Effect of Impeller Location

504 views

31/03/2021 13:13

EP-4 : Effect of Impeller Location

Impeller Location จะเป็นเรื่องไร้สาระ หรือ เป็นเรื่องซีเรียส นั่น...ขึ้นอยู่กับว่าท่านกำลังออกแบบ Agitator สำหรับถังขนาด 1,000 ลิตร หรือ 100,000 ลิตร..มาแชร์ประสบการณ์กันเลยครับ

ตามทฤษฏี คือ ค่า Proximity Factor : “PROX"

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), ส่วนตัวผมเอาความสัมพันธ์นี้ไปใช้บ่อยครับ สำหรับงานประเภท Newtonian ที่ Maximum Viscosity น้อยกว่า 1,000 mPa.sec ภายใต้เงื่อนไขใบกวน 1 Stage และ เป็นใบกวนแบบ Axial Flow Pattern ซึ่งใช้งานได้ดีเลยทีเดียวครับ, ส่วนถ้า Viscosity มากกว่านี้ก็ไปเปิดกราฟเทียบความสัมพันธ์ระหว่าง "Distance off Bottom" VS "Proximity Factor" เอาครับ ก็พอใช้ออกแบบได้อยู่นะครับ แต่ข้อจำกัดเยอะไปหน่อยเท่านั้นเอง

มาว่ากันตามทัศนะของ "MISCIBLE" บ้างครับ

การดูว่าระยะตำแหน่งใบที่เหมาะสมนั้นต้องห่างจากจุดต่ำสุดก้นถังเท่าไหร่ โดยปกติต้องย้อนกลับไปหา Rheology ของของเหลวอีกนั่นแหละครับ และ ต้องใช้ประสบการณ์จากงานจริงเข้ามาช่วยด้วย คือ ถ้าผ่านงานจริงมาเยอะๆ จะสามารถออกแบบ Impeller Location ได้ดียิ่งขึ้น, ที่บอกไปบางทีอาจจะไม่เห็นภาพนะครับว่ามันสำคัญยังไง เพราะหากท่านนึก/คิดถึง ถังขนาดเล็กๆ ไม่เกิน 2,000 ลิตร แล้วนั้น Impeller Location อาจจะเป็นเรื่องไร้สาระก็ได้ แต่หากท่านนึกถึงถังที่ใส่ของเหลวที่เส้นผ่านศูนย์กลางสักก 4 เมตร สูงสัก 9 เมตร, ท่านจะต้องใจสั่นหวั่นไหวแน่นอนว่า ต้องวางตำแหน่งใบยังไงให้กวนของเหลวในถังขนาดนี้ได้, ท่านจะยิ่งใจสั่นเข้าไปอีกหากท่านต้องออกแบบหรือขาย Agitator สำหรับถังขนาดดังกล่าวในราคาล้านกว่าบาทต่อตัว สิ่งที่อยู่ในสมองคือ ถ้ามันกวนไม่เข้ากันตามเวลาที่กำหนดละ ท่านจะทำไง ท่านจะได้เงินมั้ย ประมาณนั้นแหละครับ ที่บอกอยากให้เห็นภาพจริงนะครับ ไม่ใช่สนุกกันแค่ในกระดาษ....มาต่อด้วยงานจริงกันหน่อยครับ

Storage Tank 120,000 Liters
ถังเส้นผ่านศูนย์กลาง 4 เมตร, สูง 7.65 เมตร, ใช้เก็บ Latex ที่มาจาก Reactor Tank , จริงๆก็ไม่ใช่เก็บธรรมดาหรอกครับ เนื่องจากว่า Latex ที่มาจาก Reactor Tank แต่ละ Batch นั่นมี Viscosity ไม่เท่ากันโดยจะอยู่ในช่วง 2,000-8,000 mPa.sec หน้าที่ของ Agitator คือ ต้องกวนให้แต่ละ Batch ผสมกันและมี Viscosity โดยประมาณในช่วง 4,000-5,000 mPa.sec ยากมั้ยครับ ยากมากนะครับผมบอกเลย เนื่องจากว่ากันที่ Mixing Time 2 ชั่วโมงเท่านั้นเอง, ผมเลือกใช้ใบแบบ 3 Blades High Efficiency ที่ Constant Pitch เส้นผ่านศูนย์กลาง 2.8 เมตร จำนวน 3 Stages ใบต่ำสุดอยู่สูงจากพื้น 1/3D ด้วยเหตุผลที่ว่าของเหลวเป็น Newtonian & Medium Viscosity ครับ, จากนั้น Stages อื่นๆถัดไปจะอยู่ห่างกันเท่าไหร่ก็ต้องคำนวณค่า Pumping capacity ก่อนแล้วถึงจะกำหนดความสูงของชั้นไปต่อไปได้

Water Base Paint 15,000 Liters
ในงาน Letdown Water Base Paint ขนาด 15,000 ลิตร, ถังเป็นถังทรงสูงเพราะถูกกำหนดด้วยพื้นที่ติดตั้ง และ มีข้อจำกัดว่า Minimum Working Volume 5,000L ด้วย บวกด้วยต้องใช้ใบกวนแค่ 1 ชั้นใบเท่านั้นเพื่อป้องกันใบใน Satges ถัดไปตีหน้าสีจำทให้เกิดฟองปริมาณมาก, ดังนั้น Impeller Location ของงานนี้ คือ ใบต้องอยู่ต่ำที่สุดที่จะทำได้ เพราะต้องทำงานได้ที่ Minimum and Maximum Working Volume, เห็นมั้ยครับว่า Impeller Location ของจริง บางกรณีต้องลืม ทฤษฏีไปก่อนเลยนะครับ ต้องว่าตามลูกค้าก่อนครับ, จากนั้นก็ไปออกแบบตรงส่วนของ Tip Speed มาทดแทนเพื่อให้ Agitator ชุดนี้ทำงานได้.....หมายเหตุ : แนบคลิปใบกวนตีหน้าของเหลวมาให้ดูด้วยครับ

ถังผสมน้ำกับเกลือขนาด 1,000 ลิตร
เอางานง่ายๆให้เห็นภาพบ้างครับ, งานนี้ Newtonian, Solid-Liquid Mixng, Low Viscosity ผมใช้ใบกวนเพื่อการประหยัดพลังงาน ใบแบบ Marine Propeller เส้นผ่านศูนย์กลาง 150 มม, Tip Speed 12 m/sec, และ ความพิเศษของใบกวน Marine Propeller คือ Diameter = Pitch Impeller มี Flow Pattern แบบ Axial Flow 100%, ด้วยใบที่มี Diameter = Pitch Impeller ผมเลยกำหนดให้ Impeller Location ห่างจากจุดต่ำสุดก้นถัง เท่ากับ ขนาดของเส้นผ่านศูนย์กลางใบเลยครับ คือ 150 มม. เท่านี้เอง

Cr. สถาพร เลี้ยงศิริกูล
Tel : 091.7400.555
Line : sataporn.miscible
Miscible Technology Co.,Ltd.

Blogs

Solid-Liquid Suspension#2

Zwietering Criteria

Solid-Liquid Suspension#1

Degrees of suspension / ระดับของการกระจายตัว

High Shear Mixer_Ep.4

อ้างอิงจาก The Effect of Stator Geometry on the Flow Pattern and Energy Dissipation Rate in a Rotor-Stator Mixer / A.Utomo, M.Baker, A.W.Pacek / 2009, ขอแสดงทัศนะให้สอดคล้องจาก Ep ที่ผ่านมาที่ว่าด้วย du/dr ครับ อ้างอิงจากผู้วิจัย ได้ทำการใช้ CFD ในเพื่อศึกษา Vector ของความเร็ว ซึ่งจากรูปจะเห็นได้ว่าการเปลี่ยนแปลงของภาวะของระบบ (ความเร็ว) นั้นบ่งบอกถึงทิศทางและขนาดของภาวะ โดยมี Max.Velocity 6m/sec (จริงๆน้อยนะครับ) แต่ใช้ค่า Max-Min ศึกษาได้, กล่าวคือ Head ของ Stator ที่เป็นรูใหญ่จะสร้าง Velocity Drop น้อย และ รูแบบ Slot, รูแบบเล็ก ตามลำดับ นั่นแสดงว่า Shear Rate ของ Head ที่มีรูขนาดเล็กให้ du ที่มีค่ามากที่สุด (ตัด dr ออกเนื่องด้วย Gab ของ Rotor-Stator จาก CFD มีค่าเท่ากัน) นั่นคือ รูขนาดเล็กสามารถทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของระบบในลักษณะ Emulsion ได้ดีที่สุด สอดคล้องกับสมการที่เคยกล่าวมา แต่....จาก Vector ของความเร็วจะเห็นได้ว่า Stator Head ของรูขนาดเล็กก็ทำให้เกิด Dead Zone of Mixing ได้ง่ายเช่นกัน ตรงนี้บ่งบอกอะไร บ่งบอกว่าการเลือกใช้งานสัดส่วน d/D ของ Rotor-Stator นั่นไม่เหมาะกับถังขนาดใหญ่ หรือ หากต้องการใช้ก็จำเป็นต้องมีเครื่องกวนอีกประเภทที่สามารถขจัด Dead Zone of Mixing ได้ ในลักษณะของ Scraper นั่นเองครับ การทำ CFD มีวัตถุประสงค์และประโยชน์ประมาณนี้เลยครับ แต่มักจะเข้าใจผิดกันว่า CFD คือ สิ่งที่สามารถบอก Mixing Time ได้, บอกกำลังของต้นกำลังได้ ไม่ใช่แบบนั้นครับ ปริมาณในเชิง Scalar ต้องคำนวณครับ, ส่วนปริมาณเชิง Vactor ก็เหมาะกับการทำ Simulation และ ในงานของ Fluid Mixing เราจะใช้ CFD ในการดูแนวโน้มของ Flow Pattern ของใบกวนมากที่สุด (เน้นบริเวณใกล้ๆใบกวนด้วยครับ)