้นเป็นแผ่นยึดที่ติดตั้งอยู่กับผนังภาชนะ

• พวกมันขัดขวางการไหลแบบวงกลมนี้ โดยบังคับให้ของไหลขึ้นและลง สิ่งนี้จะป้องกันกระแสน้ำวนและแปลงกระแสน้ำวน (แบบหมุน) ไหลเข้าไปการไหลตามแนวแกนและแนวรัศมีซึ่งจำเป็นสำหรับการทำให้เป็นเนื้อเดียวกันอย่างมีประสิทธิภาพ

ประสิทธิภาพของถังผสมถูกกำหนดโดยการทำงานร่วมกันระหว่างส่วนประกอบเฉพาะเหล่านี้:

• เครื่องกวน/ใบพัด:องค์ประกอบที่ใช้งานอยู่ รูปทรงที่แตกต่างกันสร้างรูปแบบการไหลที่แตกต่างกัน:

  • การไหลตามแนวแกน (เช่น ใบพัด):ดันของเหลวลงเพลา ดีที่สุดสำหรับสารแขวนลอยที่เป็นของแข็ง

  • Radial Flow (เช่น กังหัน):ผลักของเหลวออกไปทางผนัง เหมาะที่สุดสำหรับปฏิกิริยาการกระจายตัวและปฏิกิริยาระหว่างแก๊สและของเหลว

  • กระแสสัมผัส (เช่น Anchor):ขูดผนังหลอดเลือด ใช้สำหรับวัสดุที่มีความหนืดสูงเพื่อช่วยถ่ายเทความร้อน

• เพลา:ส่งแรงบิดจากมอเตอร์ไปยังใบพัด จะต้องแข็งพอที่จะต้านทานแรงดัดงอได้ (ความเร็ววิกฤต)

• แจ็คเก็ต/คอยล์:เนื่องจากการผสมมักจะสร้างความร้อนหรือต้องมีการควบคุมอุณหภูมิ ผนังภาชนะจึงทำหน้าที่เป็นตัวแลกเปลี่ยนความร้อน โดยจะเคลื่อนย้ายของเหลวผ่าน "แจ็คเก็ต" ภายนอกเพื่อควบคุมอุณหภูมิภายใน

วิศวกรวัดปริมาณประสิทธิภาพการผสมโดยใช้ตัวเลขไร้มิติ ที่สำคัญที่สุดคือหมายเลขเรย์โนลด์ส (อีกครั้ง)ซึ่งกำหนดระบอบการไหล:

เมื่อไรเรื่อง < 10การไหลคือลามินาร์(เรียบหนืด). เมื่อไรรี > 10,000การไหลคือวุ่นวาย(วุ่นวายเหมาะสำหรับการผสมอย่างรวดเร็ว) การเข้าใจสิ่งนี้ช่วยให้วิศวกรสามารถเลือกความเร็วของเครื่องกวนที่ถูกต้องเพื่อให้ได้ผลลัพธ์ตามกระบวนการที่ต้องการ

ถาม: เหตุใดฉันจึงต้องมีแผ่นกั้นหากมอเตอร์มีกำลังเพียงพอ

ตอบ: มอเตอร์ที่ทรงพลังเพียงอย่างเดียวจะสร้างกระแสน้ำวนที่แข็งแกร่งขึ้นได้ หากไม่มีแผ่นกั้น ของไหลจะ "หมุน" ด้วยใบพัดได้อย่างมีประสิทธิภาพ ส่งผลให้มีการผสมที่พื้นผิวได้ไม่ดีและอาจเกิดการกักเก็บอากาศได้ แผ่นกั้นจะเปลี่ยนพลังงานการหมุนให้เป็นกระแสผสมที่มีประโยชน์

ถาม: ฉันจะรู้ได้อย่างไรว่าส่วนผสมของฉัน "สม่ำเสมอ" หรือไม่

ตอบ: ความสม่ำเสมอวัดได้จากเวลาผสม—เวลาที่ใช้สำหรับสารเติมแต่งตามรอย (เช่น สีย้อม) เพื่อให้ได้ระดับความเป็นเนื้อเดียวกันทั่วทั้งถัง หากเวลาในการผสมของคุณสูงเกินไป คุณอาจต้องใช้รูปทรงใบพัดที่แตกต่างกันหรือความเร็วปลายทิปที่สูงขึ้น

ถาม: สามารถใช้ภาชนะผสมกับของเหลวที่มีความหนืดต่ำและสูงได้หรือไม่

ตอบ: โดยทั่วไปแล้วไม่มี ถังที่ออกแบบมาสำหรับการผสมที่มีความหนืดต่ำ (เช่น ของเหลวที่มีลักษณะคล้ายน้ำ) จะไม่มีแรงบิดในการเคลื่อนย้ายเพสต์ที่มีความหนืดสูง ถังที่ออกแบบมาสำหรับความหนืดสูงจะไม่มีประสิทธิภาพและมีราคาแพงในการใช้งานกับของเหลวที่มีความหนืดต่ำ

เพื่อให้แน่ใจว่าคุณมีอุปกรณ์ที่เหมาะสมสำหรับกระบวนการของคุณ ขณะนี้คุณกำลังเผชิญกับปัญหาความหนืดของของไหลโดยเฉพาะ หรือคุณกำลังอยู่ในขั้นตอนการออกแบบในการเลือกเครื่องกวนสำหรับถังใหม่