MISCIBLE, Agitator Design, Mixing Tank, High Shear Mixer, Disperser, High Viscosity Mixer, Air Mixer, ออกแบบเครื่องกวน, คำนวณเครื่องกวน, ผลิตถังผสม, ผลิตเครื่องกวน, ผลิตถังแสตนเลส, ออกแบบ Mixing Tank

MISCIBLE Impellers Calculation-3

MISCIBLE Impellers Calculation-3 Products: Max.Viscosity 200 CPS Max.SG. 1.28 Rheology : Non-Newtonian / Plastic Flow 6-STEP FOR AGITATOR DESIGN STANDARD Step-1 : Volume Calculation Tank Dia.1100 mm x SH.1300 mm Total/Working Volume = 1,310L/1,000L Step-2 : Impeller Selection Impeller for Slurry : U Blade Impeller No. of Stages Design : 1 Stage d/D Design : 0.65 Buffle Plate : None Step-3 : Tip Speed Design Degree of Mixing : Medium Mixing Tip Speed Design : 3.15 m/sec Calculation Impeller Speed = 84 RPM Calculation Dia.of Impeller = 715 mm Step-4 : Power Absorb Calculation Power Calculation 0.67/1.5 kW Ne Number : 3.17E-3 Torque : 73.33 Nm Specific Power 0.674 kW/m^3 Step-5 : Shaft Calculation Design Shaft Type : Solid Shaft Diameter : 50 mm Shaft Length : 1,250 mm Steady Bearing Design : Free Staring Torque : 170.03 Nm Overhung Load : 88.45 N Bending Moment : 106.44 Nm Bending Tension : 88.17 kp/cm^2 Torsion Tension : 70.62 kp/cm^2 Step-6 : Hydraulic Data Calculation Reynolds Number : 4.58E+3 Pumping Capacity : 843.81 m^3/Hr P-Number : 683.01 Quality Number : 40.78 สถาพร เลี้ยงศิริกูล Miscible Technology Co.,Ltd.

MISCIBLE Impellers Calculation-2

Impellers Calculation-2 Products: Max.Viscosity 1 CPS Max.SG. 0.9 Rheology : Newtonian Fluid 6-STEP FOR AGITATOR DESIGN STANDARD Step-1 : Volume Calculation Tank Dia.1400 mm x SH.1600 mm Total/Working Volume = 2,340L/2,000L Step-2 : Impeller Selection Impeller for Slurry : Saw Disc Impeller No. of Stages Design : 2 Stages d/D Design : 0.25 Buffle Plate : 4EA Step-3 : Tip Speed Design Degree of Mixing : Medium Mixing Tip Speed Design : 18.0 m/sec Calculation Impeller Speed = 982 RPM Calculation Dia.of Impeller = 350 mm Step-4 : Power Absorb Calculation Power Calculation 8.037/11.0 kW Ne Number : 0.3 Torque : 78.62 Nm Specific Power 4.04 kW/m^3 Step-5 : Shaft Calculation Design Shaft Type : Solid Shaft Diameter : 75 mm Shaft Length : 1,650 mm Steady Bearing Design : Free Staring Torque : 213.91 Nm Overhung Load : 113.50 N Bending Moment : 272.40 Nm Bending Tension : 64.43 kp/cm^2 Torsion Tension : 25.30 kp/cm^2 Step-6 : Hydraulic Data Calculation Reynolds Number : 1.8E+6 Pumping Capacity : --- m^3/Hr P-Number : --- Quality Number : --- สถาพร เลี้ยงศิริกูล Miscible Technology Co.,Ltd.

MISCIBLE Impellers Calculation-1

Impellers Calculation-1 Products: Max.Viscosity 8,000 CPS Max.SG. 1.18 Rheology : Non-Newtonian / Thixotropy Flow (Time dependent) 6-STEP FOR AGITATOR DESIGN STANDARD Step-1 : Volume Calculation Tank Dia.2300 mm x SH.2700 mm Total/Working Volume = 2,540L/2,000L Step-2 : Impeller Selection Impeller for Slurry : Turbine6B Impeller No. of Stages Design : 1 Stage d/D Design : 0.55 Buffle Plate : None Step-3 : Tip Speed Design Degree of Mixing : Medium Mixing Tip Speed Design : 5.5 m/sec Calculation Impeller Speed = 84 RPM Calculation Dia.of Impeller = 1265 mm Step-4 : Power Absorb Calculation Power Calculation 19.485/22.0 kW Ne Number : 5.96E-3 Torque : 2241.13 Nm Specific Power 1.94 kW/m^3 Step-5 : Shaft Calculation Design Shaft Type : Solid Shaft Diameter : 100 mm Shaft Length : 2,750 mm Steady Bearing Design : Free Staring Torque : 5060.22 Nm Overhung Load : 1485.96 N Bending Moment : 4012.88 Nm Bending Tension : 416.58 kp/cm^2 Torsion Tension : 262.74 kp/cm^2 Step-6 : Hydraulic Data Calculation Reynolds Number : 3.27E+2 Pumping Capacity : 11,543.04 m^3/Hr P-Number : 1028.89 Quality Number : 18.11 สถาพร เลี้ยงศิริกูล Miscible Technology Co.,Ltd.

Special Impeller-3

Special Impeller-2

Special Impeller-1

Fluid Mechanics สำหรับงานออกแบบ Agitator

Fluid Mechanics สำหรับงานออกแบบ Agitator Conservation Laws : ว่าด้วยกฏการอนุรักษ์พลังงาน ในความหมายเชิงทฤษฏี คือ พลังงานที่ให้กับระบบไม่สูญหายไปไหนแต่จะเปลี่ยนรูปแบบจากรูปหนึ่งไปอีกรูปหนึ่ง, ในที่นี้จะกล่าวถึงเฉพาะส่วนที่เกี่ยวข้องและนำมาใช้ได้กับงานด้านการออกแบบเครื่องกวนเท่านั้น ในส่วนนี้คือ Conservation of mass, Conservation of momentum และ Conservation of energy ซึ่งเราจะพิจารณาการเปลี่ยนรูปหรือการส่งถ่ายในงานออกแบบใบกวนได้อย่างชัดเจน หากเราพิจารณาการไหลผ่านท่อ (Streamline) ภายใต้สภาวะค่าความถ่วงจำเพาะคงที่ จะได้ว่า Volumetric Flow Rate ขาเข้า Streamline (Q1) จะเท่ากับ Volumetric Flow Rate ขาออก Streamline (Q2) ไม่ว่าพื้นที่หน้าตัดของ Streamline ขาเข้าและขาออกจะมีพื้นที่หน้าตัดต่างกันก็ตามด้วย Conservation of Laws จะทำให้ขนาดและทิศทางของความเร็ว หรือ เรียกว่า Velocity Vector(w) ขาเข้า(w1) และ ขาออก(w2) มีการเปลี่ยนแปลงเพื่อรักษากฏอนุรักษ์ไว้ ทั้งนี้หากเขียนในรูปแบบของสมการจะได้ว่า (w1) x (A1) = (w2) x (A2) นั่นเอง, ในงานออกแบบเครื่องกวน เครื่องผสม นั้นสิ่งหนึ่งที่สำคัญ (ซึ่งอยู่ในส่วนของการคำนวณ ไม่ใช่การออกแบบ) คือ การคำนวณ Power Absorb หรือ การคำนวณกำลังใช้งานของเครื่องกวน, การคำนวณดังกล่าว ผู้ออกแบบต้องการทราบว่าพลังงานที่ใช้งานนั้นเพียงพอหรือไม่ พลังงานส่งถ่ายมาจากมอเตอร์ ผ่านเพลาใบกวน ลงไปสู่ใบกวน ส่งถ่ายไปยังของเหลวที่ใช้กวน ในส่วนนี้ต้องมีพลังงานสูญเสียระหว่างทางมากมายอยู่ในรูปแบบของ น้ำหนักเพลา, แรงเสียดทาน, ค่าเสื่อมประสิทธิภาพมอเตอร์ เป็นต้น สิ่งเหล่านี้เราจะนำมาพิจารณาร่วมกับการคำนวณด้วยเช่นกัน, กฏข้อหนึ่งที่สำคัญมากที่ต้องเข้าใจและใช้พิจารณาคือ Conservation of Energy หรือ หากเขียนในรูปแบบของสมการจะได้ดังนี้ Kinetic Energy (E1) = (m) . (w^2)/2 Potential Energy (E2) = (m) . (g) . (h) Pressure Energy (E3) = (p) . (V) (E1) + (E2) + (E3) = Const. = ((m) . (w^2)/2) + ((m) . (g) . (h)) + ((p) . (V)) ในรูปแบบของสมการดังกล่าวนั้น หากพิจารณา Streamline, ในส่วนของการคำนวณนั้น จะกำหนดให้ไม่มีแรงเสียดทานเกิดขึ้นเนื่องจากการไหล และ กำหนดให้ค่าความถ่วงจำเพาะมีค่าคงที่สม่ำเสมอ ในงานเครื่องกวนนั้นพิจารณาที่ปริมาตรของเหลวในถังคงที่ หากเราเอา Volume (V) หารในสมการทั้งหมด จะสามารถอธิบายสมการในรูปแบบของ Bernoulli Equation ได้ดังนี้ (density) . (w^2)/2 + (density) . (g) . (h) + (p) = Const. จากสมการดังกล่าวมาทั้งหมด เราก็จะทราบและเห็นถึงความจริงของ Conservation Laws ที่ใช้ในการออกแบบเครื่องกวน เครื่องผสม ได้เป็นอย่างดี และ สมการพื้นฐานที่ใช้ในการคำนวณ Absorb Power ของเครื่องกวน คือ P = (Ne)*(RPM)^3*(Dia.Impeller)^5*(Density) สมการดังกล่าวเป็นเพียงสมการพื้นฐานเท่านั้น เนื่องจากในการคำนวณจะมีค่า (Ne) คือ Power Number เข้ามาเกี่ยวข้อง โดยค่า Power Number นี้ได้มาจากกราฟความสัมพันธ์ระหว่าง (Ne) และ (Re = Reynolds Number) ของการทดลองใบกวนชนิดต่างๆ ซึ่ง Power Characteristics จะมีค่าแปลเปลี่ยนตามสัดส่วนต่างๆของใบกวน, ถัง, หน้าตัดใบกวน ซึ่งผ่านการออกแบบเฉพาะของกราฟความสัมพันธ์นั้นๆ เท่านั้น การนำค่า (Ne) มาใช้งากับการออกแบบสัดส่วนต่างๆที่ผิดเพี้ยนไปจะทำให้ไม่สามารถใช้งานสมการได้อย่างถูกต้อง ท้ายที่สุดสำหรับบทความนี้ แสดงให้เห็นว่าการคำนวณต่างๆมาจาก Conservation Laws แต่สิ่งหนึ่งที่สำคัญกว่าคือ การออกแบบ ซึ่งขึ้นอยู่กับประสบการณ์ของบริษัทฯผู้ออกแบบเครื่อกวนนั้นเอง Cr. สถาพร เลี้ยงศิริกูล (Agitator Designer) MISCIBLE TECHNOLOGY CO., LTD Line: sataporn.miscible www.miscible.co.th

IMPELLRES CALCULATION

IMPELLRES CALCULATION มาตรฐานการออกแบบ Agitator และ ข้อกำหนดสำหรับการออกแบบ Agitator ของบริษัทฯ เพื่อสร้างมาตรฐานการออกแบบเครื่องกวน, เครื่องผสม จำเป็นอย่างยิ่งที่จะต้องอ้างอิงตามหลักวิศวกรรม จำเป็นอย่างยิ่งที่จะต้องมีขั้นตอนการออกแบบที่ถูกต้อง และ จำเป็นอย่างยิ่งที่จะต้องมี Agitator Calculation Data เพื่อเป็นสิ่งที่ยืนยันในทางหนึ่งว่า บริษัทฯ ผู้ออกแบบ Agitator นั้นมีความเข้าใจขั้นพื้นฐานด้านวิศวกรรมเป็นอย่างดี อีกนัยยะหนึ่งลูกค้าสามารถนำเอา Agitator Calculation Data มาตรวจสอบได้เช่นกัน บริษัทฯ มีมาตรฐานของ ขั้นตอนในการออกแบบ Agitator ดังแสดงในรายละเอียดข้างล่างนี้ [1]. Liquid Level and Volume Calculation การออกแบบรูปทรงถังสำหรับการผสมเป็นเรื่องจำเป็นอย่างยิ่ง เพราะจะส่งผลต่อรูปแบบการไหลของของเหลวภายในถัง, ลักษณะก้นถังที่ดีมีผลต่อการผสมเช่นกัน ก้นถังลักษณะ Slope จะทำให้การไหลมีลักษณะเป็นคลื่น, ก้นถังลักษณะก้นกรวย ให้การไหลที่ดีแต่จะมีการแตกแรงในแกน X,Y ก้นถังลักษณะก้นโค้งเป็นรูปแบบที่เหมาะสมที่สุด เป็นต้น สัดส่วนของถังที่ดีต่อการผสมควรมี Ratio D/H = 0.8 การคำนวณ Liquid Level และ ส่วนเผื่อกรณี Full Volume ส่งผลต่อการกำหนด Tip Speed Design ด้วยเช่นกัน [2]. Impeller Selection การเลือกชนิดของใบกวน (Impeller Type) เลือกตามกระบวนการผสม ชนิดของการผสม และ ค่าความหนืดของของเหลวสูงสุด (Maximum Viscosity) ก่อนเลือกชนิดของใบกวนเราต้องทราบอย่างชัดเจนว่ากระบวนการผสมต้องการอะไร เช่น Liquid-Liquid Mixing / Solid-Liquid Mixing (Solution) / Emulsion เป็นต้น หลังจากเลือกชนิดของใบกวนที่ถูกต้องกับกระบวนการแล้ว ต้องใช้ Maximum Viscosity ในการกำหนดสัดส่วนสำคัญ d/D เพื่อใช้ในการคำนวณ Tip Speed (m/sec) ต่อไป, การกำหนดสัดส่วน d/D ต้องอาศัยประสบการณ์การทำงานด้านการออกแบบเครื่องกวนที่เชี่ยวชาญเป็นพิเศษ [3]. Tip Speed Calculation Tip Speed Calculation เป็นการคำนวณขั้นพื้นฐานที่ผู้ออกแบบต้องทราบ การคำนวณ Tip Speed เป็นการคำนวณกึ่งออกแบบ เนื่องจากเราต้องกำหนดค่า Tip Speed พื้นฐานก่อนการคำนวณเสมอ เช่น กระบวนการ Liquid-Liquid Mixing @Max.Viscosity 10,000 mPa.sec กำหนดสัดส่วนสำคัญ d/D = 0.53 กำหนด Tip Speed = 3.7 m/sec สำหรับถังขนาด 15,000L ที่สัดส่วนถัง D/H = 0.85 โดยใช้ใบกวนแบบ 3-Blades High Efficiency Impeller จำนวน 1 ชั้นใบ จากนั้นก็คำนวณ Tip Speed เพื่อหาความเร็วรบใช้งาน (RPM) [4]. Power Absorb Calculation Power Absorb Calculation เป็นภาคการคำนวณซึ่งนักออกแบบสามารถใช้การคำนวณด้วยสูตรอย่างง่าย(อาจจะมีข้อผิดพลาดสูง) หรือ อาจจะใช้โปรแกรมคอมพิวเตอร์ในการคำนวณก็จะให้ความแม่ยำมากยิ่งขึ้นไป (บริษัทฯ ใช้โปรแกรมคอมพิวเตอร์ในการคำนวณ) Power Absorb(kW) มีความสำคัญในแง่การเลือกขนาดของต้นกำลังที่เหมาะสมและไม่ให้เป็นการสิ้นเปลืองพลังงานโดยใช่เหตุ หรือ ใช้พลังงานน้อยกว่าที่กระบวนการต้องการ ทางบริษัทฯ จะมีการคำนวณเผื่อ SF of Power ไว้ที่ 85% ของ Power Absorb [5]. Shaft Calculation การออกแบบ และ คำนวณแกนเพลาของใบกวน มีความสำคัญในเชิง Mechanic, ส่วนสำคัญที่สุดคือ ขนาดของแกนเพลาต้องมีความแข็งแรงเพียงพอ (ความแข็งแรงต่อหน่วยความยาว) ที่จะรับแรงต่างๆที่เกิดขึ้นจากการหมุน, เกิดจากแรงส่งถ่ายจากใบกวน เช่น Bending Moment/Bending Torsion/Critical Speed เป็นต้น บริษัทฯ มี Calculation Data ให้ลูกค้าในกรณีที่ลูกค้าต้องการ Re-Check Calculation ในการออกแบบเพลายังมีส่วนอื่นที่สำคัญอีก เช่น การกำหนดระยะห่างการรับแรงของ Bearing, การออกแบบ Coupling ของเพลา Upper / Lower, การกำหนด Middle/Bottom Bush เป็นต้น [6]. Hydraulic Data Calculation เป็นการคำนวณขั้นสุดท้ายของการออกแบบเครื่องกวน เพื่อแสดงค่าต่างๆที่มีผลสำคัญยิ่งต่อกระบวนการผสม เช่น Reynolds Number / Power Number / Pumping Capacity เป็นต้น ค่าจากการคำนวณต่างๆเหล่านี้ บริษัทฯมี Calculation Data ให้สำหรับลูกค้าที่ต้องการทราบค่าเพื่อนำไปตรวจสอบกับกระบวนการผสมว่าเพียงพอหรือไม่อย่างไร การคำนวณดังกล่าวนั้นมีผลมาจากการออกแบบและการกำหนดค่าต่างๆดังกล่าวข้างต้นแล้ว ผลการคำนวณที่ได้จะสามารถใช้งานได้จริงหรือไม่นั้น ขึ้นกับการออกแบบเป็นลำดับขั้นลงมา สถาพร เลี้ยงศิริกูล/MISCIBLE

MISCIBLE IMPELLERS

สิ่งที่ต้องพิจารณาเมื่อใช้ใบกวนชนิดใหม่ ทำไมรูปแบบใบกวนที่พบเห็นกันได้ทั่วไปจึงเป็นรูปแบบที่ซ้ำๆ เช่น ถ้ากวนน้ำก็จะเห็นใบแบบใบพัดเรือ (Marine), ถ้าต้องการกวนรอบช้าก็จะพบใบแบบสองก้าน (2-Blades Turbine), ถ้าต้องการผสมเร็วหน่อยก็ใช้ใบแบบ 4 ก้าน (4-Blades Turbine), หรือ ต้องการ Shear ก็จะใช้ใบแบบใบดิส (Saw Disc), คำตอบ คือ ความเคยชิน และ ความไม่อยากผิดพลาดในการใช้งาน เพราะเคยใช้แต่แบบนี้ ทำนองนั้นครับ, ใบกวนที่มีประสิทธิภาพสูงนั้นมีอีกหลากหลายชนิดครับ, หากเราเห็นรูปแบบใบกวนแปลกๆ, หากเราอยากออกแบบใบกวนรูปแบบใหม่ และ หากเราอยากจะเอามันมาใช้งานให้มีประสิทธิภาพสูงขึ้น..เราต้องทำอย่างไรให้ถูกต้อง ไม่ใช่ว่าหยิบมาใช้แบบมั่วๆ แบบไร้ข้อมูลวิชาการมารองรับ แบบนี้ไม่ได้ครับ งานวิศวกรรมเราไม่ทำกันแบบนั้น แต่เราควรพิจารณาด้วยเหตุผล ดังนี้ [1]. Streamline of Impeller เราต้องทราบก่อนว่า Streamline ของรูปแบบใบกวนนั้นเป็นแบบไหน เหมือนกับที่เราใช้ CFD ในการจำลองไงครับ (ไม่ได้ใช้ CFD เพื่อความเท่ห์และอยากได้รูปสวยๆนะ) CFD ใช้จำลอง Streamline, แต่หากเราชำนาญเพียงพอ หรือ ผ่านงานมามากพอ, เราก็จะทราบลักษณะ Streamline of Impeller ครับ [2]. Rheology เมื่อทราบ Streamline แล้วก็จะต้องทราบว่าลักษณะ Streamline แบบนั้นแบบนี้ จะเอาไปใช้กับงานที่มี Rheology แบบไหน เช่น Newtonian, Non-Newtonian ประเภทไหน, หรือ อย่างน้อยที่สุด ก็ควรจะต้องทราบว่า Mixing task ของกระบวนการ แบบไหนที่เหมาะสมกับ Streamline ของใบกวนชนิดนั้นๆ [3]. Tip Speed ใบกวนแต่ละชนิดก็มี Optimum Tip Speed ที่ต่างกันออกไปใช้มั่วไม่ได้นะครับ, เราจะทราบได้อย่างไรว่าใบกวนแบบไหนเหมาะกับ Tip Speed แบบไหน คำตอบคือ ต้องทดสอบ อย่างเดียวเท่านั้นครับ ไม่มีวิธีอื่น [4]. Power Number ใบกวนแต่ละชนิดก็มี Power Number เฉพาะอีกนั่นแหละ, กราฟที่เราใช้ๆกัน RE-NE ก็มาจากการทดลองครับ นี่คือแนวทางที่ "จำเป็นต้องทำ" ครับ หากเราจะออกแบบใบกวนชนิดใหม่ๆ หรือ เอาใบกวนที่คาดว่าประสิทธิภาพสูงมาใช้, ต้องอย่าลืมนะครับ ทุกอย่างมีที่มา มีที่ไป ของมัน โดยเฉพาะงานวิศวกรรม เราคุยกันด้วยเหตุผล คุยกันด้วยประสบการณ์ครับสำหรับลูกค้านะครับ, หากท่านเห็นใบกวนชนิดแปลกๆ ท่านเอาคำถาม 4 ข้อนี้ไปถามได้เลย หากเค้าตอบได้ท่านก็จะได้สบายใจที่จะซื้อ, ส่วนคำตอบนั้นจริงมีแนวโน้มจริงหรือไม่ ใช้วิจารณญานฟังก็พอจะบอกได้ว่าเป็นไปได้มากน้อยแค่ไหนกับคำตอบ MISCIBLE HIGH PERFORMANCE IMPELLERS Viscrop Impeller Streamline : Axial 80%,Radial 20% Viscosity Range : 1-30,000 mPas.s d/D = 0.35-0.7 br> Tip Speed = 2.5-6 m/sec Baffles Plate : 0/3/4 Mixing Task : Blending / Suspension Applications : Non-Newtonian Fluid, Plastic Flow (Time Independent) Compare : Better than 4 Blades Turbine Jetprop2B Impeller Streamline : Axial 100% Viscosity Range : 1-5,000 mPas.s d/D = 0.25-0.4 Tip Speed = 6-12 m/sec Baffles Plate : 3/4 Mixing Task : Blending Applications : Newtonian Fluid Compare : Better than Marine Propeller Fold Blades Impeller Streamline : Radial 100% Viscosity Range : 1-1,000 mPas.s d/D = 0.35-0.5 Tip Speed = 3-6 m/sec Baffles Plate : 0/3/4 Mixing Task : Suspension Applications : Newtonian Fluid Compare : Better than Flat Blades Turbine Mix Blades Impeller Streamline : Axial 20%,Tangential 80% Viscosity Range : 1-5,000 mPas.s d/D = 0.6-0.9 Tip Speed = 1.5-3.5 m/sec Baffles Plate : 4 Mixing Task : Heat Transfer Applications : Non-Newtonian Fluid, Heat Transfer Compare : Better than 2-Blades Turbine สถาพร เลี้ยงศิริกูล/MISCIBLE