EN
Teisingo maišytuvo parinkimas jūsų nerūdijančiojo plieno apsauginiu sluoksniu dengtam reaktoriui yra vienas svarbiausių inžinerinių sprendimų, kurį turėsite priimti. Maišytuvas yra maišymo proceso širdis – jis nulemia reakcijos efektyvumą, gaminio kokybę ir energijos sąnaudas. Netinkamai parinktas maišytuvas gali sukelti „numirusias zonas“, netolygią temperatūros kontrolę ir nepavykusius partijų gamybos ciklus. Tinkamai parinktas maišytuvas užtikrina optimalų masės pernašą, vienodą kaitinimą ar aušinimą bei patikimą mastelio didinimą nuo laboratorinio į pramoninį gamybos lygį.
Ši instrukcija pateikia sistemingą maišytuvo parinkimo metodiką, kurioje impelerių tipai derinami prie konkrečių technologinių tikslų ir skysčių savybių.
Pereinant prie impelerių tipų, reikia įvertinti tris pagrindinius jūsų taikomosios programos aspektus: jūsų technologinis tikslas , jūsų skysčių savybės , ir reikiamas srauto modelis .
Ką bandoma pasiekti maišant? Skirtingi tikslai reikalauja skirtingų skysčių judėjimo charakteristikų :
Skystų skysčių maišymas : Viendalių skysčių vienalyčios mišinio sukūrimui reikia didelio tūminio apytakos ir veiksmingos ašinės srovės.
Kietųjų dalelių pakabintimas : Kietųjų dalelių palaikymui pakabintoje būsenoje reikia stiprių vertikalių srovės srautų, kad būtų išvengta nuosėdų susidarymo.
Dujų išsklaidymas : Dujų padalijimui į smulkius burbuliukus cheminių reakcijų, pvz., vandenilinimo, tikslais reikia didelės vietinės šlyties jėgos.
Šilumos perdavimo pagerinimas : Skysčio judėjimui aplink išorinį ar vidinį šildymo/aušinimo korpusą reikia srautų schemų, kurios „valo“ indų sienas.
Emulsifikacija : Stabilų emulsijų sukūrimui reikia kontroliuojamos šlyties, kad būtų pasiektas pageidaujamas lašelių dydis.
Kiekvienas tikslas nurodo į kitokios geometrijos maišytuvą.
Skysčio savybės – ypač klampumas – yra vienintelis didžiausias veiksnys, nulemiantis, kurią maišymo ratukų konstrukciją reikėtų naudoti .
Žemas iki vidutinio klampumo skysčiai (< 50 000 cP) : Šie skysčiai elgiasi kaip vanduo ar lengvieji aliejai. Standartiniai turbininiai arba hidrofoidiniai maišymo ratukai veiksmingai veikia turbulentiniame režime. Bortai būtini, kad būtų išvengta vorteksų susidarymo ir užtikrintas tinkamas maišymas.
Aukšto klampumo skysčiai (≥ 50 000 cP) : Storos klijų pavidalo masės, polimerai ir sunkūs dumblių mišiniai elgiasi kitaip. Atviri turbininiai maišymo ratukai tiesiog „iškerta skylę“ skystyje, nepajudindami jo pagrindinės masės. Šioms aplikacijoms reikia mažo tarpelio maišymo ratukų – pvz., inkarinių ar spiralinių juostų tipo maišymo ratukų, kurie fiziškai valo indų sienas ir veikia laminarinėje srovėje .
Netinkamų Niutono skysčių – t. y. tokių, kurių klampumas keičiasi priklausomai nuo šlyties greičio – atveju pasirinkimas tampa sudėtingesnis. Šiuose skysčiuose reikia atidžiai įvertinti reologines savybes, dažnai reikalingos mažo tarpelio konstrukcijos, kad visame inde būtų užtikrintas nuolatinis judėjimas .
Impelerai sukuria vieną iš dviejų pagrindinių srauto modelių :
Ašinis srautas : Skystis stumiamas žemyn link indo dugno, tada kyla aukštyn išilgai indo sienų. Tai sukuria puikų viršaus–pagrindo apsikeitimą, idealų maišymui ir kietųjų dalelių pakėlimui. Hidrofoiliniai ir nuošlaitiniais mentėmis įranga generuoja ašinį srautą.
Spindulinis srautas : Skystis išstumiamas išorėn link indo sienų, sukuriant didelį sukimo momentą netoli impelero. Tai idealu dujų išsklaidymui ir emulsijoms. Ruschto tipo impelerai generuoja spindulinį srautą.
Hidrofoiliniai impelerai : Šie impelerai yra šiuolaikinis efektyvaus skysčių maišymo standartas. Jų lenktos, profiliuotos mentės sukuria stiprų ašinį srautą labai mažai sunaudodamos energijos (galios skaičius gali būti net 0,30), todėl jie yra energiškai efektyviausias pasirinkimas paprastoms maišymo ir sumaišymo operacijoms .
Nuolyčiai mentės turbinos (PBT) – universalus darbo žirgas. Plokščios mentės pasvirusios apie 45° kampu, kad būtų sukurta stipri ašinė srovė su tam tikru spinduline dedamosia, o galios skaičius būtų apie 1,30. Jos puikiai tinka kietųjų dalelių pakabintai ir bendrosios paskirties maišymui. Aukštos klampumo skysčių maišymui žemesniame klampumo diapazone lėtesnė PBT turbinos versija gali būti tinkama .
Rushtono turbinos – klasikinė didelės nuovargio sukeltos radialinės srovės maišytuvo mentė. Su galios skaičiumi apie 5,00 ji sunaudoja žymiai daugiau energijos nei ašinės srovės konstrukcijos, tačiau neturi lygių dujų išsklaidymui – ji suskaido dujas į smulkius burbuliukus, kad būtų maksimaliai padidinta dujų-skysčio sąveikos paviršiaus plotas .
Pasirinkimo kompromisas – tiesioginis kompromisas tarp siurblinės naudingumo ir nuovargio intensyvumo. Hidrofoidinė mentė maksimaliai padidina srautą mažiausiu galios sunaudojimu; Rushtono turbina maksimaliai padidina nuovargį didelėmis energijos sąnaudomis. Pasirinkite mentę su mažiausiu galios skaičiumi, kuri vis dėlto užtikrina reikiamą technologinį rezultatą, kad būtų sumažintos tiek kapitalinės, tiek eksploatacinės sąnaudos .
Ankoro tipo maišytuvai : Paprastas dviejų mentų dizainas, kuris juda arti indėlio sienos, pagerina maišymą ir gerina šilumos perdavimą aplink indėlio paviršių. Geriausiai tinka vidutinės ar aukštos klampumo aplikacijoms, kai vis dar įmanomas maišymas nuo viršaus iki apačios .
Sraigtiniai juostiniai maišytuvai : Geriausias pasirinkimas labai aukšto klampumo medžiagoms. Išorinė juosta šluoja sieną ir kelia skystį aukštyn, tuo tarpu vidinė juosta arba sraigto tipo elementas stumia skystį žemyn per centrą. Tai sukuria teigiamą ir numatytą medžiagos cirkuliaciją, kuri kitaip nejudėtų. Būtinas taikymams, pvz., polimerų apdorojimui ar storesniems purškiamiesiems mišiniams .
Impelerio matmenys : Aukšto klampumo sistemoms, kurių klampumas viršija 25 000 cP, būtina naudoti impelerius su mažu tarpeliu, veikiančius laminarinėje srauto zonoje, kad būtų užtikrintas viso tūrio judėjimas. Standartiniai centrifūginiai siurbliai paprastai gali tvarkyti maksimalų klampumą iki 800 cP; virš šios ribos reikia specializuotų aukšto klampumo impelerių .
Skirtingų tipų reakcijos turi specifinius maišymo reikalavimus:
| Reakcijos tipas | Rekomenduojamas impeleris | Pagrindimas |
|---|---|---|
| Skystųjų medžiagų maišymas, tirpimas | Hidrofoilo tipo | Efektyvus ašinis srautas, maža energijos sąnauda |
| Kietųjų dalelių pakabos, purvinų skysčių maišymas | Pasišalinęs mentų turbinos tipas | Stiprus ašinis srautas neleidžia nuosėdoms nusėsti |
| Dujos-skysčio reakcijos (vandenilinimas, oksidacija) | Rushtono turbina | Didelis šlytis, skirtas smulkioms oro burbuliukų dispersijoms |
| Aukštos klampumo polimerizacija | Suklinė juostinė maišymo įranga | Teigiamas cirkuliacijos koeficientas laminarinėje srovėje |
| Temperatūros jautrios reakcijos | Žvejybos tipo maišytuvas su pertvaromis | Nuvalo sieneles, užtikrindamas vienodą šilumos perdavimą |
| Švelniai reaguojančios biologinės kultūros | Hidrosparninis maišytuvas (žemas galinio krašto greitis) | Nežaloja ląstelių |
Tinkamo maišytuvo dydžio parinkimas apima pagrindinius bevardžius parametrus :
Imperinio maišytuvo Reinoldso skaičius : Nustato srauto režimą
Re = (D² × N × ρ) / μ
Re < 10: laminarus srautas
Re > 10 000: turbulentiškas srautas
Tarp šių reikšmių: perėjimo srautas
Galios skaičius : Lieka pastovus turbulentiškame režime ir naudojamas galios sąnaudoms apskaičiuoti
Maišytuvo ir rezervuaro skersmens santykis (D/T) : Paprastai 0,33 standartiniam maišymui
Galių reikalavimų apytikslė taisyklė : Parinkite variklį taip, kad veikimo galia neviršytų 85 % jo nominalios galios. Ši 85 % taisyklė atsižvelgia į paleidimo sukimo momentą, reakcijų metu kylantį klampumą ir saugos rezervą technologinėms nuokrypoms. Per mažas variklis perkaista ir sugenda; per didelis – švaistoma kapitaliniai ir energijos ištekliai.
Žemo klampumo aplikacijose nebarijuotas rezervuaras sukuria vūrį – skystis tiesiog sukasi kartu su maišytuvu, todėl faktiškai beveik nevyksta joks maišymas .
Barijos – vertikalūs plokščių elementai, montuojami ant rezervuaro sienos, – būtini norint nutraukti sukamąjį judėjimą ir paversti sukimosi judėjimą į pageidaujamą ašinį arba spindulinį srautą. Standartinė pramoninė praktika numato keturias barijas, kiekvienos plotis sudaro nuo 1/12 iki 1/10 rezervuaro skersmens .
Aukšto klampumo aplikacijose su artimos sąlyčio maišytuvais paprastai barijų nereikia arba jos nenaudojamos.
Jūsų maišytuvas turi atlaikyti cheminę aplinką. Iš nerūdijančiojo plieno pagamintame izoliuotame reaktoriai , dažniausiai naudojamos medžiagų rūšys yra:
304 nerūdijančiojo plieno : Tinka maistui, vandens valymui ir tiksliajai chemijai be stipriai korozinių agentų
316L nerūdijantis plienas : Sodo molibdeno (2–3 %), todėl turi puikią atsparumą chloridams ir halogenidams. Rekomenduojamas farmacinėje, biotechnologinėje ir jūrų pramonėje
Hastelloy C-276 : Skirtas labai agresyviems koroziniams aplinkos sąlygoms, kurios viršija nerūdijančiojo plieno galimybes
Perėjimas nuo laboratorinio prie gamybos mastelio yra vienas sudėtingiausių maišytuvo specifikavimo aspektų. Padidėjus indų geometrijai negalima išlaikyti visų bematės parametrų vienu metu .
Dažniausiai taikomos mastelio didinimo strategijos :
Pastovi galia vienetiniam tūriui (P/V) : Išlaiko reakcijos kinetiką, bet padidina galiukų greitį esant didesniems skersmenims, todėl gali pažeisti šilumai jautrius medžiagų
Pastovus galiukų greitis : Saugo nuo pjūvio jautrius medžiagų, tačiau gali sumažinti masės pernašos pajėgumą
Pastovus Reinoldso skaičius : Sunku pasiekti esant dideliems mastelio pokyčiams
Geriausias požiūris priklauso nuo jūsų pagrindinio proceso tikslų. Masės pernašos taikymuose (dujų išsisklaidymas) palaikykite pastovią P/V reikšmę. Pjūvio kontroliuojamuose procesuose (ląstelių kultūros, kristalų suspensijos) palaikykite pastovų galinio greitį.
Tinkamo maišytuvo parinkimas jūsų nerūdijančiajam plienui apvalkalinis reaktorius reikalauja sistemingo požiūrio:
Apibrėžkite savo proceso tikslą —ko jūs bandote pasiekti?
Charakterizuokite savo skystį —klampumas ir reologija yra svarbiausi veiksniai
Priderinkite mentų tipą prie taikymo srities —ašinį srautą maišymui ir suspendavimui, spindulinį srautą dujų išsklaidymui, mažo žingsnio mentis aukštos klampumo skystiams
Tinkamai parinkite dydį —naudokite bematinius skaičius ir 85 % galios taisyklę
Įvertinkite mastelio padidinimą —planuokite perėjimą nuo laboratorinio įrenginio prie gamybos
Nurodykite suderinamus medžiagų tipus —parinkite lydinį, kuris atitinka jūsų cheminę aplinką
Gerai parinktas maišytuvas daro daugiau nei maišo – jis užtikrina nuolatinę produkto kokybę, sumažina energijos suvartojimą ir pratęsia įrangos tarnavimo laiką. Skirkite pakankamai laiko tinkamam parinkimui, ir jūsų nerūdijančiojo plieno šildomasis reaktorius veiks optimaliai daugelį metų.