EFECTO DE LA FORMA DE LA HOJA SOBRE EL DESEMPEÑO DE SEIS FILOS DE DISCO LOS IMPULSORES DE TURBINA

OBJETIVO

El objetivo de este trabajo es comparar palas diferentes diseños de turbina de disco de seis, para definir el mejor desempeño alternativo para el reequipamiento para operación con turbinas Rushton.

INTRODUCCIÓN

La agitación es uno de los factores importantes en los procesos de reacción químicos y bioquímicos. Procesos de gas-líquido, en particular, como la fermentación y una variedad de procesos de oxigenación y de hidrogenación, necesitan una gran capacidad de manejo de gas y una dispersión de gas eficaz para generar un área tan grande como sea posible interfacial.

Las turbinas de disco son impulsores de flujo radial que son particularmente adecuados para la dispersión de gas-líquido a través de la agitación mecánica.

La turbina Rushton estándar es una turbina de disco de seis palas y uno de los impulsores más habituales que se encuentran en la industria. Sin embargo, han sido identificados algunos puntos débiles de la turbina Rushton como un dispersor de gas ideal. En primer lugar, hay una caída importante en la demanda de energía después de que se introdujo el gas, por lo general más de 50% del valor. En segundo lugar, la capacidad de manejo de gas de la turbina Rushton se ve obstaculizada por las inundaciones que ocurren en el flujo de gas relativamente baja.

El diseño de hoja perforada era un enfoque diferente, intentó sin éxito por van't Riet para la modificación de la turbina Rushton. Recientemente se ha informado, que una hoja perforada podría mejorar significativamente la eficiencia de transferencia de oxígeno, así como la eficiencia de descarga de la turbina Rushton.

EXPERIMENTAL Y MÉTODOS

El trabajo experimental se llevó a cabo en un recipiente de fondo plano cilíndrico hecho de metacrilato transparente con T de diámetro interno 0.392 m, provisto de cuatro deflectores completos equiespaciados de anchura T/10.

El tanque fue encerrado en un agua chaqueta del mismo material, para la visualización de flujo libre de distorsión. El líquido de trabajo era agua del grifo, con la profundidad H dando una relación de aspecto H / T igual a 2. Se introdujo aire comprimido en el tanque a través de un burbujeador de 60 mm de diámetro en T /10 de la parte inferior.

La agitación fue proporcionada por diferentes conjuntos de turbinas de disco de seis palas dobles impulsados por un motor de velocidad variable. Se estudiaron turbina Rushton estándar con diámetro D=T/3, como el impulsor de referencia, y otros seis modelos blade modificados.

Para cada tipo de turbina, la velocidad de rotación era tal que la entrada de energía específica ungassed era 0,125, 0,25, 0,5, 1,0, 2,0, y 4,0 kW / m3.

El aclaramiento inferior de la turbina inferior era T/2, y el espacio libre entre los impulsores era T.

Potencia. Se calculó el consumo de energía del agitador P, de acuerdo con su definición. La velocidad de rotación N se midió usando un tacómetro fotoeléctrico digital (0.008 s-1).

Inundaciones. El régimen de inundación es la condición bajo la cual la agitación no es suficientemente intenso para el impulsor para dispersar el gas convenientemente, ya sea porque se redujo N o porque QG se incrementó. Como la tasa de flujo de aire se incrementó a velocidad de rotación constante, una condición se detectó visualmente para que el aire que fluye en el impulsor comenzó a subir a lo largo del eje siguiendo una trayectoria helicoidal.

Entre etapas tipo de cambio. Se midió la tasa de cambio entre etapas usando una técnica de recuento seguidor Flow como elsewhere. Fueron dispersados un número de 1-5 partículas neutraly boyantes con diámetro de 3-5 mm en el volumen del tanque.

Tiempo de mezclado. Se midió con una configuración de doble impulsor, utilizando el método de conductividad eléctrica con NaCl como trazador.

Volumétrico de transferencia de oxígeno Coeficiente KLa. El coeficiente de transferencia de masa volumétrica general KLa se midió en 25 (0,5 ° C por medio de la técnica de peróxido de estado estacionario descomposición con dióxido de manganeso.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Consumo de energía. Las características de potencia gaseados se obtuvieron para los diversos turbinas a velocidad de giro constante correspondiente en respuesta a entradas de alimentación ungassed de 0,125, 0,25, 0,5, 1, 2, y 4 kW / m3. Como se puede observar en la figura 4.

Entonces, la tasa de gas se aumentó por etapas hasta 1,0 vvm

Algunas de las parcelas no se extienden a toda la gama de QG debido al inicio de las inundaciones en bajos N.

La cuchilla forma determina el comportamiento de la turbina que se refiere al consumo de energía celular. Por lo convexo y los angulado-90 ° turbinas, la caída de potencia con el aumento de caudal de aire es más o menos tan aguda como la de la turbina Rushton.

Debido a que esto se debe a la formación de grandes cavidades de gas detrás de las cuchillas, las caídas de potencia será menor si su tendencia a formar es reducirse.

Inundaciones. Los impulsores que son capaces de manejar altos valores de la velocidad del gas superficial vG sin inundar ofrecen ventajas para la retención de gas y mejora KLa. Además, debido a que su número energía es más baja, que se pueden utilizar a mayor diámetro de impulsor que al tanque de D / T para obtener la misma potencia de entrada.

Entre etapas Tipo de Cambio. El tipo de cambio de líquido entre etapas, Qi, se encontró que era proporcional a la velocidad de rotación N. Esto está de acuerdo con lo que ya se había establecido para los tanques de turbina agitado multi-Rushton en el régimen turbulento análisis de los valores del número de intercambio entre etapas.

El flujo neto de líquido a través de cualquier sección transversal del tanque, por lo tanto, entre las etapas superior e inferior, debe ser cero. Por lo tanto, dada la simetría de los patrones de flujo con relación al plano horizontal que separa las etapas, el valor promediado en el tiempo del vector de velocidad vertical en cualquier punto en un plano como también debe ser cero. Esto significa que el intercambio de líquido entre las etapas de agitación, en lugar de ser debido a la convección, es causado por fluctuaciones de la velocidad instantánea del vector en la dirección z.

La figura 5 muestra claramente una fuerte correlación entre los datos Fli y NP.

Tiempo de mezclado. Se encontró que el tiempo de mezclado para un doble impulsor a variar inversamente con la velocidad de rotación N, excepto cuando la mezcla se vio frenado por la aparición de aireación superficial. Bajo agitación turbulenta, constante de tiempo de mezcla adimensional es una predicción teórica de análisis dimensional que ya había sido verificada con una variedad de múltiples configuraciones y tamaños de impulsor Rushton.