EN
Õige segurite valimine teie roostevabast terasest ümbrisega reaktorisse on üks olulisemaid insenerilahendusi, mida te peate tegema. Segur on segamisprotsessi süda – see määrab reaktsiooni tõhususe, toote kvaliteedi ja energiakulud. Sobimatult valitud segur võib põhjustada surnud tsoonide tekkimist, ebakindla temperatuuri reguleerimise ja ebaõnnestunud partiiid. Õigesti valitud segur tagab optimaalse massivahetuse, ühtlase soojendamise või jahutamise ning usaldusväärse skaala suurendamise laborist tootmisele.
See juhend juhib teid süstemaatilise lähenemisega segurite valikule, sobitades impellerite tüüpe konkreetsete protsessi eesmärkide ja vedeliku omadustega.
Enne impellerite tüüpide läbivaatamist peate hindama oma rakenduse kolme põhilist aspekti: teie protsessi eesmärk , teie vedeliku omadused , ja nõutav voolumuster .
Mida soovite segamisega saavutada? Erinevad eesmärgid nõuavad erinevaid vedeliku liikumisomadusi :
Vedeliku-vedeliku segamine : Ühtlase segu loomiseks segatavate vedelikest on vajalik suur mahutagune vahetumine ja tõhus telje suunas vool.
Tahkete osakeste suspensioon : Tahkete osakeste sussuspensiooni säilitamiseks on vajalikud tugevad vertikaalsed vooluavad, et takistada settimist.
Gaasi dispersioon : Gaasi väikseks mulliks murdmiseks reaktsioonide jaoks, nagu hüdrogeenimine, on vajalik kõrge kohalik nihkepinge.
Soojusülekande parandamine : Vedeliku liigutamiseks küljeümbris või sisemiste keermega läbi on vajalikud vooluühendused, mis puhastavad anuma seinu.
Emulgeerimine : Stabiilsete emulsioonide loomiseks on vajalik kontrollitud nihkepinge, et saavutada eesmärgitud tilgakeste suurus.
Iga eesmärk viitab erinevale impelleri geomeetriale.
Vedeliku omadused – eriti viskoossus – on üksikult suurim tegur, mis määrab, milline impellertüüp on tõhus .
Madal kuni keskmine viskoossus (< 50 000 cP) : Need vedelikud käituvad nagu vesi või kerge õli. Standardturbina- või hüdrofoolimpellerid töötavad tõhusalt turbulentse režiimi tingimustes. Segamise tagamiseks ja vorteksiooni vältimiseks on baaffleid oluline kasutada.
Kõrge viskoossus (≥ 50 000 cP) : Paksud pastad, polümeerid ja rasked segu käituvad teisiti. Avatud turbinaimpellerid lihtsalt 'lõikavad' vedelikku, ilma et liigutaksid massi. Selliste rakenduste puhul on vajalikud väikese vahega impellerid nagu ankur- või spiraalribonimpellerid, mis füüsiliselt puhastavad mahuti seina ja toimivad laminaarse režiimi tingimustes .
Mitte-Newtone’i vedelike puhul – st vedelike puhul, mille viskoossus muutub nihkekiiruse järgi – muutub valik keerukamaks. Selliste vedelike puhul tuleb rheoloogilist käitumist hoolikalt kaaluda; sageli on vajalikud väikese vahega konstruktsioonid, et säilitada ühtlane liikumine kogu mahutis .
Impellerid tekitavad kahte peamist voolumustrit :
Aksiaalne õhuvoo : Vedelik on surutud allapoole, tangi põhja poole, seejärel liigub ülespoole anuma seinu mööda. See loob erinäiselt hea ülevalt alla suunas toimiva vahetuse, mis on ideaalne segamise ja tahkete osakeste suspensiooni jaoks. Hüdrofool- ja kalduslõikega turbiinid tekitavad telgjooneline vool.
Radiaalne vool : Vedelik väljub impellerist välgupidi anuma seinte poole, tekitades impelleri lähedal kõrgel liugelisusel. See on ideaalne gaasi jaotamiseks ja emulgeerimiseks. Rushtoni turbiinid tekitavad radiaalse voolu.
Hüdrofoolimpellerid : Need on tänapäevane standard tõhusaks vedelike segamiseks. Nende kõverad, profiilitud labad tekitavad tugeva telgjoonelise voolu väga väikese võimsustarbega (võimsusarv kuni 0,30), mistõttu on need kõige energiasäästlikum valik lihtsate segamis- ja segamistoimingute jaoks .
Kalduslõikega turbiinid (PBT) : Mitmekülgselt kasutatav töövesi. Tasased lõikepuud on nurkaga umbes 45°, et tekitada tugevat telgjoonelist voolu koos osaliselt raadiaalsete komponentidega ja võimsusarvuga umbes 1,30. Need on eriti sobivad tahkete osakeste sussendamiseks ja üldkasutatavaks segamiseks. Kõrgema viskoossusega rakendustes vahemiku alumises otsas võib sobida aeglasem PBT .
Rushtoni turbid : Klassikaline kõrgel liimisvõimega raadiaalvoolu impeller. Võimsusarvuga umbes 5,00 kulutab see oluliselt rohkem energiat kui telgjoonelised konstruktsioonid, kuid sellel puudub võrdlus gaasi hajutamisel – see murdab gaasi väikesteks mulliks, et maksimeerida gaas-vedeliku kokkupuutepinda .
Valiku kompromiss : Pumpamise efektiivsuse ja liimisintensiivsuse vahel on otsene kompromiss. Hüdrofool maksimeerib voolu minimaalse võimsustarbega; Rushtoni turbina maksimeerib liimist kõrgel energiakulul. Valige impeller, mille võimsusarv on kõige väiksem, kuid mis siiski saavutab teie nõutava protsessitulemuse, et vähendada nii kapitali- kui ka toimimiskulusid .
Ankruimpellerid : Lihtne kahelehtne disain, mis liigub laeva seina lähedal, parandades segamist ja soojusülekannet korpuse pinnal. Parim valik mõõdukalt kõrges viskoossuses rakendustele, kus on endiselt võimalik ülaalt alla segamine .
Spiraalkujulised ribalised segurid : Parim valik väga kõrges viskoossuses. Välimine riba kerib seina ja tõstab vedelikku ülespoole, samas kui sisemine riba või kruvi surub vedelikku keskel allapoole. See loob positiivse ja ennustatava massiliikumise materjalides, mis muul moel ei voolaks. Oluline polümeeritöötlemise ja paksude pastade rakendustes .
Mõõtude märkus : Kõrgviskoossete süsteemide puhul üle 25 000 cP on vajalikud kitsa tühiku segurid, mis töötavad laminaarses režiimis, et tagada massilise liikumise. Standardsete tsentrifugaalpumpade maksimaalne käideldav viskoossus on tavaliselt 800 cP, millest kõrgemate viskoossuste puhul on vajalikud eraldi kõrgviskoossed segurid .
Erinevatel reaktsioonidel on konkreetsete segamisnõuetega:
| Reaktsiooni tüüp | Soovituslik impeller | Põhjendus |
|---|---|---|
| Vedeliku segamine ja lahustamine | Hüdrofool | Tõhus telgjooneline vool, väike võimsustarve |
| Pinnasosakeste sosutamine, segu | Kalduvate labadega turbiin | Tugev telgjooneline vool takistab settimist |
| Gaas-vedelikureaktsioonid (vesinikumine, oksüdeerimine) | Rushtoni turbiin | Kõrge liikumispinge õhupuksi dispersiooniks |
| Kõrgviskoossuse polümerisatsioon | Spiraalne lind | Positiivne pöörlemine laminaarses režiimis |
| Temperatuuritundlikud reaktsioonid | Ankerrihm koos takistustega | Puhastab seina ühtlase soojusülekande saavutamiseks |
| Lihtrahulikud bioloogilised kultuurid | Hüdrofool (madal tipukiirus) | Vältib rakukahjustusi |
Õige segurite suuruse määramine hõlmab olulisi mõõtmeta parameetreid :
Seguri Reynoldsi arv : Määrab voolurežiimi
Re = (D² × N × ρ) / μ
Re < 10: Laminarne vool
Re > 10 000: Turbulentne vool
Selle vahel: Üleminekuvool
Võimsusarv : Jääb konstantseks turbulentse režiimi puhul ja kasutatakse võimsustarbimise arvutamiseks
Seguri läbimõõdu ja paagi läbimõõdu suhe (D/T) : Tavaliselt 0,33 standardse segamise puhul
Võimsusnõude ligikaudne reegel : Valige mootor nii, et töövõimsus ei ületaks 85 % nimivõimsusest. See 85 % reegel arvestab käivitusmomendi, viskoossuse suurenemisega reaktsioonide ajal ning turvalisuse marginaalidega protsessihäirete korral. Liiga väike mootor põhjustab ülekuumenemist ja katkestumist; liiga suur mootor raiskab investeeringuid ja energiat.
Madala viskoossusega rakendustes tekib baffelita tangis vorteks – vedelik lihtsalt pöörleb seguriga kaasa, tulemusena peaaegu puudub tegelik segamine .
Põhjaplaadid — vertikaalsed plaadid, mis on paigaldatud tangi seinal — on olulised selleks, et katkestada see pöörlemine ja teisendada ringiv liikumine soovitud telg- või radiaalvooluks. Standardne tööstuslik praktika kasutab nelja põhjaplaati, mille laius on 1/12–1/10 tangi läbimõõdust .
Kõrgelt viskoossete rakenduste puhul lähedase tühiku seguritega ei ole põhjaplaate tavaliselt vaja ega kasutata.
Teie segur peab vastu andma keemilisele keskkonnale. Rostivabadest terasest mantliga reaktorid , levinud materjaliklassid hõlmavad:
304 roostevabast terasest : Sobib toidu, veepuhastuse ja täppkeemiate puhul, kus puuduvad tugevad korroosiooni tekitavad ained
316L roostevaba teras : Sisaldab molübdeeni (2–3%), mis tagab ülisuure resistentsuse kloriidide ja halogeniidide suhtes. Soovituslik farmatsia-, biotehnoloogia- ja merealade rakendusteks
Hastelloy C-276 : Äärmiselt korroosioonikindel keskkond, kus roostevabad terased ei piisa
Laborisüsteemist tootmisüksuseni üleminek on üks agitaatori spetsifikatsiooni kõige keerukamaid aspekte. Kui mahuti geomeetria suureneb, ei saa säilitada kõiki dimensioonita parameetreid korraga .
Levinud mastaapimisstrateegiad :
Püsiv võimsus ruumalaühiku kohta (P/V) : Säilitab reaktsioonikinetika, kuid suurendab otsakiirust suuremate läbimõõtude korral, mis võib kahjustada kiirenduslikult tundlikke materjale
Püsiv otsakiirus : Kaitseb nihke-tundlikke materjale, kuid võib vähendada massiülekande võimet
Konstantne Reynolds’i arv : Raske saavutada suurte mõõtmete muutuste korral
Parim lähenemisviis sõltub teie peamisest protsessieesmärgist. Massiülekande rakendustes (gaasi dispersioon) tuleb säilitada konstantne P/V. Nihkekontrollitud protsessides (rakukultuurid, kristallisuspensioonid) tuleb säilitada konstantne otsakiirus.
Õige segurite valik teie roostevabast terasest kesta reaktor nõuab süstemaatilist lähenemisviisi:
Määrake oma protsessieesmärk — mida soovite saavutada?
Iseloomustage oma vedelik — viskoossus ja reoloogia on kriitiliselt olulised tegurid
Sobita impellertüüp rakendusele —teljepõhine vool segamise ja sussensiooni jaoks, raadiaalne vool gaasi dispersiooni jaoks, väikese vahega impeller kõrgviskoossusega vedelike jaoks
Mõõtuge õigesti —kasutage mõõtmetuid arve ja 85% võimsusreeglit
Arvestage skaala suurendamist —planeerige üleminek laborist tootmisse
Määrake sobivad materjalid —sobitage sulam teie keemilise keskkonnaga
Täpselt valitud segur teeb rohkem kui lihtsalt segab – see tagab järjepideva toote kvaliteedi, vähendab energiatarvet ja pikendab teie seadmete eluiga. Kulutage sellele aega ja teie roostevabast terasest külmumis- ja soojendusvõimalustega reaktor töötab optimaalselt aastaid.
