Application of the reactive tracer method to study chaotic mixing in a twisted bend mixer

• Autorzy: Rożeń A. , Kopytowski J.

Warianty tytułu

PL

Zastosowanie metody regulującego trasera w badaniu chaotycznego mieszania w mieszalniku rurowym w formie giętych kolan przekręconych naprzemiennie względem siebie

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper presents the results of experimental study of reactive laminar mixing in a tubular reactor made up of a succession of pipe bends, alternately rotated by 90° with respect to the preceding bend. A system of competitive parallel reactions: acid-base neutralization and ester hydrolysis were used in the experiments. It was found that selectivity of test reactions depends strongly on the Reynolds number in a range of 80 < Re < 1200. The Dean roll-cells, formed in consecutive pipe bends, periodically change their orientation resulting in chaotic advection and faster mixing. A material processed in this mixer is not exposed to high shear rate or fouling, and pressure drop is low. Such features of an on-line mixer are desirable in the polymer, cosmetic and food industry.

PL

Przedstawiono wyniki badań doświadczalnych mieszania laminarnego z reakcją chemiczną w reaktorze rurowym w formie giętych kolan, przekręconych naprzemiennie względem siebie o kąt 90°. W eksperymentach użyto reakcji konkurencyjnych i równoległych: neutralizacji kwasu zasadą i hydrolizy alkalicznej estru. Wykazano, że selektywność reakcji testowych silnie zależy od liczby Reynoldsa w przedziale 80 < Re <1200. Komórki Deana, powstałe w kolejnych wygiętych odcinkach rur, periodycznie zmieniają swoją orientację, co prowadzi do powstania chaotycznej adwekcji i przyspiesza mieszanie. Materiał nie podlega dużym szybkościom ścinania, nie osadza się na ściankach, a spadek ciśnienia jest niewielki. Takie cechy mieszalnika przepływowego są pożądane w przetwórstwie polimerów, przemyśle kosmetycznym i spożywczym.

Słowa kluczowe

EN

laminar flow; chaotic advection; reactive tracer

PL

przepływ laminarny; adwekcja chaotyczna; traser reagujący

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich
• Czasopismo: Inżynieria i Aparatura Chemiczna
• Rocznik: 2018
• Tom: Nr 3
• Strony: 77--78
• Opis fizyczny: Bibliogr. 8 poz., rys.

Twórcy

autor

Rożeń A.

• Wydział Inżynierii Chemicznej i Procesowej, Politechnika Warszawska, Warszawa

autor

Kopytowski J.

• Wydział Inżynierii Chemicznej i Procesowej, Politechnika Warszawska, Warszawa

Bibliografia

• 1. Boesinger C., Le Guer Y., Mory M., (2005). Experimental study of reactive chaotic flows in tubular reactors. AIChE J., 51, 2122-2132. DOI: 10.1002/aic.10455
• 2. Castelain C., Berger D., Legentilhomme P., Mokrani A., Peerhossaini H., (2000). Experimental and numerical characterisation of mixing in a steady spatially chaotic flow by means of residence time distribution measurements. Int. J. Heat Mass Transfer, 43, 3687-3700. DOI: 10.1016/S0017-9310(99)00363-4
• 3. Changy C., Castelain C., Peerhossaini H., (2000). Chaotic heat transfer for heat exchanger design and comparison with a regular regime for a large range of Reynolds numbers. Appl. Therm. Eng., 20, 1615-1648. DOI: 10.1016/S1359-4311(99)00084-8
• 4. Jones S.W., Thomas O.M., Aref H., (1989). Chaotic advection by laminar flow in a twisted pipe. J. Fluid Mech., 209, 335-357. DOI: 10.1017/S0022112089003137
• 5. Mokrani A., Castelain C., Peerhossaini H., (1997). The effects of chaotic advection on heat transfer. Int. J. Heat Mass Transfer, 40, 3089-3104. DOI: 10.1016/S0017-9310(96)00361-4
• 6. Rożeń A., (2009). Investigation of micromixing in a tank reactor with a helical ribbon impeller. Chem. Proc. Eng., 30, 57-65
• 7. Sawyers D.R., Sen M., Chang H.-C., (1996). Effect of chaotic interfacial stretching on bimolecular chemical reaction in heli cal-coil reactors. Chem. Eng. J., 64, 129-139. DOI: 10.1016/S0923-0467(96)03132-6
• 8. Seader J.D., Southwick L.M., (1981). Saponification of ethyl acetate in curved-tube reactors. Chem. Eng. Commun., 9, 175-183. DOI: 10.1080/ 00986448108911022

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2018).