Fluid Shear Rate

EP-6 : Fluid Shear Rate

Shear Rate หรือเรียกอีกอย่างว่า Velocity Gradient, มีประโยชน์อะไรในงาน AGITATOR , Averate Shear Rates กับ Maximum Shear Rates ต่างกันอย่างไร และ นำไปออกแบบ AGITATOR ได้อย่างไร, มาแสดงทัศนะกันครับ

ว่ากันตาม "ทฤษฏี" กันก่อนเหมือนเดิมครับ..,

เอาเฉพาะที่เกี่ยวข้องกับ AGITATOR ก็แล้วกันนะครับ เนื่องจาก เรื่อง Shear Rate มีข้อมูลให้อ่านให้ศึกษากันเพียบเลย, Shear Rates คือ การเปลี่ยนแปลงความเร็วของชั้นของไหลที่เกิดจากแรงเฉือนต่อระยะห่างระหว่างชั้นของไหลนั้น ที่ต้องให้นิยามกันแบบนี้เพราะเราใช้วิธีคิดให้ของเหลวเป็นแผ่นบางสองชั้น จึงได้นิยามนี้ครับ, ในด้านการออกแบบ AGITATOR เราสามารถวัด Maximum Shear Rates ได้จาก Model ของ Flat Blades Turbine Impeller (ชนิด 6 Blades) ซึ่งใบกวนชนิดนี้ให้ Flow แบบ 100% Radial เลยใช้เครื่องมือวัดเข้าไปวัดได้, โดยจุดวัด ของ Velocity Probe ที่เหมาะสม คือ ทำมุมกับใบประมาณ 30 องศา และ ระยะห่างวัดจาก Tip of Impeller อยู่ที่ 20 มม. โดยประมาณครับ และ เหมือนเดิมจากที่เคยกล่าวไว้ใน EP-4 ครับ คือ "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) นี่คือ การอ้างอิง

Averate Shear Rates = f(Impeller Diameter)
Maximum Shear Rate = f(Speed)

ตัวอย่างการคำนวณ Averate Shear Rates และ Maximum Shear Rate หลังจากใช้ Velocity Probe วัดค่าแล้ว ทำให้เห็นภาพโดย ใช้เส้นของ Vector แทนแล้วกันครับ เพราะมันมีทั้งขนาดและทิศทาง, เส้นตรงกลางใบ(มากที่สุด) V=20 ถัดไป V=8 และ ขอบใบกวน V=4 โดยระยะห่างแนวตั้งระหว่าง Vector คือ 0.1 และ 0.00625 ตามลำดับ และ คำนวณได้ดังนี้

Averate Shear Rates = (20-4)/0.1 = 160 sec-1
Maximum Shear Rate = (8-4)/0.00625 = 640 sec-1

ว่ากันตาม "ทัศนะของ MISCIBLE" ..,

ถามว่าค่าคำนวณนี้เอาไปใช้ในงาน Agitator ได้อย่างไร, เรานำค่าเหล่านี้ไปเพื่อเปรียบเทียบว่า Impeller แบบไหนให้ Averate Shear Rates, Maximum Shear Rate มากน้อยเท่าไหร่แล้วนำไปประยุกต์ใช้ให้ตรงกับ Rheology นั่นเองครับ, ซึ่งผมบอกเลยว่าสำคัญมากอีกเช่นกัน โดยเฉพาะอย่างยิ่งงานที่เป็น Non Newtonian Fluid

เป็นความจริงที่ว่า กระบวนการผสมของเหลว 70% ไม่ต้องการ Shear Rates และ อีก 30% ต้องการ Shear Rates เลยทำให้เราละเลยเรื่องนี้กันไปมากทีเดียว และ ด้วยความที่หากจะทำให้ AGITATOR มี Fluid Shear Rates สูง ต้องแลกมาด้วย Power Consumption ที่เป็นเชิงเส้นกัน จึงเป็นอะไรที่ทำให้ความสำคัญของ Shear Rates น้อยลงไปอีก, แต่ในทางกลับกัน หากเราเพิ่ม Shear Rates ให้กระบวนการแล้วทำให้ Mixing Time สั้นลงละ จะดีกว่าหรือไม่ ก็แล้วแต่ลูกค้าจะพิจารณาละครับ, ในต่างประเทศนิยมใช้ AGITATOR ที่ทำให้ Mixing Time สั้นลงครับ แต่ในประเทศไทยนิยมใช้อะไรที่ต้องประหยัดพลังงาน Mixing Time นานๆไม่ซีเรียส

กระบวนการที่ผมต้องเลือกใช้ใบกวนที่สร้าง Fluid Shear Rates บ่อยๆ ก็เช่น กระบวนการ Reduce Particle Size, กระบวนการ Emulsion, กระบวนการ Suspention, กระบวนการ Polymerization, รวมถึงกระบวนการที่ Shear Rates มี Effect ต่อพวก Pigment เป็นต้นครับ โดยจะต้องเลือกนะครับว่า กระบวนการไหนต้องการมาก ต้องการน้อย และ ไม่ต้องการเลย, จึงจำเป็นต้องทราบไงครับ ว่า Impellers แบบไหนให้ Fluid Shear Rates มาก/น้อย, หรือ ใบแบบไหนให้ "Averate Shear Rates" และ ใบแบบไหนให้ "Maximum Shear Rate"

ตัวอย่างงานจริงกันต่อครับ

งานกลุ่ม Emulsion (Immiscible Liquid) พวก น้ำสลัด, มายองเนส, ครีม ฯลฯ กระบวนการเหล่านี้ต้องการ Maximum Shear Rates

งานกลุ่ม Paint-Ink-Coating ต้องการ Maximum Shear Rates

งานกลุ่ม Gas-Liquid Dispersion ต้องการ Averate Shear Rates

งานอะไรก็ตามที่ต้องการลด Mixing Time ต้องการ Averate Shear Rates

 

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