How to Calculate Mixing Time. By MISCIBLE..(1)

921 views

12/09/2021 11:19

How to Calculate Mixing Time. ? By MISCIBLE
เราจะคำนวณและประมาณ Mixing Time อย่างไรให้ใช้งานได้จริงๆ

Step-1 : Selection Degree of Mixing
ก่อนอื่นต้องขอบอกว่าคำว่า Mixing Time ในนิยามนี้คือ เวลาที่ผสมแล้วเสร็จนะครับ ไม่ได้อ้างอิง Blending, Suspension, Dispersion ฯลฯ เพราะเวลาที่ใช้ผสมเสร็จแต่ละกระบวนการก็เรียกต่างกัน แต่เอาเป็นว่าอย่าทำเรื่องง่ายเป็นเรื่องยาก ก็ใช้คำว่า Mixing Time ก็จบครับ เข้าใจกันง่ายๆดี
เราจะไม่หา Mixing Time แบบการใช้ Scale Up นะครับ เพราะถ้าทำแบบนั้น เราคงต้องทำ Existing Model ในแล๊ปกันตลอด ซึ่งในชีวิตจริงไม่มีใครทำกันครับ (เว้นแต่มันจำเป็นจริงๆ) หรือ หากจะศึกษาการหา Mixing Time โดยการใช้ Scale Up ก็สามารถหาอ่านได้ทั่วไปครับมีข้อมูลเยอะมากๆให้อ่านกัน, แต่เราจะพูดกันถึงในจุดที่ว่า...เราคือผู้ออกแบบและผลิต และ กรณีที่เราต้องสร้าง Mixing Tank ขนาด 5,000 ลิตร, แล้วเราจะต้องรับประกัน Mixing Time กับลูกค้า...แล้วเราจะทำอย่างไร...?

Step-1 : Selection Degree of Mixing
อ้างอิงการออกแบบตามแนวทางของ MISCIBLE, ผมจะแบ่ง Degree of Mixing ออกเป็น 5 ประเภท คือ
1. Keep Homogenizer
2. Slightly Blending
3. Medium Mixing
4. Strong Mixing
5. Solve Crystals

ขั้นตอนในการเลือก Degree of Mixing จะเลือกหลังจากเราได้ออกแบบและคำนวณ Speed of Impellers เรียบร้อยแล้วครับ, จากนั้นเราจะมาเลือก Degree of Mixing ให้เหมาะกับ Mixing Task, ตรงนี้พูดตรงๆคือ ต้องอาศัยประสบการณ์จริงๆครับ ไม่มีตำราสรุปให้เป็นแน่เพราะงาน Mixing มันกว้างมากๆ
มาดูวิธีการกันครับ
Vessel Diameter : 2000 mm
Liquid Level : 1591.55 mm
Volume : 5000 Liters

ขั้นตอนแรก : Volume Calculation
ก็ทำตามปกติครับ ให้ได้ Working Volume ออกมาตามที่กระบวนการต้องการ, ตรงนี้จะใช้ Dimension ความยาวเฉพาะ เส้นผ่านศูนย์กลางถัง และ ระดับของเหลว เท่านั้น

ขั้นตอนที่สอง : Speed Calculation
ก่อนจะออกมาเป็น Output Speed นั้นต้องผ่านการคำนวณด้าน Mechanic มาแล้วทั้งหมดครับว่า หากเราจะใช้ Speed แค่นี้จะทำให้เพลาเราแกว่งมั้ย, ขนาดเพลาพอมั้ย, มีลูกปืนรับแบบไหน, ออกแบบ Housing Bearing แบบไหน ฯลฯ แล้วเราจะได้ Speed ออกมา, ตรงนี้ผมได้ Speed 300 RPM ครับ

ขั้นตอนที่สาม : Selection Degree of Mixing
3.1 หากเลือก Keep Homogenizer เราจะคำนวณ Specific Torque in Nm/m^3 ได้เท่ากับ 0.15 และ เราจะคำนวณ Diameter of Impeller ได้เท่ากับ 235 mm ระยะ Pitch 235 mm เช่นกัน
3.2 หากเลือก Slightly Blending เราจะคำนวณ Specific Torque in Nm/m^3 ได้เท่ากับ 0.35 และ เราจะคำนวณ Diameter of Impeller ได้เท่ากับ 280 mm ระยะ Pitch 280 mm เช่นกัน
3.3 หากเลือก Solve Crystals เราจะคำนวณ Specific Torque in Nm/m^3 ได้เท่ากับ 3.2 และ เราจะคำนวณ Diameter of Impeller ได้เท่ากับ 435 mm ระยะ Pitch 435 mm เช่นกัน
ครั้งต่อไปเราจะมาดู Step-2 และ สุดท้ายเราจะเอา Step-1,2 ไป หา Mixing Time ต่อไปครับ

Sataporn Liengsirikul
(Agitator Designer)
Tel : 091.7400.555
www.miscible.co.th
Email : miscible@miscible.co.th
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)