بر اساس مدل GIDASPOW ، توزیع سرعت ، شدت آشفتگی و غلظت جامد در رگهای هم زده مجهز به پروانه پمپ پایین (TXL) ، یک توربین دیسک شش تیغه مسطح (راشون) یا یک پمپ پایین شش 45 درجهتوربین تیغه ای (PBTD-6) در یک سیستم چسبناک شبیه سازی شد. منحنی قدرت پروانه TXL و غلظت جامد بدون بعد از یک نقطه نمونه گیری در رگ با سرعت های مختلف آشفتگی با شبیه سازی و آزمایش بدست آمد ، که با یکدیگر توافق خوبی داشتند. نتایج نشان داد که: (1) هر دو سرعت مماس و شدت تلاطم بر روی سطح مایع ناشی از یک توربین راشون بالاترین از سه شرط با همان سرعت تحریک بودند.(2) شدت تلاطم در آزیموت 90 درجه در پشت بافل در نزدیکی شافت روی سطح مایع نسبتاً بزرگتر از مناطق دیگر بود..

کلمات کلیدی: مخلوط کردن مایع جامد ؛شبیه سازی عددی ؛دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) ؛نوع پروانه

معرفی

مخلوط کردن در مواردی مانند همگن سازی ، امولسیون ، پلیمریزاسیون و تخمیر نقش مهمی دارد. مقدار راکتورهای هم زده بیش از 85 ٪ از کل راکتورهای کل در فرآیند تولید سه ماده مصنوعی ، یعنی پلاستیک مصنوعی ، فیبر مصنوعی و لاستیک مصنوعی است (فنگ و وانگ ، 2010 فنگ ، L. F. و Wang ، J. J. ، راکتور. شیمیایی. صنعت مطبوعات ، پکن (2010). ؛ وانگ و فنگ ، 2000 وانگ ، K. و فنگ ، L. F. ، طراحی تجهیزات اختلاط. دستگاه چین مطبوعات ، پکن (2000).). علاوه بر تحقیقات تجربی ، دینامیک سیال محاسباتی (CFD) به تدریج در مطالعه انواع شرایط اختلاط با توسعه سریع روش حجم محدود و فناوری رایانه به یک روش مهم تبدیل می شود (Rajavathsavai و همکاران ، 2014 Rajavathsavai ، D. ،Khapre ، A. and Munshi ، B. ، مطالعه رفتار اختلاط CSTR با استفاده از CFD. مجله مهندسی شیمی برزیل ، 31 ، شماره 1 ، 119 (2014).). در مقایسه با اختلاط تک فاز ، مخلوط کردن مایع جامد به دلیل اختلاف چگالی زیاد بین فازها پیچیده تر است. سرعت بحرانی ، قدرت بحرانی ، سرعت محلی و غلظت محلی را می توان به راحتی از طریق آزمایشات بدست آورد. اما به دست آوردن الگوی جریان و توزیع کل غلظت در کشتی به دلیل راندمان پایین و هزینه زیاد دشوار است (Tamburini et al. ، 2013 Tamburini ، A. ، Cipollina ، A. ، Micale ، G. and Brucato ، A.، توزیع ذرات در مخازن مایع جامد رقیق از طریق یک ورق لیزر جدید و تکنیک مبتنی بر تجزیه و تحلیل تصویر. علوم مهندسی شیمی ، 87 ، 341 (2013).). بر این اساس ، بررسی شبیه سازی CFD از اختلاط مایع جامد ضروری است.

تاکنون ، مطالعات شبیه سازی مخلوط کردن مایع جامد بیشتر بر روند تعلیق ذرات در حال غرق شدن متمرکز شده است. Fan et al. (2005 Fan ، L. ، Mao ، Z. and Wang ، Y. ، شبیه سازی عددی جریان دو فاز جامد و مایع آشفته و جهت گیری ذرات باریک در یک مخزن هم زده. علوم مهندسی شیمی ، 60 ، 7045 (2005).) مخلوط کردن مایع جامد ذرات باریک و ذرات کروی را مقایسه کرد (ρ_حرف= 1125 کیلوگرم · M-3) با شبیه سازی ، و دریافت که شکل ذرات تأثیر کمی در زمینه سرعت در کشتی مجهز به توربین راشون دارد. Kasat و همکاران.(2008 Kasat ، G. R. ، Khopkar ، A. R. ، Ranade ، V. V. and Pandit ، A. B. ، شبیه سازی CFD مخلوط کردن فاز مایع در راکتور مایع با مایع جامد. علوم مهندسی شیمی ، 63 ، 3877 (2008). ذرات شیشه ای موجود در آب با توربین راشون. آنها نتیجه گرفتند که زمان اختلاط با سرعت تحریک افزایش می یابد تا مقدار اوج و سپس به تدریج کاهش یابد. پس از بیش از حد تعلیق در خارج از پایین ، این یک ثابت شد تا یک وضعیت تعلیق کامل ظاهر شود و سپس به آرامی کاهش یابد. حسینی و همکاران (2010 Hosseini ، S. ، Patel ، D. ، Ein-Mozaffari ، F. and Mehrvar ، M. ، مطالعه اختلاط مایع جامد در مخازن آشفته از طریق مدل سازی دینامیک سیالات محاسباتی. تحقیقات شیمی صنعتی و مهندسی ، 49، 4426 (2010).) تأثیر نوع پروانه ، ترخیص کالا از گمرک خارج از پایین ، سرعت تحریک ، اندازه ذرات و گرانش خاص ذرات را بر کیفیت اختلاط ذرات در حال غرق شدن از طریق شبیه سازی عددی و روش تجربی بررسی کرد. نتایج شبیه سازی گشتاور پروانه و سرعت آشفتگی به حالت تعلیق به خوبی با مقادیر آزمایشی موافقت کرد. Tamburini و همکاران.(2011 Tamburini ، A. ، Cipollina ، A. ، Micale ، G. ، Brucato ، A. and Ciofalo ، M. ، شبیه سازی CFD از تعلیق های مایع جامد متراکم در مخازن برانگیخته: پیش بینی منحنی های تعلیق. مجله مهندسی شیمی ، 178، 324 (2011). ؛ 2012 Tamburini ، A. ، Cipollina ، A. ، Micale ، G. ، Brucato ، A. and Ciofalo ، M. ، CFD شبیه سازی تعلیق های مایع جامد متراکم در مخازن هم زده: پیش بینی حداقلسرعت پروانه برای تعلیق کامل. مجله مهندسی شیمی ، 193 ، 234 (2012).) روشهای شبیه سازی را برای برآورد سرعت فرسودگی خارج از پایین ذرات رأی شیشه ای در آب بررسی کرد و یک روش CFD جهانی ارائه داد. لیو و باریگو (2013 لیو ، L. و Barigou ، M. ، مدل سازی عددی میدان سرعت و توزیع فاز در تعلیق های مایع جامد متراکم تحت رژیم های مختلف تحریک: آزمایشات CFD و PEPT. علوم مهندسی شیمی ، 101 ، 837 (2013).) اثر غلظت جامد در میدان سرعت مایع با شبیه سازی بررسی شده است. آنها دریافتند که غلظت جامد ذرات شیشه ای درشت تأثیر کمی در میدان سرعت مایع در هنگام افزایش 0. 1 گرم در گرم دارد.

با افزایش غلظت جامد ، سرعت مایع در نزدیکی پروانه و در امتداد دیواره کشتی به میزان قابل توجهی کاهش می یابد.< pan> با افزایش غلظت جامد ، سرعت مایع در نزدیکی پروانه و در امتداد دیواره رگ به طور قابل توجهی کاهش می یابد. غلظت جامد همچنان افزایش می یابد ، سرعت مایع در نزدیکی پروانه و در امتداد دیواره کشتی به میزان قابل توجهی کاهش می یابدبشر

مخلوط کردن و پراکندگی ذرات شناور به همان اندازه متداول است که ذرات در حال غرق شدن در صنعت فرآیند است. اما بین این دو فرآیند تفاوت زیادی وجود دارد. فرآیند دوم ذرات در حال غرق شدن را بالا می برد که چگالی آنها از فاز مایع بزرگتر است. فرایند سابق ، مواد جامد با چگالی کم که روی سطح شناور است ، پایین می آید و پراکنده می شود (Khazam and Kresta ، 2008 Khazam ، O. and Kresta ، S. M. ، مکانیسم های مواد جامد در مخازن هم زده می شوند. مجله مهندسی شیمی ، 86 ، 622 (2008). ؛ مرسان و همکاران ، 1998 Mersma ، A. ، Weer ، F. ، Maurer ، S. and Bartosch ، K. ، پیش بینی نظری حداقل سرعت همزن در تعلیق های آشفته مکانیکی. مهندسی و پردازش شیمی ، 37 ، 503 (1998).). نوسانات سطح آزاد و گرداب خارج از مرکز حرکت ذرات شناور را پیچیده تر می کند. با این حال ، ادبیات در مورد شبیه سازی عددی اختلاط و پراکندگی ذرات شناور نسبتاً کمیاب است. Waghmare و همکاران.(2011 Waghmare ، Y. ، Falk ، R. ، Graham ، L. and Koganti ، V. ، ترکیبی از مواد جامد شناور در مخازن هم زده: مطالعه مقیاس با استفاده از مدل سازی CFD. مجله بین المللی داروسازی ، 418 ، 243 (2011).) یک همبستگی نیمه تجربی برای پیش بینی میزان کاهش ذرات شناور از طریق پیوند شبیه سازی و اندازه گیری تجربی ایجاد کرد. میزان کاهش آن با میانگین سرعت مایع سطح آزاد ارتباط دارد. لی و همکاران.(2014 Li ، L. C. ، Xu ، B. and Yang ، J. ، ذرات غرق شدن/شناور ویژگی های تعلیق جامد در مخزن هم زده بر اساس شبیه سازی CFD. مجله مهندسی مکانیک (چینی) ، 50 ، شماره 12 ، 185 (2014).) هر دو مخلوط جامد مایع ذرات شناور و ذرات در حال غرق شدن را شبیه سازی کرد ، که تفاوت زیادی در خصوصیات تعلیق داشتند. غلظت ذرات در حال غرق شدن به همراه ارتفاع کاهش می یابد در حالی که ذرات شناور برعکس بود. Qiao و همکاران.(2014 Qiao ، S. ، Wang ، R. ، Yang ، X. and Yan ، Y. ، CFD پیش بینی اثرات طراحی پروانه بر روی مواد جامد شناور مخلوط کردن در مخازن هم زده با توربین های تیغه ای. No. 5 ، 373 (2014).) اثرات پروانه های بالا و پایین پمپ را در مخلوط کردن و پراکندگی ذرات پلی اتیلن در آب مقایسه کرد. سایر محققان اثرات پارامترهای مختلف مواد و/یا ساختارهای کشتی را برانگیخته بر روی ذرات شناور که با کمک آزمایش ها مخلوط می شوند ، بررسی کردند (گیدا و همکاران ، 2009 گیدا ، A. ، فن ، X. ، پارکر ،

D. J.، Nienow، A. W. و Barigou، M.، ردیابی ذرات انتشار پوزیترون در یک سوسپانسیون جامد-مایع ذرات درشت که به صورت مکانیکی هم زده می شود. تحقیق و طراحی مهندسی شیمی، 87، شماره 4، 421 (2009).; Karcz and Mackiewicz, 2007 Karcz, J. and Mackiewicz, B., اثری از ترشوندگی ذرات بر روی کاهش جامدات شناور در یک مخزن آشفته گیج شده مجهز به پروانه با سرعت بالا. مهندسی شیمی و فرآیند، 28، 661 (2007).; 2009; Ozcan-Taskin، 2006 Ozcan-Taskin، G.، اثر مقیاس بر کاهش جامدات شناور. علوم مهندسی شیمی، 61، 2871 (2006).; Wojtowicz، 2014 Wojtowicz، R.، انتخاب یک کشتی بهینه همزن برای تخلیه جامدات شناور. تحقیقات شیمی صنعتی و مهندسی، 53، 13989 (2014).).

تحقیقات موجود در مورد اختلاط و پراکندگی ذرات شناور از آب به عنوان فاز مایع استفاده کرده و تأثیر ویسکوزیته مایع را از دست داده است. با این حال، مواد چسبناک معمولاً در تولید واقعی استفاده می شوند. این مقاله به بررسی اختلاط و پراکندگی ذرات شناور در یک سیستم چسبناک می پردازد. سه پروانه معمولی برای بررسی اثر نوع پروانه بر اختلاط جامد و مایع با شبیه سازی عددی انتخاب شدند.

روش شناسی تجربی MODELAND PHYSICAL