Optimization of geometry of a helical ribbon impeller operating in the laminar flow of the liquid

• Autorzy: Szulc K.

Warianty tytułu

PL

Optymalizacja geometrii mieszadeł wstęgowych pracujących w zakresie laminarnego przepływu cieczy

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Measurements of instantaneous velocity distributions during mixing of high-viscosity liquid in a mixer were carried out with the application of ribbon impellers. The measurements were performed using a laser anemometer( (BSA, Dantec) and the LDA method. On basis of experiments and proposed by the author 3D, dimensionless, parameter-free mathematical model of the mixer with a ribbon impeller, the determination of experimental and theoretical circulation time τ_c, homogenization time τ_m and a value of secondar circulation, in the mixer V_s was performed. The experimental and theoretical dimensionless moduli of circulation time K_c and homogenization time K_m were determined. Furthermore, a value of mixing power P and actual amount of energy transferred to the mixer - impeller system were calculated. The author proposed his own definition of effectivity: e_m = P τ_m. The effectivity defined in this way was used to optimize the mixer - impeller system in the investigated scope of geometry.

PL

Wykonano pomiary rozkładów prędkości chwilowych w cieczy o dużej lepkości, w mieszalniku podczas jej mieszania mieszadłami wstęgowymi. Pomiary przeprowadzono za pomocą anemometru laserowego BSA firmy Dantec, metodą LDA. Na podstawie badań doświadczalnych oraz w oparciu o zaproponowany własny bezwymiarowy i bezparametrowy model matematyczny 3D mieszalnika z mieszadłem wstęgowym wyznaczono doświadczalne i teoretyczne czasy cyrkulacji τ_c, homogenizacji (zmieszania) τ_m oraz wartości cyrkulacji wtórnej V_s w mieszalniku, a także moduły czasów cyrkulacji K_c i czasów zmieszania K_m. Wyznaczono wartość mocy mieszania P oraz faktycznej ilości energii e_m przekazanej do układu mieszadło-mieszalnik. Zaproponowano własną definicję efektywności em = P τ_m. Określoną w powyższy sposób efektywność em wykorzystano do optymalizacji układu mieszadło-mieszalnik w przebadanym zakresie geometrii.

Słowa kluczowe

EN

mixing; ribbon impeller; draught tube; modeling; high viscou liquid

PL

mieszanie; mieszadło wstęgowe; rura cyrkulacyjna; modelowanie; ciecz o wysokiej lepkości

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich
• Czasopismo: Inżynieria i Aparatura Chemiczna
• Rocznik: 2013
• Tom: Nr 3
• Strony: 255--258
• Opis fizyczny: Bibliogr. 28 poz., tab., fig.

Twórcy

autor

Szulc K.

• Katedra Aparatury Procesowej, Wydział Inżynierii Procesowej i Ochrony Środowiska, Politechnika Łódzka, Łódź

Bibliografia

• 1. Carreau P.J», Patterson I., Yap C.Y., 1976. Mixing of viscoelastic fluids with helical-ribbon agitators -I. Mixing time and flow patterns. The Can. J. Chem. Eng. 54, 135-142. DOI: 10.1002/cjcc.5450540303
• 2. Chavan V.V., Ulbrccht J., 1973. Power correlations for close-clearance screw impellers in non-newtonian liquids, Ind. End. Chem. Process Des. Develop., 12,472-476
• 3. Delaplace G., et al., 2000. Circulation and mixing times for helical ribbon impellers. Review and experiments. Experiments in Fluids, 28, 170-182. DOI: 10.1007/s003480050022
• 4. Delaplace G., et al., 2006. An analytical model for the prediction of power consumption for shear-thinning fluids with helical ribbon and hclical screw ribbon impellers. Chem. Eng. Sci. 61, 3250-3259. DOI: 10.1016/j.ccs.2005.11.069
• 5. Dieulot J.-Y., Delaplace G., Guerin R., Brienne J.-P, Leuliet J.-C., 2002. Laminar mixing performances of a stirred tank equipped with helical ribbon agitator subjected to steady and unsteady rotational speed. Chem. Eng. Res. Des., 80, nr 4, 335-344. DOI: 10.1205/026387602317446371
• 6. Fradette L., et al., 2007. CFD phenomenological model of solid-liquid mixing in stirred vessels. Comp. Chem. Eng. 31, 334—345. DOI: 10.1016/j.comp-chcmcng.2006.07.013
• 7. Ho F.C., Kwong A., 1973. A guide to designing special agitators. Chem. Eng. nr 7, 94
• 8. Kaminoyama M., Watanabe M., Nishi K., Kamiwano M., 1999. Numerical simulation of local heat transfer coefficient in stirred vessel with impeller for highly viscous fluids, J. Chem. Eng. Japan, 32, nr 1, 32-30. DOI: 10.1252/jccj.32.23
• 9. Ihejirika I., Ein-Mozaffari F., 2007. Using CFD and Ultrasonic Velocimetry to Study the Mixing of Pseudoplastic Fluids with a Helical Ribbon Impeller. Chem. Eng. Technol., 30, nr 5, 606-614. DOI: 10.1002/ccat.200700006
• 10. Kuncewicz C., Pietrzykowski M., 2001. Hydrodynamic model of a mixing vessel with pitched-blade turbines. Chem. Eng. Sci., 56, nr 15, 4659-4672. DOI: 10.1016/S0009-2509(01)00119-1
• 11. Kuncewicz C., Pietrzykowski M., Szulc K., 2001. Modelowanie hydrodynamiki mieszalnika dla mieszadeł wstęgowych pracujących w ruchu laminarnym, Ini Chem. Proc. 22,461-481
• 12. Kuncewicz C., Szulc K., Budzyński P. 2001. Modelowanie przepływu cieczy wysokolepkiej w mieszalniku dla mieszadeł ślimakowych, Ini. Chem. Proc. 22, 3C, 837-842
• 13. Kuncewicz C., Szulc K., Kurasiński T., 2003. Hydrodynamika cieczy wysokolepkiej wewnątrz mieszalnika z mieszadłem ślimakowym bez dyfuzora, Inż. Ap. Chem. 42, nr3s, 107-108
• 14. Kuncewicz C., Szulc K., Kurasiński T., 2005. Hydrodynamics of the tank with a screw impeller, Chem. Eng. Proc. 44, 766-774, DOI: 10.1016/j.ccp.2004.08.006.
• 15. Maingonnat J.F., Doublier J.L., Lefebvre J., Delaplace G., 2008. Power consumption of a double ribbon impeller with newtonian and shear thinning fluids and during the gelation of a iota-carrageenan solution. J. Food Eng. 87, 82-90. DOI: 10.1016/j.jfoodcng.2007.11.015
• 16. Rahimi M., Kakekhani A., Alsairafi A.A., 2010. Experimental and computational fluid dynamic (CFD) studies on mixing characteristics of a modified helical ribbon impeller. Korean J. Chem. Eng., 27, nr 4, 1150-1158. DOI: 10.1007/s11814-010-0222-7
• 17. Nagata S., Yanagimoto M., Yokoyama T„ 1956. Studies on the mixing of high viscous liquids. Mem. Fac. Eng. Kyoto Univ. 18, 444-460
• 18. Niedzielska A., 2004. Modelowanie wymiany ciepła dla mieszadła wstęgowego. Praca doktorska. Politechnika Łódzka, Łódź
• 19. Novak V., 1970. Thesis, Prague Institute of Chemical Technology, Prague
• 20. Prokopec L., Ulbrecht J., 1970. Rührleistung eines Schraubenrührcrs mit Leit-rohr beim Mischen nichtncwtonschcr Flüssigkeiten. Chem.-Ing.-Tech. 42, 530-534. DOI: 10.1002/citc,330420804
• 21. Sanjuan-Galindo R., Heniche M., Ascanio G., Tanguy P.A., 2011. CFD investigation of new hclical ribbon mixers bottom shapes to improve pumping. Asia-Pac. J. Chem. Eng.; 6, 181-193. D01:10.1002/apj.537
• 22. Seichter P., 1981. Process characteristics of scrcw impellers with a draught tube for newtonian liquids. Pumping capacity of the impeller. Coll. Czech. Chem. Commun., 46, 2020-2031
• 23. Seichter P., Dohnal J., Riegcr F., 1981. Process characteristics of scrcw impellers with a draught tube for newtonian liquids. The power input, Coll. Czech. Chem. Commun., 46, 2007-2020
• 24. Serwiński M., Błasiński H., 1960. Chem. Stos, 3-4, 325
• 25. Stręk F., 1971. Mieszanie i mieszalniki, WNT, Warszawa
• 26. Szulc K., 2004. Modelowanie przepływu w mieszalniku - zakres laminarny, mieszadła wstęgowe i ślimakowe, Rozprawa doktorska, Politechnika Łódzka, Łódź
• 27. Szulc K., Kuncewicz Cz., 2006. Modelling of mixing time for ribbon impellers. Int. Chem. Proc. 27, 567-577
• 28. Takahashi K„ Sasaki M., Arai K., 1982. Eflfects of geometrical variables of helical ribbon impellers on mixing of highly viscous newtonian liquids, J. Chem. Eng. Japan, 15,217-224. DOI: 10.1252/jccj. 15.217