-

Effect of Impeller Location

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

Next
-

IMPELLERS

EP-3 : IMPELLERS มาทำความเข้าใจนิสัยใสใจคอของใบกวนกัน ใบกวนแต่ละชนิดมีนิสัยไม่เหมือนกันนะครับ เหมือนคนนั่นแหละ เช่น เราจะใช้คนใจร้อนทำงานละเอียดไม่ได้ เปรียบเทียบเหมือนเราจะใช้ใบกวนที่นิสัยชอบความเร็วไปทำงานอะไรที่ไม่ต้องการความเร็วไม่ได้ครับ งานจะออกมาไม่ดี หรือ ไม่สามารถทำได้เลยเป็นต้น, จาก EP-1 และ EP-2 เราได้เข้าใจถึง Rheology ภาพรวมแล้ว, เราได้เข้าใจถึงการเลือก Flow Pattern of Impellers ว่าต้องสอดคล้องกับ Rheology ไปแล้ว...EP-3 นี้เราจะเน้นไปที่พฤติกรรม(นิสัย)ของใบกวนแต่ละประเภท, ใบกวนแต่ละแบบมีพฤติกรรมที่ต่างกัน มีความเร็วรอบเฉพาะของมัน มีขีดจำกัดของมัน และที่สำคัญ หากเราจะจับคู่ใบกวนมากกว่า 2 ชนิดขึ้นไป มาอยู่ในถังผสมเดียวกันก็ต้องเลือกใบกวนที่นิสัยไปกันได้ด้วยครับ, ใบกวนบางคู่นี่อยู่ด้วยกันไม่ได้เลยนะครับ เช่น เอาใบที่นิสัยชอบความเร็วมาอยู่คู่กับใบที่นิสัยชอบความช้า แต่ต้องมาอยู่ในเพลาเดียวกัน ต้องใช้คำว่า ไม่มีประโยชน์ครับ สิ้นเปลืองพลังงานโดยใช่เหตุ, ผมได้แนบพฤติกรรมของใบกวนไว้..."ตามลิงค์"...ด้านบนแล้วครับลองเข้าไปดูได้ว่าใบกวนแบบไหนมีนิสัยอย่างไร มาดูตัวอย่างในงานจริงกันเลยครับไม่ต้องเสียเวลา, จากรูปหัวข้อ EP-3 ผมมีแนบมา 3 รูป คือ (Saw Disc+Scraper) ผมใช้ใบกวนคู่นี้บ่อยในงานกลุ่ม Non-Newtonian แบบ Thixotropy Flow (Time dependent) ในกระบวนการ Solid-Liquid Dispersion ที่กระบวนการต้องการ Heat Transfer ในระบบด้วย, เปรียบเทียบเป็น Flow Pattern คือ Radial Flow 100% + Tangential flow 100% นั่นเองครับ, การทำงานของใบกวนทั้งคู่ ช่วยลดภาระของ Thixo ตอนที่ Viscosity ยังสูงได้ดี, ช่วยในการ Heat Transfer ได้ดี, และ ช่วยลด Mixing Time ของ Solid-Liquid Dispersion ได้ถึง 1ใน3 (กรณีถังมีขนาดใหญ่ว่า 3,000 ลิตร) (6-Blades Turbine+Scraper) ผมใช้ใบกวนคู่นี้บ่อยในงานกลุ่ม Newtonian ที่กระบวนการต้องการ Liquid-Liquid Blending (Miscible Liquid) และ ต้องการ Heat Transfer เน้นสำหรับของเหลวที่มีค่า Viscosity 2,000-10,000 mPa.sec ไม่เกินนี้ครับ, การทำงานของใบกวนทั้งคู่ เน้นเรื่อง Heat Transfer สำหรับของเหลวกลุ่ม Medium Viscosity อย่างเดียวเลยครับ ส่วนการ Mixing นี่สบายๆอยู่แล้วเพราะของเหลวในระบบเป็น Newtonian (Saw Disc+Saw Disc) แน่นอนครับ ว่าเค้าคือใบกวนชนิดเดียวกันมีนิสัยเหมือนกันเลยอยู่กันได้ แต่หากใช้ใบกวน Saw Disc มาอยู่ในเพลาเดียวกันกับใบกวน Turbine นี่คือไม่ได้เลยนะครับ ถือว่าเสียรางวัดมากสำหรับนักออกแบบ เพราะนิสัยเค้าไม่เหมือนกัน ตัวนึงใจร้อน อีกตัวใจเย็น ต้องเลือกครับว่าจะให้ตัวไหนทำงานได้ดี หากเลือกตัวใจร้อนท่านจะเปลืองพลังงานโดยเปล่าประโยชน์เพราะ Turbine, หากเลือกให้ตัวใจเย็นทำงานท่านจะพบว่า จะใส่ตัวใจร้อนลงไปทำอะไรไม่มีประโยชน์อะไรเลย เป็นต้นครับ, อ้อ..ส่วนใบกวนตามรูปที่เห็น ผมใช้ในกระบวนการ Solid-Liquid Mixing งาน Newtonian ที่มีค่าความหนืดอยู่กลุ่ม Low Viscosity ครับ ที่นี้เรามาว่ากันที่ "ทฤษฏีในตำรา" กันต่อ เรื่องประเภทของใบกวนแยกตามลักษณะของกระบวนการผลิต ดังนี้ครับ (1). Liquid-Liquid Mixing (Miscible Liquid) : เป็นกระบวนการผสมของเหลวค่อนข้างง่ายเพราะของเหลวมีความสามารถในการเข้ากันได้ดีอยู่แล้ว ใบกวนที่ใช้ควรคำนึงถึงขนาดของถัง, ปริมาตร, ฟองที่อาจจะเกิดในกระบวนการ ชนิดของใบกวนที่ใช้งาน เช่น Propeller, 4-6Blades Turbine, Jet Cone, Trapezoil Beam, 2Blade Cross Beam (2). Liquid-Liquid Emulsion (Immiscible Liquid) : กระบวนการผสมที่ต้องการ Fluid Shear Force, Reduce Particle Size ใบกวนที่เหมาะสม เช่น Rotor-Stator / High Shear Mixer, Saw Disc (3). Solid-Liquid Mixing : ชนิดของใบกวนที่เลือก, อัตราส่วน d/D, ขึ้นกับความสามารถในการทำละลายของ Solid - Liquid และ %Solid เป็นสำคัญ ใบกวนที่เหมาะสม เช่น Prpeller, High Efficiency Impeller, 6 Blades Turbine (4). Solid-Liquid Dispersion : กระบวนการที่ต้องการ Fluod Shear Force และ ต้องการการเคลื่อนตัวของเหลวด้วยความเร็วสูง (High Speed Disperser) ใบกวนที่เหมาะสม เช่น Saw Disc, Flat Blade Turbine (5). Solid-Liquid Slurry : ส่วนใหญ่พบในกระบวนการ Storage แต่เป็น Storage ที่ออกแบบใบกวนไม่ง่ายเลย เนื่องจากพฤติกรรมของ Slurry จะมี SG สูงและตกตะกอน ใบกวนต้องมีประสิทธิภาพสูง เหมาะกับกลุ่มของเหลว SG สูง เช่น 6Blades Turbine, High Efficiency Impeller, Modify Pitch Blade (6). Gas-Liquid Suspension : กระบวนการที่ต้องการ Flow Pattern แบบ Radius เท่านั้นเนื่องจาก Gas มีพฤติกรรมลอยหนีของเหลว ใบกวนต้องมี Radius Flow Pattern และ ต้องการความเร็วเคลื่อนตัวของของเหลวในระดับที่สูง ใบกวนเลือกใช้ Flat Blade Turbine, Modify Flat Blade Turbine (7). Liquid-Liquid Large Storage : เป็นงานไม่ง่ายสำหรับการออกแบบใบกวน เนื่องจากของเหลวต้องการความปั่นป่วนที่ทั่วถึง ในขณะที่ถังมีขนาดใหญ่ ถังควรมี Buffle Plate ใบกวนเลือกใช้ เช่น High Efficiency Impeller, 6-Blades Turbine, Trapezoil Beam (8). Liquid Heat Transfer : กระบวนการที่ต้องการ Heat Transfer ไม่ว่าจะเป็นการ Heating หรือ Cooling ใบกวนที่เหมาะสมที่สุด คือ Co-Axial Mixer, Co-axial Disperser เนื่องจากใบกวนแยกอิสระในการทำงาน เพราะโดยส่วนใหญ่กระบวนการ Heat Transfer จะต้องมีการ mixing, dispersion อย่างใดอย่างหนึ่งรวมอยู่ด้วยเสมอ (9). Liquid Mixing-Low Shear : กระบวนการผลิตที่ต้องการ Fluid low shear เช่น การผสมของเหลวกลุ่มPolymer,การผสมของเหลวกลุ่มน้ำยาทำความสะอาดที่ไม่ต้องการฟองในกระบวนการผสม ใบกวนใช้งาน อาทิเช่น Angle Bar Blade with Baffle, Jet Cone with Baffle

Next
-

Flow Pattern in Mixing tank

EP-2 : Flow Pattern in Mixing tank จริงๆ ผมคิดว่าควรใช้คำว่า Flow Pattern of Impellers น่าจะถูกกว่า, แต่เห็นโดยทั่วไปใช้คำว่า Flow Pattern in Mixing tank เลยใช้ด้วย จะได้สื่อสารหัวข้อกันเข้าใจมากขึ้นครับ, ปกติเวลาไปรับ Concept เพื่อออกแบบ Agitator บ่อยครั้งที่จะได้ยินว่า "ต้องการ Flow แบบ Axial นะครับ ขอเป็นแบบโดนัท", "ขอการ Dispert ดีๆ แบบกระจายๆ" อะไรทำนองนี้ครับ แต่พองานจริงๆ ผมก็เห็นของเหลวมันหมุนวนลักษณะเดียวกันหมดแหละครับ คือ ถูกดูดเข้ามาหาใบกวนที่กลางถัง, แต่ก็ไม่ซีเรียสอะไรครับ เพราะไม่ใช่หน้าที่ของลูกค้าที่จะต้องเข้าใจลักษณะ Flow Pattern แต่เป็นผู้ออกแบบมากกว่าที่จะต้องเข้าใจลักษณะ Flow Pattern ว่าต้องเป็นอย่างไร, ใบกวนแบบไหนให้ Flow Pattern ลักษณะใด และ จะเลือกใบกวนนั่นๆไปใช้งานกับของเหลวที่มี Rheology แบบไหน, การผสมถึงจะสามารถเกิดได้ตามต้องการ และ ได้ตามเวลาที่ต้องการด้วย มาเริ่มต้นกันด้วย "ทฤษฏีในตำรา" กันก่อนครับ, Flow Pattern of Impellers แบ่งเป็น 3 ลักษณะ ดังนี้ [1]. Axial flow : ของเหลวถูกดูดและไหลในแนวแกนขนานกับเพลา [2]. Radial flow : ของเหลวถูกผลักออกในแนวรัศมีหรือในแนวตั้งฉากกับแกนเพลา [3]. Tangential flow : ของเหลวจะไหลตามแนวสัมผัสรอบขอบถัง Flow Pattern of Impeller ตามทัศนะ MISCIBLE [1]. Axial Flow 100% : ของเหลวจะถูกดูดและดันออกตามแกนเพลาเท่านั้นไม่ไปทิศทางอื่นเลย ใบกวนลักษณะนี้ เช่น Marine Propeller [2]. Radial Flow 100% : ของเหลวจะถูกดันออกตามตั้งฉากแกนเพลาเท่านั้นไม่ไปทิศทางอื่นเลย ใบกวนลักษณะนี้ เช่น Flat Blade Turbine [3]. Tangential flow 100% : จะทำให้ของเหลวหมุนวนรอบถังเท่านั้น ใบกวนลักษณะนี้ เช่น Tube Anchor [4]. Axial Flow 60% and Radial Flow 40% : ของเหลวจะมีการเริ่มไหลทั้ง 2 ทิศทางตามสัดส่วนโดยประมาณ ใบกวนลักษณะนี้ เช่น 4-8 Turbine Impeller [5]. Axial Flow 80% and Radial Flow 20% : ของเหลวจะมีการเริ่มไหลทั้ง 2 ทิศทางตามสัดส่วนโดยประมาณ ใบกวนลักษณะนี้ เช่น High Efficiency Impeller การเลือก Flow Pattern of Impellers มาใช้ให้ถูกต้องกับ Rheology ของงานนั่น ถือ เป็นหัวใจของงานออกแบบ Agitator แล้วครับ, ส่วนตัวผมถือว่า เรื่องนี้ สำคัญที่สุด ตลอดระยะเวลาที่ออกแบบและสร้าง Agitator มาสิบกว่าปี, เพราะหากเราไม่เข้าใจ เพราะหากเราเลือกผิด เพราะหากเราเลือกไม่สอดคล้องกับ Rheology ทุกอย่างที่จะเกิดขึ้นต่อจากนี้จะไม่มีประโยชน์อะไรเลย หรือ อาจจะมีแต่เพียงเล็กน้อยนั่นคือทำให้ Mixing Time นานออกไป หรือ อาจจะมีก็เพราะว่ามันคือ ของเหลวกลุ่ม Newtonian ที่เป็นแค่การผสมเฉยๆ (Liquid-Liquid Blending) เป็นต้นครับ, เรื่องนี้จะสำคัญต่อ ผู้ออกแบบที่ใช้ CFD มากๆครับ ในกรณีที่มีการออกแบบใบลักษณะแปลกๆ หรือ การใช้ใบชนิดต่างๆมาอยู่ในถังเดียวกัน ผู้ออกแบบจำเป็นต้องใช้ CFD เพื่อการ "ทำนาย" Flow Pattern ก่อน และ จากนั้นก็เอาไปเปรียบเทียบกับการทำงาน Small Batch เพื่อเปรียบเทียบ Flow Pattern จาก CFD และ งานจริง, ไม่มีผู้ออกแบบผู้ใดกล้าใช้ CFD ทำนาย Flow Pattern แล้วนำไปสร้างงานจริงตามนั้นเลยหรอกครับ ไม่น่าจะมีใครกล้าทำเรื่องอะไรแบบนี้, ที่กล่าวมา คือ ความสำคัญของการรู้ว่า Flow Pattern คืออะไรและมีลักษณะแบบใด ต่อไปจะขอยกตัวอย่างงานจริงที่เคยทำครับ ถังสำหรับเก็บ Glucose 100,000 ลิตร ถัง Reaction ที่เปลี่ยนน้ำแป้งมาเป็นกลูโคส, ถือเป็นงานที่ยากครับ เนื่องจากน้ำแป้งมี Viscosity/Density ต่ำ เมื่อเปลี่ยนมาเป็น Glucose แล้ว Viscosity/Density จะสูงมาก (เมื่อเทียบกับน้ำแป้ง), เนื่องจากกระบวนการนี้น้ำแป้งมีสัดส่วน Solid ไม่มาก และ อาจจะมีการใช้ Pump เพื่อการหมุนวนด้วย เลยอนุมานว่าเป็น Newtonian Flow ได้, ส่วน Glucose ก็เช่นกัน หากมีการควบคุมความร้อนของระบบได้ Glucose ก็จะมี Viscosity ที่คงที่ ก็อนุมานเป็น Newtonian Flow ได้อีกเช่นกัน, การออกแบบใบกวนต้องให้เป็นลักษณะ Axial Flow 60% and Radial Flow 40% และ ที่สำคัญ คือ ใบกวนต้อง Constant Pitch ครับ ถังเก็บ CaCO3 ขนาด 80,000 ลิตร เราทราบจาก EP-1 มาแล้วว่า CaCo3 ที่มี %Solid ไม่มากนั้น มีพฤติกรรมการไหล หรือ Rheology แบบ Plastic Flow (Time Independent), ถังปริมาตรมากกว่า 30,000 ลิตร ที่ใช้ใบกวนแบบ Top Entry นั่น จัดว่าอยู่ในกลุ่ม Large Agitator แล้วครับ (อุตสาหกรรมในประเทศเราไม่มีการทำเหมืองครับ ถ้ามีการทำเหมือง Agitator ขนาดไม่เกิน 100,000 ลิตร ยังถือว่าเล็กด้วยซ้ำ แต่บ้านเรา แค่นี้ก็เริ่มใหญ่แล้วครับ), การเลือกใบกวนในกลุ่ม Plastic Flow ต้องทำลาย Yield ในตอนแรกครับ ดูจาก Flow Curve ก็ได้, และบวกกับพฤติกรรมของ CaCo3 ตอนอยู่นิ่งๆ ทำให้เราต้องเลือกใบกวนแบบ Axial Flow 80% and Radial Flow 20% ครับ เพื่อทำลาย Yield ส่วนนึง อีกส่วนนึงต้องมีไว้เพราะถังขนาดใหญ่ครับ, ยิ่ง Storage Tank ที่มี Baffle Plate ด้วยแล้วยิ่งต้องใช้ใบกวนแบบนี้ ถังละลายก้อนยาง 2,000 ลิตร กลุ่มอุตสาหกรรมผลิตกาวยาง ต้องละลายยางก้อน (จริงๆเป็นชิ้นเล็ก) กับสาระละลายพวกทูโลอีน นั้นบางกระบวนการจำเป็นต้องใช้ความร้อนเพื่อช่วยให้การละลายดีขึ้น ได้เร็วขึ้น, การให้ความร้อนบริเวณรอบถังและก้นถัง จะต้องถ่ายเทความร้อนเข้ามาสูบริเวณกลางถังเพื่อให้ของเหลวส่วนอื่นได้รับความร้อนด้วย ดังนั้นใบกวนที่ใช้จะใช้ใบกวนแบบ Co-Axial Mixer ประกอบด้วยใบกวน Axial Flow และ ใบกวน Tangential flow อยู่ในถังเดียวกัน โดย Axial Flow ทำหน้าที่ Mixing ส่วน Tangential flow ทำหน้าที่ Heat Transfer, ผมเห็นส่วนใหญ่จะพอรู้ว่าเป็นกระบวนการ Heat Transfer ก็เลือกใช้ใบกวน Tangential flow แบบเดียวเลยซึ่งไม่ถูกครับ หากใครใช้แบบนี้ประเภทเดียวลองกลับไปดูปัญหาที่เกิดขึ้นจาก Dead Zone of Mixing ได้เลยครับ

Next
-

Rheological Properties

Rheological Properties ถือเป็นสิ่งสำคัญสิ่งแรกที่ต้องรู้ครับ ไม่รู้ไม่ได้เลย เราต้องรู้ว่าพฤติกรรมการไหลของของเหลวนั้นเป็นอย่างไรเพื่อที่เราจะได้เลือกใช้ใบกวน (Impeller Type)ได้ถูกชนิดถูกลักษณะของการไหล เพื่อที่เราจะได้ออกแบบ Impeller Stages, ออกแบบ d/D, ออกแบบ Tip Speed, ออกแบบส่วนเผื่อกำลังเป็นต้น การไหลแบ่งออกได้เป็น 2 แบบใหญ่ๆ คือ Newtonian Flow และ Non-Newtonian Flow [1]. Newtonian Flow จะมี Viscosity เป็น Friction ที่ต้าน Shear Stress คิดง่ายๆว่าหากของเหลวมี Viscosity มาก เราก็ต้องใช้ Shear Stress มากขึ้นเพื่อควบคุมให้ของเหลวเกิดการไหลแบบ Newtonian ตามเดิม หรือ มี Velocity Gradiant ที่เท่าเดิม ส่วนใหญ่เราจะคิดถึงของเหลวกลุ่ม Newtonian แค่ น้ำ และ น้ำมัน จริงๆของเหลวกลุ่มนี้มีมากครับ ที่หนืดมากก็เป็น Newtonian ได้, ของเหลวกลุ่มนี้ทำการ Scale Up/Down ไม่ยาก, สำหรับ Low Viscosity นั่นก็คำนวณ Power ตามปกติและกำหนดความเร็วรอบ รวมถึงออกแบบสัดส่วนต่างๆเช่น d/D, BW ได้ตามทฤษฏี หรือ ตามตำราได้เลยครับ แต่กรณีของ Medium/High Viscosity สิ่งที่ยากคือ การออกแบบ No. of Impeller Stages ว่าต้องใช้กี่ชั้นใบ จากนั้นก็คำนวน Power ตามปกติเช่นกัน, ส่วน Flow Curve ของ Newtonian Flow จะเป็น Linear [2]. Non-Newtonian Flow คือ ของเหลวอะไรก็ตามที่มีพฤติกรรมการไหลไม่เหมือนข้อแรกก็ใช่หมดละครับ (จริงๆต้องพิจารณา Flow Curve) ผมมักจะคิดง่ายๆเสมอว่าของเหลวที่มีพฤติกรรมต่างจากน้ำ นั่นคือ Non-Newtonian Flow ครับ (พฤติกรรมการไหลนะครับไม่ใช่ค่าความหนืดเหมือนน้ำ) จะทำให้เข้าใจง่าย และ เลือกใบกวนใช้งานได้ง่ายขึ้น, ในชีวิตจริงเนี่ยผมว่าเรากำหนดยากมากนะครับว่า ของเหลวชนิดไหนเป็น Non-Newtonian แบบไหน เช่น แบบ Plastic Flow, แบบ Shear Thinning, แบบ ShearThickening, เราต้องดูพฤติกรรมเชิงเปรียบเทียบด้วยครับ, เอาจากประสบการณ์สร้าง Agitator จริงละกันครับ, ผมจะขอยกตัวอย่างบางส่วน และ จะขอคิดแบบผู้ออกแบบ Agitator นะครับ (ไม่ได้คิดเชิงทฤษฏีแบบ 100% เพราะไม่รู้ว่าคิดแบบนั้นแล้วจะสร้างงานจริงออกมาได้อย่างไร) ซึ่งเป็นงานที่พบบ่อย และ สร้างงานจริงบ่อย ดังนี้ครับ (2.1) งานลักษณะ Plastic Flow (Time Independent) หากดูจาก Flow Curve ต้องออกแบบ Impeller Type, ต้องควบคุมความเร็วเริ่ม Start, ต้องคำนวณส่วนเผื่อกำลัง, ทั้งหมดที่กล่าวมาเพื่อให้ เอาชนะ Yield Value ตอนเริ่มต้นครับ งานลักษณะนี้ เช่น การกวน Slurry ที่มีสัดส่วนของ Solid ไม่มากนัก เช่น CaCO3 เพื่อให้เกิดการ Homogeneus และ ไม่ให้ตกตะกอน, พฤติกรรมการไหลช่วงแรกนี่คือ ไม่ไหลครับ (จะไหลเฉพาะบริเวณของเหลวหนืดต่ำ) ต้องสักระยะหนึ่ง และ หากออกแบบสัดส่วน d/D และ Tip Speed ที่ถูกต้องเราก็จะเห็น CaCo3 มีพฤิตกรรมการไหลแบบ Newtonian ได้ในทุกครั้งครับ, แนวทางการออกแบบ Agitator คือ ต้องออกแบบ Impeller และ Speed เพื่อทำลาย Yield ของ Slurry ครับ หากออกแบบตรงส่วนนี้ดีแล้ว จากนั้นก็แค่รักษาระดับของ Shear Stress เพื่อให้ Velocity Gradiant คงที่ เพื่อให้มันไหลแบบ Newtonian Flow แค่นั้นเองครับ (2.2) งานลักษณะ Thixotropy Flow (Time dependent) หากดูจาก Flow Curve, งานที่พบบ่อยและออกแบบบ่อยมาก คือ กลุ่มงาน Paint-INK-Coating ครับ งาน Thixo จะเป็นการไหลลักษณะแปลกๆครับ เทียบง่ายๆคือ Flow Curve ของ Newtonian ขาไปและขากลับจะเป็นเส้นเดียวกัน แต่ Thixo ไม่ใช่ครับ คนละเส้นกัน...ดังนั้นเราจะเห็นการเคลี่อนไหวของ Paint ในลักษระแปลกตา โดยเฉพาะ Paint-Ink ช่วงที่เป็นกระบวนการ Mill Base ครับ, ส่วนกระบวนการหลังจาก Millbase คือ Letdown นั้น Process จะปรับให้ของเหลวเปลี่ยนพฤติกรรมมาใกล้เคียง Newtonian แล้ว (แต่ก็ยังไม่ใช่เพราะยังมีส่วนผสมของ Latex/Resin ในขั้นตอนนี้มาผสมด้วย) เลยไม่ใช่งานยากสำหรับ Letdown Process, การออกแบบ Impeller สำหรับ Thixo ในช่วงแรกจะเป็นต้องใช้ใบกวนที่มีคุณสมบัติสร้าง Fluid Shear สูงและต้องใช้ Shear Stress เข้าไปในระบบที่สูงมากเพื่อทำให้อนุภาคของผงสีแยกออกจากกันและไหลได้ทำนองนั้นครับ, กรณีของ Water Base paint ก็ต้องเพิ่ม Fluid Shear ให้กระจายตัว อาจจะต้องใช้ใบกวนช่วยเพื่อลดจุดอับการผสมเป็นต้น, กรณีของ Solvent Base Paint ต้องใช้ใบกวนที่มี Fluid Shear สูงสำหรับการ Pre Mixing ก่อนเข้าเครื่องบดสีต่อไป, ลักษณะสังเกตอีกอย่างคือ เมื่อให้ Shear Stress เข้าไปในระบที่คงที่ เมื่อเวลาผ่านไปสักระยะ Viscosity ของ Paint-Ink จะลดลง ซึ่งพูดกันติดปากว่าสีเหลวเพราะร้อนนั่นแหละครับ หลังจากหยุด Run Agitator สักพัก Paint-Ink ก็จะกลับมาสู่สภาพเดิม.... มีคลิปตาม Link ให้ดูครับ, คลิปแสดงการผสมของ Ink ลักษณะ Thixo เปรียบเทียบการกำหนด Speed เข้าระบบคงที เมื่อเวลาผ่านไป ค่า Viscosity จะลดลง เป็นไปตามลักษณะของ Flow Curve ขาไปของ Thixotropy ครับ, ท้ายๆคลิปจะมีเร่งเข้าเร็ว ดูการเพิ่มขึ้นของ Velocity Gradiant เมื่อเพิ่ม Shear Stress ให้ระบบครับ (2.3) งานลักษณะ Pseuplastic Flow (Time Independent) คือ การเพิ่ม Shear Stress ในระบบมากๆทำให้ของเหลวมีค่าความหนืดลดลง (Shear Thinning) ตามทฤษฏี เช่น Polymer ที่ได้จากธรรมชาติ เช่น Latex, พูดกันตามตรงคือ ผมก็ไม่เคยเห็น Polymer มีความหนืดลดลงเมื่อให้ Shear Stress เพิ่มขึ้นเลยครับ และไม่อยากเห็นด้วย เนื่องจากงานออกแบบ Agitator กลุ่มงาน Pseuplastic มักมีหน้าที่ คือ ทำอย่างไรก็ได้ให้ของเหลวเคลื่อนที่และเกิดการผสมโดยไม่ทำให้ของเหลวมีความหนืดลดลงนั่นเองครับ ใครที่เคยทำแล๊ปคงเคยเห็นลักษณะแบบนี้, สำหรับการออกแบบ Agitator กลุ่มนี้ต้องเลือกใบกวนที่มีคุณสมบัติทำให้เกิด Fluid Shear น้อย แต่ต้องให้ของเหลวเคลื่อนตัวได้, และส่วนใหญ่กระบวนการต้องการการ Mixing ด้วย, กลุ่มงานพวกนี้เลยต้องมี Buffle Plate เพื่อช่วยให้เกิดการผสม, งานเลือกใบกวนกลุ่มนี้ยากครับ ควบคุมยาก คงต้องเลือกกันตามทฤษฏีและประสบการณ์และทำการทดลองควบคุมค่าความเร็วเพื่อหาจุดที่เหมาะสมครับ ส่วนงานลักษณะอื่นๆ ไม่ค่อยเจอในงานจริงครับ เช่น Shear Thickening หรือ ถ้าเจอปริมาณของของเหลวที่ Mixing ก็มีปริมาณน้อย จนไม่เห็นว่า Non-Newtonian แบบ Shear Thickening ยากแค่ไหนในการออกแบบ Agitator, พูดรวมๆอีกครั้งคือ การออกแบบ Agitator ในกลุ่ม Newtonian Flow จะเน้นการคำนวณแบบปกติ ดูขนาดของถังเพื่อ ออกแบบ No. of Impeller Stages สำหรับถังขนาดใหญ่ แถมยังออกแบบเพื่อประหยัดพลังงานได้อีกด้วยครับ, ส่วนการออกแบบ Agitator ในกลุ่ม Non-Newtonian Flow ต้องแยกพฤติกรรมการไหลให้ชัดครับ, ต้องรู้ %Solid , ต้องรู้ธรรมชาติของของเหลวด้วยว่าตัวไหนต้องการ Fluid Shear ตัวไหนไม่ต้องการ Fluid Shear ไม่งั้นอวสารได้ครับ ที่สำคัญ งานกลุ่ม Non-Newtonian Flow ต้องลืมเรื่องประหยัดพลังงานไปเลยครับ ออกแบบให้พลังงานเพียงพอหรือมากกว่าได้ยิ่งดี ไม่งั้นก็อวสารอีกเช่นกัน, ส่งท้ายด้วยคำพูดที่ว่า บางทีท่านอาจจะเจอแต่ Newtonain Flow เลยคิดว่างานออกแบบ Agitator เป็นเรื่องง่าย แต่หากท่านเจอกับ Non-Newtonian Flow แล้วท่านจะต้องคิดใหม่...ขอบคุณครับ

Next