مخلوط کننده

نام انگلیسی: Mixer
مخلوط کردن سیالات از فرایندهای مهم در صنایع شیمیایی می باشد . سیستمهای اختلاط می تواند شامل مخلوط کردن سیال با هر کدام از فازهای دیگر یعنی مایع، جامد و گاز باشد. عملیات میکس(اختلاط) معمولاً به منظوراختلاط یک حجم از سیال، واکنش شیمیایی، انتقال حرارت، انتقال جرم، اختلاط چند فاز با هم(سوسپانسیون و تعلیق) در صنعت به کارمی رود. عمل اختلاط همیشه با ایجاد اغتشاش در مایع همراه است. این کار همزدن نام دارد و توسط وسیله ای به نام پره انجام می شود. پره ها با وارد کردن نیروی مماسی (Shear) باعث ایجاد گردانه در سیال می شوند که در نهایت عمل اختلاط را طبق منظوری که داریم انجام خواهند داد. مقدمه: از آنجا که صنعت اختلاط هنوز به شکل علمی دقیق در نیامده است طراحی یک همزن به طوریکه نوع، قطر و سرعت عملیاتی و شکل پره را در بر بگیرد نه سودمند است و نه عملی. به جای آن منطقی است یک مهندس ضروریات فرایندی و مکانیکی را درک کرده و با توجه به شرایط و پره های استاندارد موجود ، بهترین انتخاب را انجام دهد. عملیات میکس(اختلاط) معمولاً به منظور: اختلاط یک حجم از سیال واکنش شیمیایی انتقال حرارت انتقال جرم اختلاط چند فاز با هم(سوسپانسیون و تعلیق) در صنعت به کارمی رود. هر یک از موارد فوق مکانیزم خاص خود را دارا می باشد. دو نوع کلی مکانیزم اختلاط عبارتند از : مکانیزم اختلاط میکرو مکانیزم اختلاط ماکرو در مورد مکانیزم میکرو اختلاط در مقیاس مولکولی مطرح می باشد. مکانیزم اختلاط به منظور انتقال جرم و حرارت و همچنین واکنش شیمیایی در سطحی که این پدیده ها صورت می گیرند اختلاط به روش میکرو(مولکولی)می باشد. هنگامی که نیاز به تولید یک توده از مخلوط همگن است از مکانیزم اختلاط ماکرو استفاده می گردد. هر یک از مکانیزم های فوق نیاز به نوع ویژه ای از همزن دارد . در بسیاری از فرایندها هر دو مکانیزم لازم می باشند.
مخزن همزن دار
نام انگلیسی: Stirred Tanks
اغلب جهت اختلاط از این نوع میکسرها استفاده می شود . مخازن همز ن دار معمولاً استوانه ای شکل هستند که بالای آن با هوا می تواند ارتباط داشته باشد یا بسته باشد. در حالت کلی کف استوانه را به شکل محدب می سازند زیرا اگر کف گوشه داشته باشد باعث غیر اید ه آل شدن جریان سیال و نواحی ساکن در ظرف می شود. ارتفاع مایع در مخزن را معمولاً معادل قطر مخزن در نظر می گیرند. انرژی لازم جهت به حرکت درآوردن پره توسط یک الکتروموتور تأمین می گردد. اگر انتقال حرارت داشته باشیم از ژاکت یا کویل حرارتی در مخزن استفاده می شود. اگر بخواهیم سیال فرآیند را گرم کنیم معمولاْ از بخار در ژاکت یا کویل حرارتی استفاده می شود و اگر بخواهیم سیال فرآیند را سرد کنیم معمولاْ از آب کولینگ استفاده می شود. پره ها در مخازن همزن دار قادرند دو نوع کلی جریان یعنی شعایی و محوری یا ترکیبی از این دو را بوجود آورند. در جریان شعاعی همانطور که از شکل پیداست سیال پس از برخورد به پره در جهت شعاع حرکت می کند. اما در جریان محوری حرکت در جهت محور همزن خواهد بود .
برخی مفاهیم مهم در ارتباط با مخازن همزن دار
جریان (Flow): کمیت جریان به صورت میزان سیالی که به طور محوری یا شعایی از سطح یا محیط دوران به سمت خارج حرکت می کند تعریف می شود.
عدد جریان (Flow number): بهترین کمیت بدون بعد که با استفاده از آن می توان میزان جریان واقعی که توسط پر ه ایجاد می شود را حساب کرد. این عدد به صورت دیاگرامی که بر حسب عدد Re می تواند باشد از سوی سازنده ارائه می شود.
توان (Power): معیاری است که کارایی همزن را مشخص می کند. توان مصرف شده که توسط یک الکتروموتور تامین می شود از طریق اصطکاک حاصل از ویسکوزیته جذب و باعث چرخش می شود و به صورت گرما هدر می رود.
محور (shaft): اندازه مناسب محور پارامتر بسیار مهمی جهت جلوگیری از ارتعاش، خراب شدن قسمت های مکانیکی و ظرف همزن می باشد. معمولاً سرعت محور باید حدود ۰٫۴ سرعت بحرانی باشد.
طراحی: معمولاً جهت طراحی تنها کافیست پره مناسب انتخاب شود و توان مورد نیاز تعیین گردد.
Draft Tube: لوله ای است که دور محور (Shaft) همزن قرار داده می شود. این امر باعث ایجاد یک الگوی جریان از بالا به پایین ویژه می شود که در کل مایع برقرار می شود. از این وسیله تنها هنگامیکه می خواهیم مطمئن باشیم که الگوی جریان مورد نظردر سیستم برقرار می شود استفاده می کنیم زیرا اصطکاک زیادی ایجاد می کند. از آنجاکه اصطکاک باعث اتلاف انرژی می گردد تا هنگامیکه مجبور نشویم معمولاْ از Draft Tube استفاده نمی کنیم. البته وجود این وسیله باعث بهبود عملیات اختلاط می گردد و بسته به نظر طراح در موارد لزوم استفاده می گردد.
تولید گرداب (Vortex) و نحوه پیشگیری از آن:
در سرعتهای پایین همزن، سطح مایع تقریباً صاف بوده و مایع در اطراف محور همزن گردش می کند. با افزایش سرعت همزن برای ایجاد تلاطم توان لازم برای به حرکت درآوردن همزن افزایش یافته و در اطراف محور همزن گرداب تشکیل می شود. در سرعتهای بالاتر در نهایت گرداب به پره همزن می رسد . در این حالت هوا به درون مایع کشیده می شود. قسمتی از پره درون هوا می گردد و توان لازم کاهش می یابد. کشیده شدن هوا به درون مایع عموماً نامطلوب است و بعلاوه وجود گرداب سبب بروز مشکلاتی در تغییر مقیاس آزمایشگاهی و نیمه صنعتی به مقیاس صنعتی می گردد لذا سعی در پیش گیری از ایجاد گرداب می شود. موارد نادری وجود دارد که ایجاد گرداب بهتر است وجود داشته باشد. یکی از این موارد استثنایی جامدی است که به سختی مرطوب می شود. مثلاً حل کردن اسیدبوریک در آب که بهتر است در گرداب ریخته شود.
از ایجاد گرداب به طرق زیر می توان جلوگیری کرد:
الف – باقی ماندن در منطقه جریان آرام. این روش به علت اینکه در فرایندهای واقعی به ندرت پیش می آید دارای محدودیت می باشد Re 10.
ب – قراردادن همزن به صورت نامتقارن نسبت به محور همزن و یا اینکه همزن نسبت به محور مخزن تحت زاویه قرار داشته باشد.
یکی از روشهای دیگر نصب پره از جهت کناری و به صورت افقی می باشد. از این روشها وقتی مقیاس کوچک باشد استفاده می شود. جلوگیری از ایجادگرداب در مخازن همزن دار الف. با وارد کردن پره از کنار ب . با وارد کردن پره به صورت نامتقارن و زاویه دار ج-نصب تیغه ها (Baffle) نیز امکان پذیر است. این روش متداولترین روش می باشد و در حالت استاندارد از چهار تیغه صاف عمودی تشکیل شده که به صورت شعایی و تحت زاویه ۹۰ درجه در دیواره مخزن نصب می شود. این تیغه ها در تمام عمق مایع قرار می گیرند. پهنای این تیغه ها راحدود ۰٫۱ قطر مخز ن در نظر می گیرند. اگر با محلولهای سوسپانسیون سر و کار داریم جهت جلوگیری از تجمع ذرات جامد در پشت بفل به اندازه نصف عرض تیغه آن را از دیواره مخزن فاصله می دهند. در حالت جریان آشفته Re 10000 می باشد. عدد رینولدز در مخازن به اینصورت تعریف می شوند:
NRe=r.u.D2 /m
D قطر پره، u سرعت، r چگالی، m ویسکوزیته
اگر با جریان در حال گذار سرو کار داشته باشیم معمولاً طول بفل را نصف این مقدار در نظر می گیرند.
پره ملخی
نام انگلیسی: Propeller blades
جریان محوری ایجاد می کنند. در رنج سرعت وسیعی کاربرد دارند. در سرعتهای پایین به ندرت خراب می شوند. برای مایعات با ویسکوزیته بالا اقتصادی نیستند. قیمت آنها مناسب و توان مصرفی آنها اقتصادی است. انواع پره های ملخی عبارتند از:
الف.پره ملخی همراه با محور والکتروموتور
ب.پره ملخی هنگام همزدن
ج.پره ملخی نوع خاص cut-out
د.پره ملخی اره ای برای ایجاد shear زیاد در سیالات ویسکوز
پره توربینی
نام انگلیسی: Turbine Blade
این نوع پره بسیار متنوع می باشد. اگر تیغه های توربین قائم باشند تنها جریان شعایی خواهیم داشت و اگر شیب هم داشته باشند آنگاه جریان محوری و شعایی بر حسب میزان شیب خواهیم داشت یعنی هرچه پره افق یتر باشد جریان محوری تر خواهد شد. سرعت این همزن زیاد، تیغه ها می توانند شیبدار یا مستقیم باشند(مانند همزن پارویی ). فرق این همزن با همزن پارویی در اندازه و سرعت آن می باشد. اندازه پره توربینی کمتر از پارویی می باشد، یعنی ۰٫۳ تا ۰٫۵ قطر ظرف و همچنین سرعت این همزن می تواند خیلی بیشتر از همزن پارویی باشد. در شکلپایین چند نوع از پره های توربینی نشان داده شده است.
انواع پره های توربینی عبارتند از:
الف. پره توربینی با تیغه های قائم جهت ایجاد جریان شعاعی
ب . پره توربینی با تیغه های منحنی جهت ایجاد جریان شعاعی و مناسب در همزدن سیالات لجنی و دوغابی
ج. توربینی صفحه ای
د. توربینی شیبدار جهت ایجاد جریان محوری(به همراه محور و الکتروموتور)
ه. دو پره توربینی که بالایی ایجاد جریان محوری می کند و پره پایینی ایجاد جریان شعاعی می کند
پره پارویی
نام انگلیسی: Paddle blade
این نوع پره از یک محور و یک پره به شکل پارو تشکیل شده است. معمولا پره ها به صورت تیغه های۲ تایی یا۴ تایی هستند. این نوع پره ها معمولاً به سه صورت زیرمی باشند:
الف. پره پارویی دوتیغه دوتایی جهت جریان محوری
ب.پره پارویی دروازه ای(نوع خاص) جهت سیالات ویسکوز
ج. پره پارویی با لبه تیزو جریان محوری
د. پارویی صفحه ای
ه. پارویی دوتایی لنگری
سرعت این نوع همزنها کم تا متوسط می باشد. اگر تیغه همزن پارویی کاملاً عمود باشد جریان مماسی یا شعایی ایجاد می کند ولی اگر زاویه دار باشد جریان محوری ایجاد می کند. در ظرفهای عمیق چند پارو روی یک محور نصب می شود. یکی از مهمترین کاربردهای این نوع از همزنها، استفاده جهت انتقال حرارت می باشد . دور این همزنها حدود ۲۰ تا ۱۵۰ دور در دقیقه می باشد و نسبت قطر پره به قطر مخزن ۰٫۵ تا ۰٫۸ می باشد. عرض تیغه پاروها حدود یک ششم تا یک هشتم طول آن می باشد. در ویسکوزیته های بالا مناسب است مخصوصاً نوع لنگری.
اختلاط در طول جریان(اختلاط ثابت)
نام انگلیسی: mixing fixed
این وسیله اختلاط هیچگونه قسمت متحرکی ندارد و ساختار آن نسبتاً ساده می باشد و همچنین در مقایسه با مخازن همزن دار که احتیاج به یک نیروی محرکه دارند دارای قیمت ارزانتری هستند. استفاده از همزنهای ساکن اخیراً در صنایع گسترش یافته است و ثابت شده است که برای بسیاری از صتایع سودمند و موثر می باشد. مثلاً در اختلاط پلیمرهای مذاب بسیار خوب عمل می کند. این وسیله بیشتر در اختلاط مایع/مایع بکار می رود اما طراحی های گوناگون جهت اختلاط سایر فازها حتی جامد نیز وجود دارد. بعنوان مثال در ورودی رآکتور اگر چند گاز همزمان وارد شوند ابتدا از یک همزن ساکن عبور داده میشوند تا خوب با هم مخلوط شوند. امروزه در صنایع پلیمری بجای استفاده از اکسترودر نوع Screw جهت رسیدن به یکنواختی غلظت و دما جهت رسیدن به یک محصول هموژن می توان از انواع این نوع مخلوط کننده ها استفاده کرد. به علت طراحی های متنوع و ویژه این نوع همزنها ، اطلاعات مربوط به نحوه انتخاب و استفاده از این نوع همزنها باید از شرکت های سازنده گرفته شود. اساس کار این نوع همزنها در شکستن جریان سیال و سپس بازآرایی و اختلاط سیال به صورتهای گوناگون و در نهایت ترکیب دوباره سیال و تکرار این مجموعه مراحل میباشد. در این همزنها از انرژی فشاری خود جریان برای اختلاط استفاده می شود که این خود باعث افت فشار می گردد. تمامی تیغه های اختلاط در لوله های مدور قرار می گیرند و سیال از داخل این لوله ها عبور داده می شود.
0 پاسخ

ارسال یک پاسخ

در گفتگو ها شرکت کنید.

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *


+ چهار = پنج