Solid-Liquid Suspension#1


Home

>

Knowledge

>

Solid-Liquid Suspension#1

72 views

-

Solid-Liquid Suspension#1

Degrees of suspension
ระดับของการกระจายตัว

..."กระบวนการผสมระหว่างของแข็งที่มีลักษณะเป็นผงกับของเหลว โดยมีวัตถุประสงค์ (Mixing Task) เพื่อการกระจายตัวของของแข็งในของเหลว ซึ่งทั่วไปเรียกว่ากระบวนการ solid-liquid suspension พบในอุตสาหกรรมการผลิตแป้งมันสำปะหลัง, อุตสาหกรรมการผลิตสี, หมึกพิมพ์ เป็นต้น หากอ้างอิงจากนิยามตามทฤษฎีของ ZWEITERING ซึ่งเป็นทฤษฎีที่ได้รับการยอมรับกันในวงกว้าง จะสามารถแบ่งระดับการกระจายตัวออกได้เป็น 3 ระดับ กล่าวคือ ระดับสภาวะการกระจายตัวบางส่วน (Partial suspension), ระดับสภาวะเริ่มการกระจายตัว (Just suspension) และ ระดับสภาวะการกระจายตัวแบบสม่ำเสมอ (Uniform suspension) และ เรียกความเร็วในสภาวะนั้นๆว่า ความเร็วการกระจายตัวบางส่วน (Partial suspension speed), ความเร็วเริ่มมีการกระจายตัว (Just suspension speed) และ ความเร็วการกระจายตัวแบบสม่ำเสมอ (Uniform suspension speed) ตามลำดับ นิยามดังกล่าวได้มาจากการสังเกตุการณ์จากการทดลองของ ZWEITERING ซึ่งมีขอบเขตของการทดลองในภาชนะใสขนาดเล็ก (จะกล่าวในครั้งถัดๆไป) ได้ความสัมพันธ์ในรูปแบบตัวแปรไร้หน่วยของค่าคงที่การกระจายตัว โดยทฤษฎีของ ZWEITERING จะเน้นไปที่ความสัมพันธ์ของสมการที่แสดงค่าความเร็วเริ่มมีการกระจายตัว (Just suspension speed) คือ เมื่อสภาวะที่มีของแข็งทั้งหมดลอยอยู่เหนือพื้นถังเป็นระยะเวลา 1-2 วินาที, โดยค่าความเร็วดังกล่าวจะเป็นแนวทางในการบ่งบอกได้ว่าระบบมีโอกาศในการเกิดสภาวะการกระจายตัวแบบสม่ำเสมอได้หากมีความเร็วมากกว่าความเร็วตั้งต้นนี้

สภาวะการกระจายตัวบางส่วน (Partial suspension) มีความสำคัญในงานจริงหรือไม่.? คำตอบคือ จากประสบการณ์กว่า 15ปี ของผู้เขียนไม่พบว่า กระบวนการผลิตใดมีความต้องการสภาวะการกระจายตัวบางส่วนเลย

สภาวะเริ่มการกระจายตัว (Just suspension) มีความสำคัญและจำเป็นอยู่บ้างในกระบวนการผลิตที่มีวัตถุประสงค์ในการป้องกันการตกตะกอน โดยส่วนมากจะกำหนดค่าความเร็วเริ่มมีการกระจายตัว (Just suspension speed) ไว้กับระบบอัตโนมัติ (Automation) โดยใช้ PLC ในการกำหนดเวลาการทำงาน (ซึ่งต้องสัมพันธ์กับระยะเวลาในการตกตะกอน) ว่าแต่ละวันจะเดินเครื่องที่ความเร็วรอบนี้กี่ครั้งต่อวัน ซึ่งจะกำหนดค่าความเร็วรอบให้สอดคล้องกับความถี่ของ VSD เพื่อสั่งให้สัญญาณ Analog ส่งสัญญาณ 4-20mA ในการควบคุมความเร็วตามต้องการ เป็นต้น

สภาวะการกระจายตัวแบบสม่ำเสมอ (Uniform suspension) ถือเป็นสภาวะที่มีความจำเป็นที่สุดของกระบวนการผสมที่มีวัตถุประสงค์เพื่อการกระจายตัวของของแข็งในของเหลว เนื่องจากระบบต้องการการกระจายตัวแบบสม่ำเสมอเพื่อการควบคุมคุณภาพ, เพื่อการเกิดปฏิกิริยาอย่างสม่ำเสมอ, เพื่อให้ระบบส่งถ่ายของเหลว (ปั้ม,วาล์ว,ท่อ) ไม่เกิดความเสียหาย เป็นต้น

ทั้งนี้ผู้เขียนมีข้อให้สังเกตุสักเล็กน้อยว่า สมการที่ได้จากความสัมพันธ์ของ ZWEITERING เป็นความสัมพันธ์ที่ได้จากการทดลองที่มีขอบเขต ซึ่งอาจจะมีข้อจำกัดในการนำไปใช้ เช่น ของเหลวในระบบต้องเป็นประเภท Newtonian Fluid หากจะนำไปใช้ในการกระจายตัวในระบบที่มีของเหลวเป็น Non Newtonian Fluid ก็อาจจะให้ไม่ได้ผลลัพธ์ที่ดี หรือ อาจจะใช้ไม่ได้เลย ตรงนี้เป็นข้อควรระวัง"...

สถาพร เลี้ยงศิริกูล




Blogs

-

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

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

Next
-

How to Calculate Mixing Time. By MISCIBLE..(2)

How to Calculate Mixing Time. ? By MISCIBLE เราจะคำนวณและประมาณ Mixing Time อย่างไรให้ใช้งานได้จริงๆ Step-2 : Calculate Pumping Capacity and P-Number หลังจากเราเลือก Degree of Mixing แล้ว เราก็ต้องมาคำนวณค่า Pumping Capacity and P-Number ซึ่งจะได้ค่าต่างๆตาม Degree of Mixing ดังนี้ คือ Hydraulic Data Calculation for Keep Homogenizer Re = 2.76E+5 Tip Speed = 3.69 m/sec Axial Pumping Capacity = 86.775 (m^3/h) Overall Pumping Capacity = 183.4 (m^3/h) P-Number = 17.3 (1/h) Quality number = 18.15 (--) Pumping Number = 0.464 (--) Hydraulic Data Calculation for Slightly Blending Re = 3.92E+5 Tip Speed = 4.4 m/sec Axial Pumping Capacity = 146.779 (m^3/h) Overall Pumping Capacity = 310.3 (m^3/h) P-Number = 29.355 (1/h) Quality number = 30.7 (--) Pumping Number = 0.477 (--) Hydraulic Data Calculation for Solve Crystals Re = 9.46E+5 Tip Speed = 6.83 m/sec Axial Pumping Capacity = 550.375 (m^3/h) Overall Pumping Capacity = 1163.6 (m^3/h) P-Number = 110.07 (1/h) Quality number = 115.1 (--) Pumping Number = 0.512 (--) ครั้งต่อไปเราจะมาดูว่า ค่าคำนวณต่างๆจาก Step.1 และ Step.2 จะถูกนำมาใช้ในการคำนวณและเลือก Mixing Time อย่างไรครับ Sataporn Liengsirikul (Agitator Designer) Tel : 091.7400.555 www.miscible.co.th Email : miscible@miscible.co.th MISCIBLE TECHNOLOGY CO., LTD

Next