-

MISCIBLE TALK. EP.1/30 Energy Dissipation Range

MISCIBLE TALK. EP.1/30 Energy Dissipation Range สวัสดีปี 2022 ครับ ผมห่างหายไปจากการแชร์ประสบการณ์แชร์ไอเดียด้าน Fluid Mixing ประมาณ 2 ปีเศษเห็นจะได้ครับ, เริ่มต้นปีนี้เลยมีความตั้งใจจะกลับมาแชร์ประสบการณ์เพื่อแบ่งปันหรือเป็นส่วนนึงของการแลกเปลี่ยนเชิงสร้างสรรอีกรอบในลักษณะการชวนคุยเน้นประสบการณ์แบบเดิมครับ เริ่มด้วยหัวข้อ High Shear Mixer หรือ นิยมเรียกในบ้านเราว่า Rotor-Stator ตามลักษณะของ Impeller หรือ หลายท่านอาจจะเรียกว่า Homo Mix ซึ่งผมว่าไม่ถูกซะทีเดียวแต่ก็เรียกได้ครับ แต่หากมองตาม Mixing Task เราควรเรียกว่า High Shear Mixer จะถูกต้องที่สุด เนื่องจากเครื่องกวนลักษณะดังกล่าวเป็นอยู่ใน Mixing Tank และ อนุภาคไม่ได้ถูกบด หรือ ถูก Shear Force กระทำทั้งหมดนั่นเอง Energy Dissipation Range ซึ่งมีหน่วยเป็น W/kg นั่น ถือว่าเป็น Guideline ที่ใช้เป็นแนวโน้มได้ครับว่า Agitator ที่เราออกแบบอยู่ใน Range ที่ทางด้านวิชาการหรือหนังสือกล่าวไว้หรือไม่ ซึ่งหนังสือก็เอามาจากการรวบรวมการทดสอบนั่นแหละครับ ก็ถือว่าเป็นไอเดียได้ แต่ ผมจะบอกว่า ต้องใช้อย่างระมัดระวัง และ ไม่เอามาเป็นเครื่องมือในการยืนยันทางคำพูดเชิงตรรกะว่าถูกหรือผิดกัน เพราะถ้าทำแบบนั้นจะไม่ดีแน่นอน ยกตัวอย่างเช่น Agitator Vessel : 0.1-100 Static Mixer : 10-1,000 High Shear Mixer 1,000-100,000 เป็นต้น อ้างอิงจาก หนังสือยอดนิยมอ่านกัน Handbook of Industrial Mixing หน้าที่ 500 เล่มปกสีม่วงนั่นเองครับ, พิจารณาดูแล้วมัน Range มันกว้างมากครับ, กว้างจนไม่รู้ว่าจะเอาตรงไหนเป็นแกนในการพิจารณาความมีแนวโน้มถูกต้องกับงานนั้นๆ จริงๆ มันคือการเก็บสถิติครับ แต่การเก็บสถิตินั้น Range ของ Product ก็กว้างมากอีก, ซึ่งหากอ่านแล้วก็จะงง และ หาข้อสรุปไม่ได้ ซึ่งผมมองว่าถูกแล้วครับ ในเชิงการหาข้อสรุปไม่ได้ เนื่องจากมีปัจจัยพิจารณาหลายส่วนทีเกี่ยวข้องซ่อนอยู่ เช่น Number of Rotor Blades, Type of Stator Head, Tip Speed, Viscosity ฯลฯ ซึ่งไม่ได้ถูกระบุชัดเจน ทำให้ Energy Dissipation Range เป็น Guideline ที่ควรระวังในการใช้ การพิจารณาว่าหากเราสร้าง High Shear Mixer ขึ้นมาใช้สักตัว ซึ่งออกแบบและใช้กำลังให้อ้างอิง Energy Dissipation Range อยู่ใน Range แล้วจะสามารถใช้งานได้แบบนี้ก็อันตรายครับ, ในมุมมองผม คือ ต้องหางานที่ลักษณะใกล้เคียงกันมากๆและเปรียบเทียบ P/V ที่ใช้ต่อ Mixing Time ที่ได้ และที่สำคัญที่สุด ต้องพิจารณาระดับความ Homogeneous ว่าเกินระดับ 70% หรือไม่ ถ้าได้ตามนี้ก็เอามาเป็น Guideline ได้ เป็นต้นครับ สุดท้ายคือ P/V Range โดยทั่วไปจะมองกันว่า P/V ของ High Shear Mixer มีค่าไม่ได้ต่างจาก Impeller แบบอื่น โดยเฉพาะกลุ่มของ Disperser ตรงนี้ก็ควรระวังในการใช้งาน P/V Range ด้วยครับ เนื่องจากสัดส่วน P/V นั่นไม่ต่างก็จริง แต่สิ่งที่ต่าง คือ Dead Zone of Mixing ต่างกันมาก แม้ High Shear จะให้ค่า Shear Force ที่สูง (du/dy) แต่การ Drop ของของเหลวหลังออกจาก Stator จะทำให้เกิด Dead Zone of Mixing และ ส่งผลต่อระดับการ Homogeneous ของ Product ด้วยเช่นกัน P/V Range ของ High Shear จากหนังสือ อาจจะใช้ในกลุ่มงาน Low Viscosity เท่านั้น ซึ่งปกติเราก็ไม่นิยมใช้ High Shear Mixer ในกลุ่มงานนี้อีกเช่นกันเพราะคนละ Mixing Task ครับ, ท้ายสุดจริงๆ คือ ต้องพิจารณาลงไปอีกว่าแต่ละงานที่ใส่ Power ลงไปให้อยู่ใน P/V Range นั่นสามารถให้ Shear Force ได้ตามต้องการหรือไม่ เพราะหากจะพิจารณาแต่ Power ไม่พิจารณาผลที่ได้ หรือ ไม่พิจารณาชนิดของ Stator ก็ไม่ได้อีก, ยากพอสมควรครับที่จะฟันธงได้ ทำได้เพียงต้องระวังในการนำมาใช้ และ ต้องหากรณีศึกษาเทียบเคียงให้มากที่สุด ครับ ขอบคุณครับ สถาพร เลี้ยงศิริกูล บจก.มิสซิเบิล เทคโนโลยี

Next
-

Agitator Scale Up 'Case-2'

EP-22 : Agitator Scale Up 'Case-2' 'Large Agitator Scale Down' กว่าจะออกมาเป็นเครื่องกวนที่ใช้กับถังขนาด 120,000L แบบ Heavy Duty นั้นต้องทำอย่างไรบ้าง เราจะมาดูกันครับ, คราวนี้ได้ใช้ 'ทฤษฏีกันสักที' เดี๋ยวจะหาว่าใช้แต่ประสบการณ์กันจนลืมหลักการในการ Scale Up แต่...!!! ก็ไม่ได้ใช้เต็ม 100% ครับ แค่ 40% แค่นั้นเอง, ผมอยากจะบอกว่าผมใช้องค์ความรู้ทั้งหมดตั้งแต่ EP-1 ถึง RP-14 เลยครับ, มาทำ Scale Down กันดีกว่า ขั้นตอนที่-1 : ออกแบบ/คำนวณ ผมต้องทำ การออกแบบ/คำนวณ ในถังจริงว่าต้องใช้ใบชนิดไหนตาม Rheology ของของเหลว, ออกแบบ Tip Speed, คำนวณ Reynolds Number สำหรับใบกวนแบบ 2 Stages, ออกแบบระยะ Pitch เพื่อกำหนด Impeller Location, จากนั้นก็คำนวณเพลา, ออกแบบ Steady Bottom Bush ตามปกติ ขั้นตอนที่-2 : ทำ Model ทดสอบ เป็นไปไม่ได้เลยที่ จะมีใครกล้าออกแบบและรับผิดชอบงาน Agitator ระดับนี้ โดยใช้แค่ประสบการณ์, ผมทำการ Scale Down เพื่อทำ Model สำหรับทดสอบค่าคำนวณที่ Scale Down ทั้งหมดในถังสี่เหลียม (ตามงานจริง) ขนาด 100L, ผมไม่กล้าใช้ Model ต่ำกว่า 100L แน่นอน เพราะกังวลเรื่อง Renolds Number / Averate Shear Rate / Dead Zone of Mixing (ซึ่งเกิดแน่นอน), จากนั้นก็ทดสอบ ขั้นตอนที่-3 : ปรับผลการทดสอบ การปรับผลการทดสอบนั้นสำคัญมาก, มันอาจจะฉีก ทฤษฏี ไปสักหน่อยอย่าไปซีเรียสครับ เราทำงานจริงๆ ไม่ได้ส่งการบ้านอาจารย์ หรือ เรียนเอาเกรด, ผมต้องมั่นใจว่าผลทดสอบใน Model ไม่เวอร์วัง จนเกินไปอยู่ในขอบข่ายที่สามารถเกิดขึ้นจริงได้ ขั้นตอนที่-4 : ปรับงานจริง เอาผลการทดสอบใน Model มาเทียบกับ ผลการคำนวณ และ สำคัญที่สุดคือ ต้องใช้ "ประสบการณ์ในการวิเคราะห์" เพื่อยืนยันความมั่นใจว่า หากสร้าง Agitator ชุดนี้ไปแล้วต้องสามารถใช้งานได้ และ ต้องรับประกันการ Mixing ได้ตามต้องการ ขั้นตอนที่-5 : สร้างเลย ผมต้องมั่นใจในประสบการณ์, และ การคำนวณ รวมถึง ผลการทดสอบใน Model ทั้งสามอย่างรวมกัน แล้วลงมือผลิตเลย, อยากบอกว่า Gear Motor ชุดนี้ใช้มอเตอร์กันระเบิดนะครับ ราคาเฉพาะ Gear Motor ก็ประมาณ 3 แสนครับ, ไม่มั่นใจไม่กล้าทำแน่..จากนั้นลุยเลย เพราะทำ Agitator ขนาดประมาณนี้มาเยอะแล้ว ถาม : Scale Down ยังไง ตอบ : คืออย่างนี้ครับ, การ Scale Down เนี่ย เราจำเป็นที่จะต้องผ่านงานสร้าง Agitator ขนาดใหญ่มามากๆก่อนนะครับ, สมองเราจะนึกออกว่างานแบบนี้แบบนั้น มันเป็นอย่างไร, แนวโน้มมันจะใช้งานได้หรือไม่, จากนั้นก็คำนวณครับ, ได้ออกมาแล้ว ผมใช้ 'Geometic Similarity' เฉพาะของใบกวนแค่นั้นนะครับ ไม่ได้ใช้ของถัง ด้วยเหตุผลของ Dead Zone of Mixing ใน Model กับของจริงขนาด 120,000L มันเทียบกันไม่ได้ ใช้ไปรังจะทำให้เรามั่นใจแบบผิดๆเปล่าๆ, แล้วผมก็ได้ใบของ Model มาแล้วนำไปทดสอบครับ ถาม : ใช้ทฤษฏีอื่น Scale Down หรือไม่ ตอบ : ใช้แน่นอนครับ, ผมใช้ 'Buckingham Pi Theory' ซึ่งเป็นวิธียอดนิยมในการวิเคราะห์เชิงมิติ (Dimensional Analysis) ทำตามขั้นตอนทุกอย่าง เพื่อหาความสัมพันธ์ว่าอะไรเป็นฟังก์ชั่นของอะไรบ้างอย่างไร, จึงเป็นที่มาของ Diameter of Impeller ที่สร้างใน Model เพราะเป็นส่วนที่ส่งผลต่อการผสมนี้มากที่สุดแล้วนั่นเองครับ ถาม : ใช้ Dimensionless Number ตัวไหน ตอบ : ใช้ Newton ครับ, เพื่อสมดุล Specific Power เทียบกับ Re ภาคคำนวณ, แต่ไม่ได้ซีเรียสมาก ผมใช้เพื่อคอนเฟริม์ ให้ใกล้เคียง และ ดูแนวโน้มมากกว่า สรุป : สำหรับงานลักษณะนี้, หากคิดเป็น 100% แล้ว, ผมเชื่อประสบการณ์ที่ผ่านมา 80%, เชื่อผลคำนวณ 80% และ เชื่อ Dimensional analysis 30% สถาพร เลี้ยงศิริกูล/MISCIBLE

Next
-

Agitator Scale Up 'Case-1'

EP-21 : Agitator Scale Up 'Case-1' 'High Speed Disperser Scale Up' ก่อนจะมาดูงานจริงๆกัน, ผมอยากให้ท่านลืม ทฤษฏีการ Scale Up โดยใช้ Dimensional Analysis และ Similarity ไปก่อนนะครับ เพราะมันใช้ไม่ได้จริงๆสำหรับ Case นี้ แต่ไม่ต้องห่วงครับ Case ต่อไป ผมจะทำให้มันใช้ได้ (บ้าง), ซึ่งเราจะทำการ Scale Up โดยอ้อมกัน มาดูกันครับว่าใช้หลักการอะไรในการ Scale Up - Agitator ชนิด High Speed Disperser ที่ใช้ใบกวนประเภท Saw Disc Impellers ได้บ้าง, สำหรับบทความนี้จะเป็นลักษณะการ ถาม-ตอบ-วิเคราะห์ นะครับ, บางคำถาม/คำตอบ อาจจะดูกวนๆ แต่ไม่มีเจตนานะครับ แค่อยากเอาชีวิตจริงมาแชร์กัน ต้องบอกไว้ก่อนว่า ไม่สวยงามอย่างในกระดาษแน่นอนครับ ต้องขออภัยล่วงหน้า จากรูปจะเป็นงานในการผลิต Enamel Paint ซึ่งเราจะทำการตัดกระบวนการบดสีออกไปเพราะไม่เกี่ยวกับ Mixing และ จะเอามาเฉพาะกระบวนการ Letdown และ Tinting เท่านั้น โดยที่ รูปบนซ้าย : เครื่องสำหรับห้องแล็ปใช้ผสมขนาด 1GL / 5GL / 20GL เพื่อปรับสูตร และหรือ ทำสูตรใหม่ รูปซ้ายกลาง : ใบกวนขนาดต่างๆที่ใช้ในห้องแล็ป ขนาดตั้งแต่ 50mm-120mm รูปล่างซ้าย : เครื่อง High Speed Disperser สำหรับ Mobile Tank 1,000-1,200L รูปที่เหลือทั้งหมด : เครื่อง High Speed Disperser สำหรับ Fixed Tank 5,000L ถาม : ทำแล็ปกันยังไง ตอบ : ก็จับใบใส่เลยครับ อย่าให้ใบใหญ่กว่ากระป๋องเป็นอันพอ เช่น ใบ 80/1GL, ใบ 100/5GL, ใบ 120/5GL เป็นต้นครับ, ใบ Saw Disc พวกนี้ใช้ Z = 6-10 แล้วแต่ว่าจะให้ใครทำซึ่งก็เอาจริงๆคือ กะเอาว่าดูพอดีๆ แต่ตรงนี้ไม่เป็นไรครับ ถือว่าเป็น Model ต้นแบบอย่าไปซีเรียส ดูผลเป็นหลักดีกว่า ถาม : ความเร็วรอบในแล็ป ตอบ : ก็ใช้เต็มที่เลยครับ มอเตอร์ 2Pole ที่ 3,000 RPM แล้วก็ปั่นจนกว่าจะได้ผลตามต้องการ, มอเตอร์ก็ 1-3 แรงม้า แล้วแต่ให้ใครผลิต, ที่สำคัญไม่มีการวัดกระแสใช้งานครับ ลุยเลยเต็มที่ ถาม : แล้วขนาด 1,000L ทำกันยังไง ตอบ : ก็ใช้เครื่องที่มีขนาดมอเตอร์ 20-30 แรงม้า ความเร็วรอบ Max. 1500 RPM, ปั่นไปเลยเพราะเดี๋ยวมันก็จะเข้ากันเองตามสูตรที่แล็ปให้มา ถาม : ขนาดใหญ่กว่า 1,000L ลิตร ทำกันยังไง ตอบ : นั่นแหละครับ เริ่มมีปัญหาแล้ว เพราะมันเริ่มไม่ได้, การ Letdown ใช้เวลานานมาก, การแต่งเฉดสีมีปัญหาเพราะขอบๆถังไม่ขยับ วิเคราะห์-1 : ปัญหาที่ไม่สามารถ Scale Up-Saw Disc Impeller ได้โดยทฤษฏี ก็มาจาก 3-4 สาเหตุครับ คือ (1). จำนวน Z ของใบที่ไม่ได้เท่ากัน ใบขนาดเล็กมี Z เฉพาะของมัน และ ใบขนาดใหญ่ขึ้นก็มี Z เฉพาะของมันเช่นกัน (2). ไม่มีการบันทึก Specific Power ที่ใช้งานทำให้สัดส่วนพลังงานในแล็ปและถังขนาด 1,000L ใช้ Specific Power เกินความเป็นจริง (3). เราไม่เคยสนใจใน Maximum Shear Rate ที่ระบบได้รับ และ (4). คือ ผู้ที่ทำแล็ปไม่ยอมปรับเปลี่ยนกระบวนการให้ใกล้เคียงกับ Batch Production วิเคราะห์-2 : เราจะมีวิธีแก้ไขเรื่องดังกล่าวอย่างไร เมื่อต้องการ Scale Up งาน Disperser (1). ต้องคำนวณ Mixing Time และ กำหนดให้ชัดเจน ว่า Batch ขนาดเท่าไหร่มี Mixing Time เท่าไหร่ (2). ต้องบันทึก Specific Power และ นำ Specific Power ไปใช้ในการ Scale Up (3). ต้องคำนวณ Maximum Shear Rate ในแต่ละ Batch ให้ใกล้เคียงกันที่สุด (4). ต้องปรับแล็ปให้ใช้ Specific Power และ Maximum Shear Rate ในปริมาณที่เหมาะสมให้ Product เอื้อมถึง (5). ต้องออกแบบ Agitator ให้จัดการ Dead Zone of Mixing ซึ่งมีแน่นอนใน Batch ขนาด 2,000L ขึ้นไป มุมมอง 'MISCIBLE' มุมมองของผมต่อการ Scale Up - Disperser, คือ ใช้ประสบการณ์ 80% ซึ่งต้องผ่านมาเยอะและเห็นมาเยอะจริงๆนะครับถึงจะทำการ Scale Up Disersper ได้แบบไม่เสียหาย, การใช้ Dimensional Analysis และ Similarity จะทำให้งานคุณพัง และ เก็บเงินไม่ได้, ส่วนอีก 20% ผมใช้หลักการ Scale Up ของ Maximum Shear Rate ในระบบครับ พร้อมกับต้องแก้ไข Dead Zone of Mixing ขอบ/ก้น ถังให้ได้, มุมมองด้าน Mechanic ต่อ Disperser นี่ก็สำคัญมากครับ เพราะใบกวน Saw Disc ใช้ Tip Speed สูง, การออกแบบเพลา, การเลือกลูกปืน, การกำหนดระยะ Housing Bearing ฯลฯ พวกนี้สำคัญหมดครับ ไม่ใช่จบกันแค่ใบกวนเท่าไหร่ สถาพร เลี้ยงศิริกูล/MISCIBLE

Next
-

Radial Flow Impeller Analysis

EP-20 : Radial Flow Impeller Analysis "Impossible for Saw Disc Impeller Scale Up" ขำๆก่อนเริ่มครับ, หากท่านเห็น Saw Disc Impellers. ที่มีการเจาะรูบริเวณเนื้อใบ ท่านลองถามสิครับว่าเจาะทำไม เค้าก็จะตอบท่านว่าให้ของเหลวมันมุดลงไปใต้ใบ .... คือ ผมจะบอกว่าในการเคลื่อนตัวลักษณะนี้. มันไม่มีทางมุดลงไปได้. ในขณะที่ใบกวนหมุนแน่นอน ที่สำคัญ มันเพิ่ม power ให้ระบบอีกต่างหาก, เมื่อท่านวาง Impeller location ที่ดี จะไม่มี Dead Zone ใต้ใบครับ ไม่ต้องเจาะ และ สำคัญ คือ มันไม่ได้ช่วยลดน้ำหนักครับ แต่การเจาะรูจะทำให้ความแข็งแรงลดลงต่างหาก ลองใช้ FEM วิเคราะห์ดูจะรู้ครับ , ผมเคยเห็นมีบางท่านจับเอาใบกวน Saw Disc มาอยู่บนเพลาเดียวกันกับ Ribbon ด้วยซ้ำ ... เอ่อคือว่ามัน.....ทำงานที่คนละ Properties กันหน่ะครับ คนละ Optimum Tip Speed จะมาใช้ร่วมกันไม่ได้ ผมจะเริ่มว่า...มีใบกวนหลายชนิดที่ไม่สามารถ Scale Up ได้, ท่านจะเชื่อหรือไม่ครับ, คราวนี้เราจะมาดูการออกแบบผิดๆ และ ภายใต้การคำนวณที่ถูกต้องกันครับ, ว่าหากเทียบกับงานจริงๆแล้วจะมีผลอย่างไร, ผมออกแบบและผลิต Agitator ชนิด High Speed Disperser มาเยอะมากๆครับ บอกเลยว่า High Speed Disperser เป็นงานที่ยากจริงๆ เริ่มต้นที่หากเราจะคำนวณ Absorb Power ของ Agitator เราต้องทราบ Reynolds Number แล้วไปดูความสัมพันธ์ RE vs NE เพื่อคำนวณ เนื่องจาก "Power Number as Function of Reynolds" ครับ, โดยกราฟดังกล่าวได้จากการทดลองครับ ไม่ได้มาจาก กูรู หรือ กูรู้ ที่ไหน, บทความนี้ผมจะใช้กราฟ RE vs NE ภายใต้เงื่อนไขดังนี้ [1] : อ้างอิงจาก EP-4 : Effect of Impeller Location C คือ ระยะที่วัดจากจุดต่ำสุดก้นถังถึง Centerline ของใบกวน CV คือ ระยะที่วัดจาก Cneterline ของใบกวน ขึ้นไปถึงจุด Static Liquid Surface Z คือ ระยะที่วัดจากจุดต่ำสุดก้นถัง ถึงจุด Static Liquid Surface T คือ เส้นผ่านศูนย์กลางถัง B คือ ความกว้างของ Baffle Plate การกำหนด หรือ ออกแบบค่า PROX ที่เหมาะสมที่ผ่านมานิยมใช้การทดลองครับ โดยค่าทดลองจะต้องมีค่าเปรียบเทียบเพื่อหา Proximity Factor โดยรูปแบบมาตรฐานที่ใข้ในการเปรียบเทียบ หรือ เรียกเท่ห์ๆว่า "Uniform Condition for Camparison" ภายใต้เงื่อนไขของเหลว Viscosity = 1 และ SG. = 1 ถูกกำหนดดังนี้ คือ D/T = 1/3), (B=1/12), (Z/T >1), (CV>3D), และ(C ที่ค่า PROX = 1) [2]. Saw Disc Impeller Ratio (d2/d1 = 0.376) [3]. Saw Disc Z=20 [4]. Reynolds Number ที่ได้หารด้วย 10,000 เพื่อการพล๊อตกราฟที่เห็นชัดขึ้น [5]. Viscosity =1 / SG. = 1 และแน่นอนเราต้องออกแบบ Tip Speed ให้เท่ากันทุกๆ Scale ของถัง, และ เรามาวิเคราะห์เทียบงานจริงๆกันเลย ดังนี้ครับ สำหรับถังขนาด 20L : สามารถนำผลในตารางไปใช้งานจริงได้เลย และ งานจะออกมาดีมากด้วย สำหรับถังขนาด 100L : สามารถนำผลในตารางไปใช้งานจริงได้เลย และ งานจะออกมาดีมากด้วย สำหรับถังขนาด 500L : เราจะใช้ Z=20 สำหรับใบกวนเส้นผ่านศูนย์กลาง 320 มม. ไม่ได้ในงานจริงเพราะจะทำให้ Power ใช้งานจริงสูงกว่าที่คำนวณไว้มากเลย (ประมาณ 2-2.5 เท่า), หากใครมีประสบการณ์ผลิต Agitator ชนิด Disperser ที่ใช้ใบ Saw Disc มากๆจะเข้าใจดีว่าที่ผมบอกไปถูกต้อง สำหรับถังขนาด 1,000L : เริ่มเห็นภาพแล้วใช่หรือไม่ครับว่า สัดส่วน d2/d1 สำหรับใบกวนแบบ Saw Disc ไม่ใช่ตายตัวที่ 0.3, ในงานจริงใช้ Dia.410 มม สำหรับถัง 1,000L ไม่ได้ ใช้แค่ 250 มม ก็เหลือเฟือแล้วครับ (ฉีกทฤษฏีไปเยอะเลยเนอะ 55) สำหรับถังขนาด 2,000L : การใช้ใบกวนที่ 520 มม ต้องใช้มอเตอร์ที่มี Power ขนาด 150Hp สำหรับ Tip Speed ที่ 25 m/sec เลยทีเดียว จากข้อความข้างบน และ งานจริงๆนั้น ผมขอสรุปเลยว่าไม่สามารถใช้ Dimensional Analysis ในการ Scale Up ใบกวนแบบ Saw Disc ได้ และ ไม่สามารถใช้ การสมดุล Geometic Similarity' , 'Kinematics Similarity' และ 'Dynamic Similarity ได้เลย, หากมีใครมาบอกท่าน หรือ มีใครคำนวณการ Scale Up และ บอกว่ามีวิธี Scale Up ใบกวน Saw Disc ได้ นั่นแสดงว่า เค้าไม่เคยผ่านงาน Scale Up High Speed Disperser ในชีวิตจริงมาเลยแน่นอน ข้อควรระวังจากทฤษฏี 1. RE มาจากนิยามการไหลผ่านท่อจะใช้ตรงกับลักษณะของ Axial Flow Pattern มากกว่า แล้ว Radial Flow Pattern ละ..? 2. เราไม่สามารถใช้ (AV)1 = (AV)2 ในใบกวนแบบ Radial Flow ได้ 3. จากความสัมพันธ์ RE vs NE หาก NE มีค่าคงที่ ความผิดพลาดในการคำนวณ Power จะยิ่งเพิ่มมากขึ้น 4. ใบกวน Saw Disc ให้ความสำคัญกับ Maximum Shear Rate เท่านั้น 5. ไม่สามารถคำนวณ Hydraulic Data Properties สำหรับใบกวนแบบ Saw Disc ได้ ผมจะมาแชร์ประสบการณ์การออกแบบ High Speed Disperser ขนาด 150Hp ครับ, ที่ความเร็วรอบ 1430 RPM, คำนวณ Tip Speed ได้ประมาณ 37 m/sec, ผมได้โอกาสทดสอบใบกวน Saw Disc ขนาดใหญ่ไปด้วยในตัว (ใบกวน Saw Disc Dia. 500 mm ถือว่าใหญ่มากๆๆครับ) โดยใช้ใบกวนที่มีขนาดเท่ากัน แต่จำนวน Z ไม่เท่ากัน จำนวน Z ห่างกันประมาณ 15% โดยประมาณ, ผลปรากฏว่า ต้นกำลังใช้ Absorb Power ต่างกันอย่างมากเลยทีเดียวครับ ซึ่งใบกวนที่มี Z น้อยให้ Power ที่สูงมาก และ ประสิทธิภาพในการทำงานจริงต่ำมากเช่นกัน, ในขณะที่ผลการคำนวณ RE ก็เท่าเดิม, การ Scale Up ทำตามหลักการ Similarity และ ใช้ Dimensional Analysis เข้ามาจับด้วยซ้ำ, นี่แค่ผลของ Power นะครับ, ส่วนที่ต่างกันยังมีอีกมาก เช่น เวลาที่ใช้ในการ Reduce Particle Size ก็ต่างกัน, ความร้อนในระบบก็ต่างกัน (ส่งผลต่อการออกแบบ Jacket Tank for Cooling), การสึกหรอของใบก็ต่างกัน, ค่าความแกว่งของเพลาก็ต่างกัน สรุป การ Scale Up ในงาน Mixing Tank ไม่ใช่ดูแค่ว่าผลการคำนวณเป็นอย่างไร, ไม่ใช่แค่ว่าผู้ออกแบบบอกมาว่าต้องใช้ใบกวนขนาดเท่าไหร่, ไม่ใช่ว่าผู้ออกแบบบอกมาว่าต้องใช้ความเร็วรอบที่เท่าไหร่, แต่ผู้ออกแบบ ต้องลงลึกไปถึงว่า ต้องใช้เพลาขนาดเท่าไหร่ต่อความยาวที่เพิ่มขึ้น, ต้องใช้ Bearing ชนิดไหนสำหรับความเร็วรอบที่เปลี่ยนไป, และ สำคัญที่สุดหากผลมันไม่ได้ ผู้ออกแบบจะรับผิดชอบงานอย่างไร สถาพร เลี้ยงศิริกูล/MISCIBLE

Next
-

Axial Flow Impeller Analysis

EP-19 : Axial Flow Impeller Analysis "Effect of impeller diameter increase" เพื่อศึกษาการ Scale Up ของใบกวนที่มีการไหลแบบ Axial Flow Pattern ชนิดใบ Marine Propeller, สำหรับถังขนาด 20L / 100L / 500L / 1,000L / 2,000L โดยการคำนวณค่าต่างๆ เพื่อดูการเปลี่ยนแปลง, ทั้งนี้งานทั้งหมดที่ได้ทดลองคำนวณได้ผ่านการสร้างงานจริงมาแล้วทั้งหมด Products Properties Viscosity 1 mPa.sec / Density 1,000 kg/m^3 Tank with Baffle Plate 4EA (D/12) Degree of Mixing type : Medium Mixing สามารถดูกราฟและการคำนวณได้ที่ http://www.miscible.co.th/RD-1.html กราฟ-1 : บนซ้าย ทำการควบคุมให้ Tip Speed มีค่าคงที่เพื่อให้การ Scale Up มีความสอดคล้องในการเพิ่มของ Dimensional ตัวอื่นๆ และ ดูการเปลี่ยนแปลง, จะเห็นว่า NE มีค่าคงที่ เมื่อ RE มากกว่า 200,000 และ จะไม่มีการเปลี่ยนแปลงอีกเลย แต่ Power Absorb มีค่าเพิ่มขึ้นตามขนาดของเส้นผ่านศูนย์กลางที่เพิ่มขึ้น, สรุปได้ว่า Dimensionless Number 'NE' ไม่สามารถเอามาทำสมดุลการ Scale Up ของใบกวนแบบ Marine propeller ได้เมื่อความปั่นป่วนที่ได้เป็นลักษณะแบบ Turbulence ที่มีค่า RE สูงๆ กราฟ-2 : บนขวา การเพิ่มขึ้นของ เส้นผ่านศูนย์กลางใบกวน ภายใต้ Tip Speed ที่คงที่ทำให้ Maximum Shear Rate ลดลง, ในขณะที่ค่า RE ก็เพิ่มขึ้นตามสัดส่วนการ Scale Up นั่นหมายความว่า เมื่อปริมาตรของเหลวเพิ่มขึ้นแต่กระบวนการที่ต้องการค่า Maximum Shear Rate ที่เท่าเดิมโดยยึด Model ของถังขนาดเล็ก และ ผลการผสมของถังขนาดเล็กเป็นหลักนั้น เป็นไปไม่ได้ในทางปฏิบัติ, ส่งผลให้ Mixing Time ของระบบมากขึ้นตามลำดับ ทำให้เกิดความขัดแย้งของผลในห้องปฏิบัติการกับงานในกระบวนการจริงที่มีขนาดใหญ่ขึ้นมาก, สรุปได้ว่า หากเราใช้ Dimensionless Number 'RE' เป็นตัวควบคุม Scale Up ในกระบวนการที่ระบบต้องการ Maximum Shear Rate ไม่สามารถทำได้ กราฟ-3 : ล่างซ้าย การ Scale Up โดยใช้ความสัมพันธ์ เฉพาะ NE และ RE เป็นไปไม่ได้เลย กราฟ-4 : ล่างขวา การใช้ Dimensional Analysis ของการเพิ่มขนาดใบกวน ไม่เป็นไปตามสัดส่วนการเพิ่มของ Tank Geometry, สรุปได้ว่าการใช้ Dimensional Analysis ในการเพิ่มสัดส่วนของถังผสมก่อน แล้วมาหาการเพิ่มสัดส่วนของใบกวน ไม่สอดคล้องกัน, หากจะให้สอดคล้องด้านการคำนวณ ต้องใช้ใบกวนที่ใหญ่มากและไม่ส่งผลดีในด้านการผลิต, ที่สำคัญจะเป็นการเพิ่มพลังงานลงไปโดยไม่เกิดประโยชน์การการผสม ถาม-ตอบ ถาม-1 : ทำไมถึงควบคุม Tip Speed เท่ากัน ตอบ-1 : เพื่อดูการเปลี่ยนแปลงของ Dimensional อื่นๆที่เพิ่มขึ้น, รวมถึง ตามหลักพฤติกรรมของใบกวน (EP-2) ค่า Tip Speed ที่เหมาะสมของใบกวนแบบ Marine Propeller อยู่ระหว่าง 8-12 m/sec, หากเราไม่ควบคุม Tip Speed และ ปล่อยให้ Tip Speed เพิ่มขึ้นตามสัดส่วน Dimensional อื่นๆ จะทำให้ความเร็วไม่เหมาะสมกับพฤติกรรมของใบกวนนั้นๆ นั่นหมายถึงว่า ออกแบบ Agitator ไม่ถูกต้อง ถาม-2 : เหตุผลที่ NE คงที่แต่ RE เพิ่มขึ้น ตอบ-2 : ในความเป็นจริงแล้ว RE เพิ่มขึ้นเฉพาะการคำนวณเท่านั้น แต่ RE ของจริงไม่ได้เพิ่มขึ้นตาม, ความปั่นป่วนของของเหลวจะมีค่าเท่าเดิมไม่ว่าจะใส่พลังงานเข้าไปเท่าใดก็ตามจะไม่ส่งผลอะไรกับระบบเลย, ทั้งนี้เหตุผลนี้เองที่ NE จากกราฟที่ได้จากการทดลองจริง มีค่าคงที่เมื่อผ่าน RE ที่ค่า Maximum จุดหนึ่งๆแล้ว ถาม-3 : Shear Rate กับ Mixing Time ตอบ-3 : ค่า Maximum Shear Rate ลดลงเพราะ Output Impeller Speed ลดลงตามสัดส่วนของ Impeller Diameter ที่เพิ่มขึ้น, หากคิด Maximum Shear Rate ที่ระบบได้รับต่อ Volume ที่เพิ่มขึ้นแล้วย่อมส่งผลให้ Mixing Time ที่ได้ในแต่ละ Tank ไม่เท่ากันเป็นเรื่องปกติ ถาม-4 : ทำให้ Mixing Time เท่ากันได้หรือไม่ ตอบ-4 : ไม่ได้ สถาพร เลี้ยงศิริกูล/MISCIBLE

Next
-

'Scale Up' Rules

EP-18 : 'Scale Up' Rules [HEAT TRANSFER] It is normal practice only to check out the heat transfer coefficient of the agitator system under consideration at its full-scale dimensions., If the value of "film heat transfer coefficient" that is determined is insufficiently high, this can be improved by increasing the agitator power or by providing additional heat transfer surfaces. For duties that require the vessel contents to be cooled an optimization problem arises, since although increasing the power per unit volume increases the film coefficient "film heat transfer coefficient" , this also means that the increased energy input from the agitator requires additional heat to be removed. Values of "film heat transfer coefficient" can be calculated using the heat transfer characteristic as described in the “Heat transfer”. During scale-up it must be taken into account that the vessel volume increases proportionately to the cube of the scale-up factor while the vessel surface area available for heat transfer increases in proportion to its square. If the scale-up is performed with a criterion “less” than "film heat transfer coefficient" = const. due to process constraints (P/V "film heat transfer coefficient" ? <0.5), the heat transfer capability is diminished not only due to the higher heat flux per unit area but also by the lower values of "film heat transfer coefficient" [BLENDING] From the Penney diagram it can be seen that for blend time = const, it is necessary to increase th power in put per unit volume by u^2, The effective power input therefore for a scale up of 'u' =10 is icreased by factor of 10^5, Following this rule to the letter would result in agtator systems with astronomic prices and alarming operating cost. In practice, However, it is nearly always unnecessary to apply this criterion, if the considerably loger batch times on an industrial scale are compared with the blend time necessitated by the process itself. for Example : an increase in blend time on industrial scale by a factor 5 times that on a model scale can be tolerated, the required power input is only 1/125 of that witch would have been necessary had the 'Blend Time = Cost", Rule been rigorously applied. [SUSPENSION] With suspending duties the criteria for the scale up of operating data from the model scale to an industrial scale are strongly dependent on the product involved. If particles with a high hindered settling velocity (large particles at a low concentration by volume and with a much higher density than the liquid) must be held in suspension, a criterion close to P/V= const. must be selected. If, however, the hindered settling velocity is low (high concentration by volume, small particle diameter, differential density low), a criterion approximating to u = const. can be considered as reasonable. Depending on the duty concerned, therefore, a broad spectrum of criterion from u = const. to P/V = const. may be relevant. There are therefore large differences in the power inputs required on an industrial scale. To date there is no reliable knowledge of the relationship available on this subject, and therefore no “design equations” based on the operating data and physical properties. It is only the accurate knowledge of the efficacy of the various agitator systems and rheology of the individual media, based on results from model, pilot-scale and industrial-scale systems that makes it possible to select the optimum scale-up rules to be applied. If relevant operational experience is not available, an extensive series of tests in vessels of differing sizes must be carried out for the duty concerned. [DISPERSING] With this process the main objective is to produce the same interfacial areas per unit volume on both scales, in order to achieve the same mass transfer. The analysis based on turbulence theory has been confirmed by the knowledge gained in the form of the scale-up criterion P/V = const. This applies to dispersing processes in liquid/liquid and gas/liquid systems. Because of the numerous factors that influence the process (e.g. coalescence properties, physical properties of mixtures, anomalous flow characteristics, static pressure, etc.) substantial deviations from the theoretical results occur on scale-up! It is therefore extremely rare that a reliable prediction of the mass transfer coefficients achievable on an industrial scale can be made.

Next
-

Buckingham Pi

EP-17 : Buckingham Pi ก่อนที่เราจะมาดูวิธีการใช้ Buckingham Pi ซึ่งเป็นวิธียอดนิยมในการวิเคราะห์เชิงมิติ (Dimensional Analysis) ก็คงต้องมาทบทวนหลักการทั่วไปกันสักเล็กน้อยครับ ซึ่งผมคิดว่าหลายท่านคงทราบกันดีอยู่แล้ว, และจากนั้นเราจะมาดูการวิเคราะห์ที่เกี่ยวข้องกับงานด้าน Agitator กันครับ วิธี Buckingham Pi ในการวิเคราะห์ปัญหาขั้นแรกต้องกำหนดตัวแปรที่เกี่ยวข้อง (ทั้งหมดที่จะคิดออก)ให้เป็น จํานวน n และ กำหนดมีจํานวน m มิติ คือ M-L-T เพื่อหาความสัมพันธ์ของตัวแปรเหล่านั้นในรูปของ primary dimensions (1). แจกแจงตัวแปรทุกตัวที่เกี่ยวข?องกับสิ่งที่เรากําลังพิจารณา, พร้อมทั้งเขียนมิติของตัวแปรทุกตัว (X1, X2, X3,....Xn) ให้อยู่ในรูปของ primary dimensions (M-L-T) (2). เขียนความสัมพันธ?ของตัวแปรเหล่านั้นในรูปของฟังก์ชั่น F(X1, X2, X3,...,Xn) = 0 (3). กำหนดจํานวนสมการ Pi ที่พิจารณามีเท่ากับ n-m สมการ โดย n คือ จำนวนตัวแปร และ m คือ จำนวน Dimension (4). เลือกตัวแปรซ้ำ กำหนดให้ตัวแปรซ้ำมีจำนวนเท่ากับจำนวนของ primary dimensions (5). กำหนด Pi.1, Pi.2, Pi3,...,Pi.n-m เป็นเทอมไร้มิติที่เกิดจากการรวมกลุ่มของตัวแปรที่กำหนดไว้ และ เขียนความสัมพันธ์ในรูปของ f(Pi.1, Pi.2, Pi.3,...,Pi.n-m) = 0 (6). Pi เทอมแรกจะเท่ากับผลคูณของตัวแปรซ้ำกับตัวแปรใดๆอีกหนึ่งตัวที่เหลือที่ไม่ใช่ตัวแปรซ้ำ และ เทอมต่อไปก็เช่นกัน (7). Pi เทอมแรก มีดัชนีไม่ทราบค่าเป็น a1, a2, a3 (กรณีมีตัวแปรซ้ำ 3 ตัว) ส่วนอีกตัวแปรจะมีเลขดัชนีเท่ากับ 1, และ จะทำลักษณะเช่นนี้จนครบทุกเทอมของจำนวน Pi (8). แก้สมการหาค่าดัชนีไม่ทราบค่าทั้งหมด (9). จัดรูปของ Pi แต่ละเทอมให้อยู่ในรูปง่ายๆ และ อาจจะรวม Pi บางเทอมเข้าดด้วยกัน และ จากนั้นคำตอบที่ได้จะสามารถบอกได้ว่า.... สิ่งที่เราต้องการวิเคราะห์นั้นเป็นฟังก์ชั่นของตัวแปรใดบ้างอย่างไร เรามาดูตัวอย่างกันครับ เราจะใช้การวิเคราะห์เชิงมิติ โดยวิธี Buckingham Pi หาความสัมพันธ์ว่าอะไรเป็นฟังก์ชั่นของอะไรบ้างอย่างไร, โดยการมองรูปแบบของอัตราการไหลผ่านใบกวน แบบชั้นเดียว ใบกวนประเภท 6-Blades Trubine Impeller จากสิ่งที่ต้องการวิเคราะห์เราจะได้ว่า อัตราการไหลผ่านใบกวนในถังขึ้นอยู่กับ, เส้นผ่านศูนย์กลางใบกวน(D), ค่าความหนืด(v), ความสูงของระดับของเหลวในถัง(L), และ การสูญเสียความดัน Delta.P (ลองเอามาพิจารณาดูก็ดีครับ) (1). Q = L^3L^-1 , D = L , v = ML^-1T^-1 , L = L , Delta.P = ML^-1T^-2 (2). F(Q,D,v,L,Delta.P) = 0 (3). กำหนดจำนวนสมการ Pi ได้ 2 สมการ จาก ตัวแปร 5 ตัว และ มิติ 3 ตัว (4). เลือก Q, D, และ v เป็นตัวแปรซ้ำ (เท่ากับจำนวนมิติ) (5).(6).(7). ได้เป็น Pi.1 = Q.^a1 x D.^a2 x v.^a3 x Delta.P (8). เขียนในรูปของ primary dimensions ได้เป็น (MLT)^0 = (L^3L^-1)^a1 x (L)^a2 x (ML^-1T^-1)^a3 x (ML^-1T^-2) ได้ค่า a1=-1, a2=3, a3=-1 ได้ Pi.1 = (D^3 x Delta.P) / (Qxv) ทำต่อด้วยวิธีเดียวกันจะได้ Pi.2 = DL (9). จะได้ความสัมพันธ์ Q = ((D^3xDelta.P)/v) x f1(DL) อย่างที่เคยกล่าวไปแล้วครับว่า เราจะใช้ Dimensional Analysis ในการดูทิศทางลมเพื่อหาความสัมพันธ์ในการวิเคราะห์ ถ้าอย่างนั้น ถ้าอย่างนี้ ตัวนี้เพิ่ม ตัวนี้ลด ตัวไหนส่งผลกับตัวไหน แค่นั้นพอ, จากที่กล่าวมาข้างต้น เป็นการวิเคราะห์ อัตราการไหลผ่านใบกวน 6-Blades Turbine จะเห็นว่าตัวที่ส่งผลต่ออัตราการไหล (Flow Rate)มากที่สุดคือ D คือ Diameter of Impeller รองลงมา คือ Viscosity ซึ่งเปรียบเสมือนแรงเสียดทานการไหลอยู่แล้ว, สิ่งสำคัญที่ผมจะชี้ให้เห็นก็คือว่า หากเราตัด Viscosity ออกละได้มั้ย คำตอบคือได้ครับ เพราะ Viscosity มีค่าคงที่ (เหมือนที่เราชอบตัด Density ออกในการวิเคราะห์ปัญหาโดยใช้ CFD ไงละครับ เพื่อความง่ายของการวิเคราะห์ และ เพื่อการหาคำตอบที่ได้ผลชัดเจนไม่ซับซ้อน) จำนวนใบครีบกวน, ขนาดหน้าตัด และ ชนิดของใบกวน ล้วนแล้วแต่มีผลต่อ Flow Rate ในทางปฏิษัติทั้งสิ้น และ มีผลมากๆด้วยซ้ำ เราต้องระวังครับ ไม่ใช่วิเคราะห์เส้นผ่านศูนย์กลางแล้วจบ ยังมี Dimension อื่นที่มีผลอีก อย่างน้อยก็ 3 ตัวที่บอกไป, การทำงาน Agitator จริงๆ ถึงต้องใช้ทั้งการวิเคราะห์ที่เป็นระบบตามหลักการวิชาการ และ ประสบการณ์ ควบคู่กันไงละครับ ทิ้งท้ายด้วยคำพูดที่ว่า...การเก่งวิชาการมีจุดสิ้นสุดครับ หากรู้หมดคือหมด..แต่ประสบการณ์ไม่มีวันหมดครับ ยิ่งรู้เยอะ ผ่านมาเยอะยิ่งเข้าใจอะไรได้เยอะกว่าเป็นธรรมดา...อย่าหลงไหลกับวิชาการ จนลืมหาประสบการณ์เข้าตัวนะครับ สำคัญที่สุดแล้ว

Next
-

'NE' and 'RE' Relationship

EP-16 : 'NE' and 'RE' Relationship Reynolds และ Newton คือ Dimensionless Number ที่สำคัญมากที่สุดในงาน Agitator แล้วครับ, โดยสัมพันธ์ในงาน Agitator ในส่วนของ Flow Regime และ Agitator Power ตามลำดับ, ก่อนจะมาดูกันว่า NE และ RE เกี่ยวข้องกันอย่างไร, มาทบทวนที่มาที่ไปของ Dimensionless Number สองตัวนี้กันก่อน ตามลิงค์ ข้างล่างนี้เลยครับ Reynold Number : https://www.facebook.com/mixing.technology/posts/2218905238337281?__tn__=K-R Power Number : https://www.facebook.com/mixing.technology/posts/1929142473980227:0?__tn__=K-R 'NE' and 'RE' Relationship กราฟนี้ใช้หา Power ครับ คือ หลังจากออกแบบ / เลือกใบกวน / กำหนด Tip Speed ที่เรา "คิดว่า" ถูกต้องแล้วก็เอาค่า RE จากการคำนวณไปหา NE เพื่อคำนวณ Power ต่อไป, แต่ความท้าทายมันอยู่ตรงที่ว่างานจริงมันจะมีอะไรให้เรา งง อยู่ตลอดครับ ความผิดพลาดจากงานจริง ตอนร้อนวิชา เพิ่งเริ่มเปิดบริษัทฯ ใหม่ๆ คิดว่าทฤษฏีแน่นมาก และ วิศวกรรมต้องอยู่ภายใต้ทฤษฏีทุกอย่าง ปรากฏว่าเละมาประมาณนึงถึงจับจุดได้ว่า อ๋อ มันแบบนี้ อ๋อ มันแบบนั้น, เลยเอาวิชาการมาใช้ในทางที่ถูกต้องมากขึ้น จะเล่าดังนี้ครับ ที่ Viscosity 8,000 mPa.sec / SG. 1.26 Mixing Tank 100L ออกแบบตามสัดส่วนนี้เลย งานออกมาดีมากครับ ขอบถังไม่มี Dead Zone of Mixing ไม่มีของเหลวติดขอบถังเลย, ทีนี้เราก็ดีใจครับ ทำ Similarity เลย แล้วใช้ Dimensional Analysis ทำ Scale Up-Agitator ปรากฏว่า ขอบถังติดหนึบเลยครับ ไม่ขยับทำให้เกิด Dead Zone of Mixing, โปรดักส์เสียทั้งถังเลยครับ, ที่เล่ามาเนี่ยคือ ผมเคยทำมาแล้วครับ จากกราฟการทดลอง ความสัมพันธ์ RE/NE ตามรูปที่แนบมา (กราฟนี้ดีมาก) จะเห็นว่ากราฟไม่ได้เป็นเชิงเส้นนะครับ, ภายใต้ Impeller Diameter เท่ากันแต่ BW ไม่เท่ากัน NE ก็ต่างกันแล้ว แต่ RE เท่ากันเพราะคำนวณภายใต้ D ที่เท่าเดิม, หรือ มองแค่สนุกๆว่า Curve-1 และ Curve-2 ใบกวนต่างกันที่จานกลมๆแทรกอยู่ที่ใบกวน ยังทำให้ NE ที่ได้ต่างกันเลย นั่นคือ Power Absorb ก็ต้องย่อมต่างกัน แต่ก็เหมือนเดิม RE ที่เท่ากัน, เห็นแบบนี้แล้วผมยังอดสงสัยไม่ได้เลยว่า ที่ "กูรู" บางท่านบอกว่าแค่ทำให้ Geometic Similarity' , 'Kinematics Similarity' และ 'Dynamic Similarity ทั้งสามเหมือนกัน ท่านจะทำยังไง เอาเป็นไม่ต้อง 100% ก็ได้ ผมบอกเลยแค่ 80% ก็ไม่ได้ เนื่องจาก NE ที่ต่างกันแล้ว ส่งผลให้ Fluid Shear Rate ของจริง (ไม่ใช่คำนวณนะครับ) นั่นคือ ทั้ง Maximum Shear Rate และ Average Shear Rate ยังต่างกันมากอีกด้วยเช่นกัน, จากกราฟอีกเหมือนเดิม แค่ มุมบิดใบกวนที่ต่างกัน Curve-2 และ Curve-6 ยังให้ Power ต่างกันมหาศาลเลยทีเดียว แต่ RE ภาคคำนวณยังเท่าเดิม แต่ของจริงนี่คนละเรื่องนะครับ ..... เห็นแบบนี้แล้วผมบอกจริงๆว่า เลิกบ้ากับ Dimensional Analysis for Scale Up-Agitator เถอะครับ, หากใครยังคิดว่าวิธีนี้ใช้ได้กับการ Scale Up-Agitator อยู่อีก ผมคงต้องบอกว่า คุณไม่มีประสบการณ์กับงานจริงๆเลยด้วยซ้ำ หรือ ไม่คุณก็บ้าทฤษฏีเกินไป, ที่ว่าผ่านงานจริง หรือ ใช้ทำงาน Scale Up จริงมาแล้วนี่คือ แค่ไปพูดๆๆๆๆ แล้วให้คนอื่นทำใช่มั้ยครับ คงไม่ได้ผลิต Agitator ขายเองหรอกผมรับรอง....นาฬกาที่ตายแล้ว ยังบอกเวลาได้ถูกต้องวันละ 2 รอบ ครับ, หากทำได้นั่นคือ คุณฟลุ๊กครับ เชื่อสิ, ผมคุยกับผู้ที่ทำงาน Agitator จริงๆมาเยอะมากนะครับ ไม่เคยมีท่านไหนบอกเลยว่า Dimensional Analysis ใช้กับงาน Agitator ได้, มีแต่ยิ้มๆแล้วบอกว่าลืมมันไปเถอะ ไม่มีอะไรง่ายหรอกครับ, หากมันง่ายจริง "กูรู" คงเปิดบริษัทฯ และ ผลิต Agitator ขายไม่ดีกว่าหรอครับ อย่าให้ใครมาหลอกขายงานท่านด้วยอะไรที่ผิดๆครับ (ประสบการณ์สำคัญมาก)

Next
-

Dimensionless Numbers

EP-15 : Dimensionless Numbers (Dimensional Analysis for Scale Up-Agitator) ก่อนที่เราจะทราบว่า Dimensional Analysis สำหรับงาน Scale Up-Agitator จะเป็นดั่ง 'แสงสว่างจากดวงอาทิตย์' หรือ จะเป็นเพียง 'แสงเล็กๆจากไม้ขีดไฟ' นั้น...เรามาทบทวนกันเล็กๆน้อยๆ เพื่อท้าวความ Dimensions และ Dimensionless กันก่อน..แต่ไม่ต้องห่วง และ ไม่ต้องเบื่อครับ ผมไม่ท้าวความเยอะ เพราะผมทราบว่าทุกท่านทราบเรื่องนี้ดีกันอยู่แล้ว และ จะขอแสดงทัศนะในเรื่องที่เกี่ยวข้องกับ Agitator เท่านั้นครับ Primary Dimensions ของ Fluid Mechanic ที่เราใช้ในการวิเคราะห์กันอยู่ มี 3 ตัว คือ M, L, T เขียนใหม่ว่า M-L-T (มีแนบตารางในรูปหัวข้อ ให้สำหรับบาง Dimensions), ส่วน Secondary Dimensions ก็เกิดจากการกำหนดนิยาม นั่นๆ เช่น Volume = LLL (L^3), Viscosity = M^1L^-1T^-1, Power = M^1L^2T^-3 เหล่านี้เป็นต้น ซึ่งเป็นเรื่องพื้นฐานด้าน Fluid Mechanic ที่ ทราบกันดี ต่อนะครับ, การวิเคราะห์ปัญหา โดยใช้ Dimensional เราต้องหาตัวแปรที่เกี่ยวข้องทั้งหมด (หรือ เกือบทั้งหมด เพราะเผื่อนึกไม่ออก) แล้วมาดูว่าตัวแปรนั้น อยู่ใน Primary Dimensions รูปแบบใด เช่น พิจารณาการไหลผ่านท่อ, Q = L^3T^-1, L = L, Viscosity = M^1L^-1T^-1, D = L แล้วหาสมการทั่วไปออกมา ซึ่งเดี๋ยวเราจะมาดูต่อเรื่องนี้กันใน EP-17 : Buckingham Pi, แต่จากที่ว่ามาข้างต้น, เริ่มสักเกตเห็นอะไรมั้ยครับ...ที่ท้าวความกันมาเนี่ยนะครับ เป็นนิยามของ Fluid Mechanic โดยมากจะใช้นิยามจากการไหลผ่านท่อ ซึ่งผมเคยกล่าวไปหลายรอบมากเรื่องที่มาของ Reynolds Number ในงาน Agitator ก็มาจาก Bernoulli Equation ที่ใช้หลักการพื้นฐานของ Conservation of Energy แต่เป็นการมองผ่านท่อนั่นเอง, ซึ่งต้องทำใจครับว่า Reynolds Number ของ Agitator ก็ใช้สูตรนี้เช่นกัน ผมเคยบอกไปแล้วว่ามันไม่ได้ (คือ มันมีประโยชน์นะ แต่ต้องเอามาใช้ให้เป็น) ถึงขนาดเคยลงคลิปเปรียบเทียบ Reynolds Number ของจริงที่ต่างกัน ภายใต้ Reynolds Number คำนวณที่เท่ากัน, พอท่านใช้ มิติ D = L แต่ D ในงาน Agitator คือ Diameter of Impeller นะครับ ซึ่งมี Dimensional อื่นอีก เช่น BW of Impeller, Thickness, มุมบิดใบ, แล้วถ้าเป็น Special Impeller ที่มี Blades โค้งๆละ, แล้วถ้าเป็น Special Impeller ที่ใบเป็น Const Pitch ละ, แล้วถ้าจำนวน Blades ไม่เท่ากันแต่ Diameter เท่ากันละ, แล้วถ้า Diameter เท่ากัน แต่ BW ไม่เท่ากันละ.....ท่านจะใช้ D ในมิติของอะไร และในเมื่อสุดท้ายเราเอามิติมาทำให้เกิดตัวเลขไร้มิติ เช่น Reynolds Number ที่สูตรมันมี D ตัวเดียวนะ อย่างอื่นไม่เกี่ยว มันจะคำนวณ Reynolds Number ออกมาได้เท่ากันเสมอ (แต่งานจริงคนละเรื่อง)....เห็นมั้ยครับว่าท่านต้องระวังนะครับ และ หากท่านผ่านงาน Agitator มาเยอะ เห็นมาเยอะ หรือ ถ้าจะให้สุดยอดกว่านั้น ท่านเป็นผู้ผลิต Agitator ขายเองเนี่ย ท่านจะพบว่า Dimensional Analysis ในงาน Agitator อันตรายมากครับ, นี่ยังไม่รวมถึงการพิจารณาใบกวนแปลกๆ แต่ใช้กันแพร่หลายนะครับ เช่น ใบกวนแบบ Saw Disc Impeller มีฟันขึ้นลงเยอะเยะเลย, มีมุมเอียงด้วย, มีซี่ฟันไม่เท่ากันด้วย, แต่ท่านใช้ Primary Dimensions ของ D = L แล้วท่านจะเอา Dimensional Ananlysis มาใช้ในการ Scale Up-Agitator ได้อย่างแม่ยำได้อย่างไรครับ, (เราจะมาคุยเรื่อง Saw Disc Impeller กันใน EP-20 : Radial Flow Impeller Analysis), ถึงแม้ว่าท่านจะมองเรื่อง Heat Transfer, ถึงแม้ว่าท่านจะมองเรื่อง Reaction ได้ถูกเฟส อะไรก็ตาม ท่านก็ต้องสร้าง Agitator เพื่อใส่ลงไปในถัง, ท่านทำไม่ได้เพียงแค่ใช้ Dimensional Ananlysis หรอกครับ, และหากมีใครบอกว่า Dimensional Ananlysis ใช้ในการ Scale Up-Agitator ได้แม่นยำและใช้แก้ปัญหาได้ผลดีเยี่ยม (มีนะผมเห็นพูดกันเป็นจริงเป็นจังมาก) ผมแนะนำให้ถามหา Job Reference ครับ (ขอดูเค้าสัก 10 ผลงาน, ซึ่งน้อยมากๆนะครับ) ผมรับรองได้ว่าเค้ากลับบ้านไม่ถูกแน่,................... ที่กล่าวมาทั้งหมดไม่ใช่บอกว่า Dimensional Ananlysis มันห่วยนะครับ มันใช้ได้ และ ใช้ได้ดีมากในการไหลผ่านท่อ แต่มันใช้ฟันธงในงาน Agitator ไม่ได้ .... ผมยืนยันเลย, ผมสร้าง Agitator ขายมา 15 ปีนะครับ คิดว่ามีความรู้พอที่จะคุยเรื่องพวกนี้ได้กับทุกคนที่มีความรู้ด้าน Agitator ต่อไปเรามาทดลอง Scale Up-Agitator เชิงความคิดกัน, เอาเชิงความคิดก่อนก็ได้ครับ รับรองเห็นภาพ, ส่วนงานจริงๆ มีแน่ครับ เด่วเรามาดูกัน ใน EP.21-23, ความเห็นส่วนตัวผมนะ คิดว่า Dimensionless Number ที่สำคัญจริงๆ ในงาน Agitator มีแค่สองตัวนะ คือ Reynolds และ Newton, ซึ่งสัมพันธ์ในงาน Agitator ในส่วนของ Flow Regime และ Agitator Power ตามลำดับ, ส่วนตัวอื่นๆ ก็มีเอามาคิดบ้าง เช่น Nusselt ใช้ในเรื่อง Heat Transfer, Weber ใช้ในเรื่อง Dispersion, Blending ใช้ในส่วนของ Blend Time เป็นต้นครับ เอาแค่สองตัวนี่แหละ RE, NE ก็เก่งแล้ว ไม่ต้องเยอะกว่านี้ครับ ตัวอย่างการทดลองเชิงความคิด Model Test ขนาด 10 ลิตร ใช้ใบกวน Saw Disc Impeller ขนาด 80 mm ที่ Viscosity 8,000 mPa.s / SG.1.2 และ ถังมี D/T = 0.8 ซึ่งใช้งานได้ดีมากในแล๊ป, ต้องการ Scale Up มาเป็นขนาด 5,000 ลิตร และ ต้องการให้ผลการกวนออกมาให้ได้ใกล้เคียงมากที่สุด, ซึ่งหาตัวแปรที่เกี่ยวข้องที่สำคัญๆ ได้คือ D, Volume, Velocity, Density, Viscosity และ Power จากนั้นก็เขียนให้อยู่ในรูปแบบของ Primary Dimensions แล้วใช้ Buckingham Pi หาสมการความสัมพันธ์, ปรากฏว่า ได้ D = 400 mm (ต้องบอกก่อนว่า Saw Disc Impeller 400 mm นี่ถือว่าใหญ่มากนะครับ หากจะใช้ที่ Viscosity เท่าที่กล่าวมานี่ ต้องใช้ Absorb Power ถึง 150 Hp เลยนะครับ และ ผมไม่ได้มั่วนะ ทำมาแล้วใช้งานจริงแล้วด้วย Saw Disc 400mm @150Hp) เอาเป็นว่าเราข้ามตรงนี้ไปครับ ที่ผมต้องการสื่อสารคือ สมมติ หากมี "กูรู" ที่มาเป็น Consult ให้ท่าน หรือ มาขายงานท่าน แล้วบอกว่า เนี่ยใช้วิธีสากลนะ ใช้ Dimensional Analysis ในการ Scale Up-Agitator คำนวณออกมาได้ D = 400 mm ของ ถังขนาด 5,000 ลิตร,....ให้ท่านถามกลับไปกว่า แล้วจำนวนซี่ฟัน ขึ้นเท่าไหร่ ลงเท่าไหร่, มุมเอียงใบบิดกี่องศา, มุมเอียงใบขึ้นลงกี่องศา ถามแค่นี้แหละครับ ผมรับรองว่าเค้าไม่ตอบ, เรื่องนี้ซีเรียสนะครับ ไม่ได้จะกวนประสาทกัน คนที่เคยใช้ Saw Disc Impeller ทราบดีว่า แค่ จำนวนฟันไม่เท่ากัน ในขณะที่ใบมีขนาดเท่ากัน ก็ทำให้ Power ต่างกันมาก, งานที่ได้ออกมาก็ต่างกันมากครับ, สรุปจากตัวอย่างนี้คือ ใช้มิติ วิเคราะห์ไม่ได้ครับ (ถ้าท่านคือ ผู้ที่ต้องซื้อ Agitator ไปใช้งาน ท่านเอาคำพูดพวกนี้ถาม คนออกแบบ ถาม Consult ได้เลยครับ) ส่วนเรื่องการทำ Geometic Similarity' , 'Kinematics Similarity' และ 'Dynamic Similarity' ให้เหมือนกับ Model 100%นั้น, ผมพูดตรงๆเลยว่า คนที่จะทำได้ต้องทำบนกระดาน หรือ กระดาษ เท่านั้นครับ, หากมองในมุม คนที่ผลิตถังขาย (ซึ่งผมเองก็ผลิต) มองเรื่องนี้แล้วคงยิ้มๆละครับ ไม่มีใครทำหรอก แค่คุณออก Cutting เพื่อซื้อแผ่นมาม้วนมาขึ้นรูป Cost คุณก็บานเบอะแล้ว, ไม่มีใครเสี่ยงกับคุณหรอก เรื่อง Similarity ... คุณต้องยอมรับก่อนว่ามันเป็นไปไม่ได้ในทางปฏิบัติ ดังนั้นหากคุณจะมีทฤษฏีที่ดีเพียงใดแต่ คุณทำมันขึ้นมาไม่ได้ นั่นคือ ไม่มีประโยชน์ครับ, ใช้เรื่องการ Similarity ในการดูแนวโน้มความน่าจะเป็น ดีที่สุด ส่งท้าย : ผมใช้ Dimensional Analysis ในการ Scale Up-Agitator เพียงแค่ดูทิศทางลมเท่านั้น, ดูแค่ว่าถ้าอย่างนั้น อย่างนี้ ตัวนี้เพิ่ม ตัวนี้ลด ตัวนั้นเกี่ยวกับตัวนี้ยังไง มันได้แค่นั้นแหละครับไม่มากไปกว่านั้น แต่ใช้ได้นะ มันช่วยในการวิเคราะห์อย่างเป็นระบบได้ เพราะ Dimensional Analysis เป็นวิธีที่ถูกต้องตามทฤษฏี เพียงแต่ไม่เหมาะกับงาน Scale Up-Agitator มากเท่าไหร่นักเท่านั้นเอง...รู้ไว้ใช่ว่าครับ รู้ไว้ดีกว่าไม่รู้ มันจะทำให้เรามีวิธีคิดแบบวิศวกร ....สรุปสุดท้ายจริงๆ สำหรับผม Dimensional Analysis เป็น 'แสงเล็กๆจากไม้ขีดไฟ' มีไว้ดีกว่าไม่มีครับ ใช้ประโยชน์ได้ในยามที่สมองเรามืดมน

Next