IJCE 国际化学工程杂志》上 1687 - 8078 1687 - 806 x Hindawi 10.1155 / 2018/2787641 2787641 研究文章 开发的混合过程使用一个HB-Type叶轮容易实现扩大通过保持几何相似 http://orcid.org/0000 - 0002 - 4351 - 1578 加藤 Yoshihito 1 http://orcid.org/0000 - 0002 - 2791 - 502 x 古河道 子》 1 Ikeda Yasuyuki 2 录像 Toshikazu 2 佐野 佐藤 3 富冈 吴克群 3 Ramkrishna Doraiswami 1 生命科学与应用化学 名古屋理工学院 Gokiso-cho Showa-ku Nagoya-shi 爱知466 - 8555 日本 nitech.ac.jp 2 朝日Glassplant Inc .) 1978年 Takahama Arao-shi 熊本864 - 0025 日本 3 Takasago化工有限公司 3-14-8 Hachimangi Kawaguchi-shi 埼玉县334 - 0012年 日本 2018年 24 10 2018年 2018年 23 04 2018年 18 06 2018年 26 09年 2018年 24 10 2018年 2018年 版权©2018 Yoshihito加藤等。 这是一个开放的文章在知识共享归属许可下发布的,它允许无限制的使用,分布和繁殖在任何媒介,提供最初的工作是正确的引用。

近年来,一种新的家庭基本类型(HB-type)叶轮是基于观察条纹线的模式。HB叶轮必须简单、快速和稳定(3 s)。HB叶轮时用于实验室烧杯,HB叶轮的混合性能优于普通圆柱搅拌酒吧。此外,一个工业规模的HB叶轮建造基于观察条纹线和孤立的混合区域的船只。目前作者认为扩大的混合过程非常容易,因为叶轮的几何形状可以保持一致当从实验室规模扩大到工业规模。

 Takasago 名古屋理工学院 朝日Glassplant公司 1。介绍

尽管大量的工程数据和混合过程已报告,成功扩大混合过程的设计和操作非常困难,因为混合过程涉及大量的参数。

有一些基本规则扩大混合过程,包括常数单位体积功耗,叶轮叶尖速度恒定,传热系数不变,不变的传质体积系数,和常数悬浮旋转叶轮速度。难点之一扩大混合过程的是当我们优化控制参数,这样做可能造成负面影响其他参数。当雷诺数是恒定的小型或大型混合容器、单位体积功耗不能保持不变。因此,如果相同的物理性质的材料是用于工业生产,是不可能复制同样的现象完全在一个实验室规模。当从一个实验室扩大过程工业过程进行几何相似性通常无法维持。例如,当一个圆柱形磁搅拌棒用于小规模的过程在实验室里,搅拌桨的混合容器可用于相应的大规模工业过程。此外,搅拌叶轮,如叶片、涡轮螺旋桨,锚,螺旋丝带,和一些小说巨大的桨叶轮,已经开发出来。

近年来,一些巨大的桨叶轮,包括Maxblend (MB), Fullzone (FZ) Supermix MR205 (MR205) Sammeler (SM)、Hi-F混合器(HiF),和Bendleaf(提单),是由日本公司( 1- - - - - - 3]。这些叶轮是非常有用的在一个广泛的雷诺数。

井上et al。 4)提出了一个条纹线理论来估计混合容器的性能和得出结论,条纹线的模式是一个混合的迹象。在前面的论文,作者发现重要的混合性能的各种巨大的桨叶轮使用条纹线可视化方法提出的井上等。此外,液体高度被发现是一个非常重要的因素当MB和FZ叶轮在层流区域使用。

目前作者发明了一个新房子基本类型(HB-type)叶轮,基于本垒的形状的名称用于棒球、使用范围广泛的雷诺数下,如图 1( 5]。HB-type叶轮必须简单、快速和稳定(3 s)。(1)简单:由于叶轮几何很简单,洗叶轮是容易的,生产成本低。无数的HB叶轮适用于小批量生产的产品。(2)快速:混合时间很短。(3)稳定:条纹线模式下是稳定广泛的雷诺数。即使液体高度发生了变化,HB叶轮已经证明了稳定、良好的混合性能。

HB-type叶轮的示意图。

目前作者开发了一个混合过程使用一个实验室规模的HB-type叶轮,中试规模,一个工业规模。在本文,作者展示的混合性能HB叶轮和扩大系统使用HB叶轮搅拌过程的。

 2。实验

两种类型的混合容器没有挡板用于中试规模的船。观察条纹线时,容器直径是0.150米,在叶轮和丙烯酸树脂。混合过程中观察到的时候,血管直径是0.185米,叶轮用于平面和凹陷的底部是由不锈钢制成的。混合流体是一种淀粉糖浆的解决方案,这是充满高度等于容器直径( H= D)。的功耗测量轴扭矩测量方法使用扭矩计(st - 3000, SATAKE有限公司)。条纹线被萤光素钠可视化和混合过程可视化的碘漂白反应。

实验的可视化条纹线是由萤光素钠溶液和一个激光平面。0.025 g萤光素钠粉末溶解成100毫升淀粉糖浆的解决方案准备相同的粘度溶液混合流体。萤光素钠溶液被注入一个叶轮通过叶轮空心轴尖。萤光素钠溶液由平面激光垂直照射观察条纹线。

漂白实验是基于氧化还原反应。采用硫代硫酸钠和碘氧化和还原剂,分别。硫代硫酸钠和碘溶解入淀粉糖浆混合解决方案获得相同的粘度液体。硫代硫酸钠溶液和碘溶液的浓度为0.5 mol / l。碘溶液添加到混合流体,然后是硫代硫酸盐的解决方案是添加到混合液体在液体表面。碘溶液和硫代硫酸盐溶液的比例是1到1.4。这个比例可以轻易判断混合时间( 5]。所以,添加碘溶液和硫代硫酸盐溶液的体积是1毫升和2.8毫升,分别。这些实验方法同以前的论文 6]。

一个500毫升玻璃烧杯是用于小规模实验。一个小规模的HB叶轮由聚四氟乙烯板安装在圆柱搅拌棒,如图 2。容器直径 D,叶轮直径 d,叶轮高度 b0.085米,0.05米,0.045米,分别。附件和删除普通圆柱搅拌棒的HB叶轮很容易,因为搅拌棒只是被迫进入一个洞的下部HB叶轮。

HB-type搅拌棒。

 3所示。结果与讨论 3.1。混合中试规模的HB叶轮的性能

首先,数据 3和 4显示典型的条纹线模式时桨叶轮。虽然条纹线的模式是不同的在不同的雷诺数,观察同样的模式在同一雷诺数,即使叶轮转速和容器的大小改变。一对孤立的混合区域(imr)观察在层流区域Re = 10和70年。

条纹线模式桨叶轮的Re = 10 (a)和Re = 2600 (b)。

搅拌桨的条纹线模式= 70。(一) n = 25 rpm;(b) n = 50 rpm;(c)直径= 1.3 D。

图 5显示了一个典型的时间序列HB叶轮的条纹线模式。条纹线的模式迅速蔓延整个船几叶轮的旋转,而没有IMR观察。

HB-type叶轮产生的条纹线。(一)旋转= 4;(b)旋转= 6;(c)旋转= 10;(d)旋转= 14。

数据 6和 7显示混合过程的时间序列的HB叶轮。IMR形状像一个甜甜圈中没有观察到层流区域,并没有观察到圆柱旋转区(CRZ)动荡的地区船只与一个平面或碟形底。最重要考虑的操作HB叶轮的分期挡板没有必要在一个广泛的雷诺数。最优比例的叶轮直径容器直径( d / d)被发现0.6到0.7。这个比例是一样的,其他的时宽桨叶轮考虑。权力的HB叶轮估计(1)层流地区的相关性MB, FZ,和MR205和动荡的地区,(2)的相关性可以使用桨叶轮时叶轮被认为是高度 b′(见图 1)[ 7]。

混合过程中HB叶轮在Re = 100,平底(0,(b) 10年代,15 s (c),和(d) 30年代)和碟形底((e) 0, (f) 10年代,(g) 15年代,和30年代(h)) ( μ= 0.29 Pa·年代, ρ= 1327公斤/米3, n = One hundred. rpm)。

混合过程Re = 23000 HB叶轮的平底(0,(b) 5 s (c) 8 s (d) 10 s)和一个碟形底((e) 0 (f) 5 s, 10 s (g),和(h) 12 s) ( μ= 1 mPa·年代, ρ= 1000公斤/米3, n = One hundred. rpm)。

 3.2。混合实验室规模的HB叶轮的性能

数据 8和 9显示使用正常磁圆柱搅拌混合过程栏和HB叶轮500毫升烧杯,分别。流体粘度是60 mPa·年代圆柱形搅拌棒,而HB-type搅拌棒(朝日Glassplant Inc .)实现完成混合在烧杯,如图 9。数据 10和 11显示正常的圆柱形搅拌的混合过程栏和HB叶轮500毫升烧杯装满了去离子水在动荡的地区。CRZ被观察到在船激起了一个正常的酒吧,如图 10。然而,CRZ没有观察到在船mixied HB-type酒吧,和完整的混合实现快速转速较低。很难测量功耗HB叶轮的实验室规模,因为它是用于电磁搅拌器。然而,功耗能够估计的相关性的HB叶轮 7]。

混合使用正常的酒吧 n = One hundred. rpm。(一)0年代,60年代,(b) (c) 120年代和300年代(d)。

混合使用一个HB-type酒吧 n = One hundred. rpm (Re = 80)。(一)0,(b) 10年代,(c) 20年代,60年代(d)。

混合使用正常的酒吧 n = 200年 rpm。(一)0,(b) 5 s (c) 20年代,(d) 40年代。

混合使用一个HB-type酒吧 n = One hundred. rpm (Re = 4200)。(一)0,(b) 5 s, s (c) 13。

如上所述,可以使用HB-type叶轮在一个小规模的船。另一方面,其他的时宽桨叶轮由日本公司不能使用,因为他们的几何形状非常复杂。此外,这些其他叶轮的几何形状复杂,这使得他们很难洗,他们不适合实验室使用。

一般来说,在有机合成、聚合、无机反应,催化剂分散,一个正常的圆柱形搅拌棒。然而,拟议的HB叶轮将提高这种合成反应的效率在层流区域。如图 8使用正常,完成混合无法实现。

 3.3。工业规模扩大的HB叶轮

一个工业规模的HB叶轮( D= 1.7 m)开发了Takasago化工有限公司基于上述考虑,如图 12。

扩大系统的HB叶轮。(一)实验室规模(500毫升),(b)中试规模(5 L)和(c)工业规模(4米3)。

 4所示。结论

扩大小说的HB-type叶轮变得非常容易,因为叶轮的几何形状可以从一个实验在实验室规模保持一致在工业规模生产。此外,由于几何相似是维护,该HB-type叶轮地址的一个困难,扩大工业规模生产。

 命名法 b:

叶轮叶片的高度(米)

 b′:

放电的部分叶轮叶片高度(米)

 D:

容器直径(米)

 d:

叶轮直径(米)

 H:

液体深度(米)

 n:

叶轮转速(s−1)

 再保险:

叶轮雷诺数(= nd2 ρ/ μ)(-)

 μ:

液体粘度(Pa·s)

 ρ:

液体密度(公斤·m−3)

 数据可用性

使用的实验数据来支持本研究的结果包括在本文中。

 的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

 确认

作者要感谢Masashi一品”先生,Shota大谷先生,铃木圭佑先生和Yutaka Hiragushi进行实验的支持。本研究在名古屋理工学院的支持下,朝日Glassplant Inc .和Takasago化工有限公司

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