X'inhu r-rwol tal-Mixers Statiċi bħala Apparati għat-Tisħiħ tat-Trasferiment tas-Sħana f'Tubi PTFE?

Għal proċeduri li jeħtieġu kemm trasmissjoni tas-sħana kif ukoll taħlit, bħat-tisħin ta 'polimeri viskużi jew reazzjonijiet kimiċi fil-fluss, mixer statiku ġewwa tat-tubi PTFE jagħmel dmir doppju: iżid it-trasferiment tas-sħana billi jkisser il-profil tal-fluss laminari u fl-istess ħin iħallat il-fluwidu. Miksers statiċi huma kombinazzjoni ta 'dawn iż-żewġ apparati f'apparat wieħed mingħajr ma jiċċaqilqu komponenti. Miksers dinamiċi karatteristika partijiet li jiċċaqilqu. Skambjaturi tas-sħana separati huma pożizzjonati 'l isfel minn sezzjoni tat-taħlit. Għalkemm it-tubi PTFE huma magħrufa sew għall-inertezza kimika tiegħu u l-wiċċ li ma jwaħħalx, il-konduttività tas-sħana tagħha hija fqira. Il-miksers statiċi huma mezz b'saħħtu biex jingħelbu r-restrizzjonijiet tal-fluss laminari.

X'inhu Static Mixer?
Mixer statiku jikkonsisti f'numru ta' biċċiet stazzjonarji, mhux{0}}li jiċċaqilqu ġewwa tubu. Disinji komuni huma partijiet spirali (spirali), xfafar imqassma jew barrieri f'forma ta' X-, f'sekwenza ripetuta. Kull element, meta l-fluwidu jgħaddi mit-tubu, jaqsam in-nixxiegħa, idawwarha u ġġib lura flimkien mas-saffi ġirien. Il-fluwidu huwa kontinwament orjentat mill-ġdid f'direzzjonijiet radjali u ażimutali fuq it-tul tal-mixer .

Tubi PTFE Miksers statiċi jistgħu jsiru kompletament minn PTFE jew PFA (perfluoroalkoxy) f'tubi PTFE għal kompatibilità kimika sħiħa. Alternattivament, miksers tal-metall b'kisi PTFE huma disponibbli għal applikazzjonijiet fejn espożizzjoni modesta għall-metall hija permessa. Diversi fornituri speċjalizzati jipprovdu inserzjonijiet maħduma apposta-lesti biex jaqblu ma' dijametri ta' ġewwa ta' tubi PTFE komuni (6 mm sa 25 mm jew aktar).

Kif il-Misers Statiċi jtejbu t-Trasferiment tas-Sħana
Ir-reġim tal-fluss dominanti għal ħafna fluwidi viskużi trattati f'sistemi PTFE huwa fluss laminari f'tubu lixx, u t-trażmissjoni tas-sħana hija l-aktar permezz tal-konduzzjoni. Tqum profil tal-veloċità parabolika: il-fluwidu fin-nofs jivvjaġġa aktar malajr minn dak qrib il-ħajt. Din id-dispersjoni tal-veloċità twassal għal gradjent qawwi ta 'temperatura radjali. Il-qalba sħuna (jew kiesħa) hija iżolata termalment mill-ħajt. Il-koeffiċjent ġenerali tat-trasferiment tas-sħana huwa baxx.

Il-konfigurazzjoni tat-trasferiment tas-sħana ta 'tubu PTFE f'mixer statiku teqred dan il-profil kompletament. Kull element tal-mixer kontinwament jorjenta l-fluwidu miċ-ċentru għall-ħajt u viċi versa. Minflok jiċċirkola f'korsa dritta f'saffi, il-fluwidu jgħaddi minn advection kaotika. Il-mekkaniżmi ewlenin huma:

Taħlit radjali - Trasferiment fiżiku tal-kostitwenti tal-fluwidu miċ-ċentru tat-tubu għar-reġjun tal-ħajt qrib fejn iseħħ l-iskambju tas-sħana.

Tħarbit tas-saff tal-konfini - Is-separazzjoni tal-fluss lokali u l-vortiċi sekondarji ġġenerati mill-elementi tal-mixer irqaq is-saff tal-konfini termali.

Ekwalizzazzjoni tat-Temperatura - It-taħlit kostanti ta' fluwidu sħun u kiesaħ jirriżulta fi profil tat-temperatura kważi konsistenti fuq kull cross-section. L-ebda hot spots u l-ebda kanali kesħin.

Dan iwassal għal żieda sinifikanti fin-numru Nusselt (Nu) fuq in-naħa tat-tubu. Titjib irrapportat b'mod regolari ta' 5 sa 10 darbiet il-valur laminari tat-tubu lixx-isseħħ bħala funzjoni tan-numru Reynolds, il-viskożità tal-fluwidu, u l-għamla tal-mixer. F'xi sitwazzjonijiet ta 'viskożità għolja, pereżempju polimeru jiddewweb b'Re < 100, il-qligħ jista' jkun ħafna akbar peress li l-mixer statiku jipprovdi taħlit radjali sfurzat fejn il-konvezzjoni naturali hija insinifikanti.

Trasferiment tas-sħana u taħlit simultanji: Każ ta 'intensifikazzjoni tal-proċessi
Il-miksers statiċi huma ta 'għajnuna kbira fl-ipproċessar kontinwu meta jkunu meħtieġa kemm l-omoġenità termali kif ukoll dik tal-kompożizzjoni. Ejja nikkunsidraw reattur tubulari fejn isseħħ reazzjoni eżotermika f'fluwidu viskuż. Fin-nuqqas ta 'mixer statiku, is-sħana ta' reazzjoni takkumula fiċ-ċentru tat-tubu li twassal għal tisħin żejjed lokalizzat, reazzjonijiet sekondarji u deterjorazzjoni tal-prodott. Il-ħajt tat-tubu kiesaħ għadu mhux sfruttat biżżejjed.

L-inserzjoni ta 'mixer statiku fit-tubu PTFE jipprovdi tliet vantaġġi fl-istess ħin:

Trasferiment imtejjeb tas-sħana għall-ħajt tat-tubu: Il-fluwidu sħun li ġej mill-qalba huwa kontinwament imbuttat lejn il-ħajt, minn fejn is-sħana titneħħa b'mod effettiv mill-likwidu li jkessaħ (jew mezz ta 'tisħin) fuq in-naħa tal-qoxra.

Profil tat-temperatura konsistenti - Il-gradjenti tat-temperatura radjali huma minimizzati, l-ebda garża sħuna.

Kompożizzjoni uniformi - Omoġenizza r-reaġenti bl-istess azzjoni ta' taħlit u tneħħi gradjenti ta' konċentrazzjoni.

F'din is-setup it-tubu PTFE iservi bħala reattur u skambjatur tas-sħana kollha f'wieħed - eżempju tipiku ta' intensifikazzjoni tal-proċess.

Il-Kompromess il-Kbir: Qasgħa tal-Pressjoni
Il-kompromess huwa bejn l-ispiża tal-ippumpjar vs l-intensità tat-taħlit. Miksers statiċi jikkawżaw tnaqqis fil-pressjoni ferm akbar minn tubu vojt. Il-fattur ta 'frizzjoni jista' jkun daqs 5 sa 20 darba akbar għal tul partikolari ta 'tubu skond in-numru u t-tip ta' elementi ta 'taħlit. Dan it-tkabbir huwa dovut għall-kontrazzjonijiet ripetittivi, espansjonijiet u bidliet fid-direzzjoni ta 'kull kostitwent.

Id-disinjaturi għandhom jibbilanċjaw iż-żieda fit-trażmissjoni tas-sħana maż-żieda fil-qawwa tal-ippumpjar. Dan it-tnaqqis fil-pressjoni jista' jkun aċċettabbli għal fluwidi ta' viskożità baxxa (eż. solventi bħall-ilma-). Għal fluwidi viskużi ħafna (eż. tidwib tal-polimeru jew żjut tqal) l-ispejjeż tal-ippumpjar jistgħu jkunu projbittivi. Madankollu, fir-reġim ta'-viskożità għolja, il-koeffiċjent tat-trasferiment tas-sħana tat-tubu-lixx huwa tant baxx li hemm bżonn ta' xi tip ta' awmentazzjoni. Il-miksers statiċi xi drabi huma l-unika soluzzjoni passiva prattikabbli, peress li jipprovdu taħlit effettiv anke f'numri Reynolds baxxi ħafna (Re<10).

Għall-ipproċessar kontinwu, il-waqgħa totali tal-pressjoni minn tubu PTFE b'mixer statiku hija normalment stmata bl-użu tal-korrelazzjoni pprovduta mill-manifattur. Regola ġenerali tipika hija li kull element ta 'taħlit se jżid tnaqqis fil-pressjoni ta' 5-20 dijametri ta 'tubu ta' tubu vojt, skond id-disinn ta 'l-element.

Fluwidi ideali u kundizzjonijiet tax-xogħol
Miksers statiċi huma adattati għal fluwidi ta 'viskożità għolja fin-nuqqas ta' konvezzjoni naturali. Fi flussi b'viskożità baxxa u veloċità għolja (Re > 4000) il-fluss huwa diġà turbulenti u l-benefiċċju inkrementali ta 'mixer statiku huwa inqas. Madankollu, anke fil-fluss turbulenti, mixer statiku jista 'jtejjeb it-taħlit radjali u jnaqqas id-distribuzzjoni ħażina tat-temperatura, speċjalment f'tubi qosra jew qrib id-daħliet tat-tubi.

Is-sistemi tat-trasferiment tas-sħana tat-tubu tal-mixer statiku PTFE huma tipikament użati għal:

Tisħin jew tkessiħ ta 'tidwib tal-polimeru (per eżempju ipproċessar ta' dispersjoni ta 'PTFE, estrużjoni tal-fluworopolimeru)

Reazzjonijiet kimiċi li huma viskużi u jeħtieġu kontroll preċiż tat-temperatura (eż. polikondensazzjoni, ikkurar epossidiku)

Ipproċessar ta' l-ikel u farmaċewtiku (eż. tisħin ta' ġuleppi, ġellijiet jew ingwenti) minħabba l-wiċċ ta' PTFE li ma jwaħħalx-li jipprevjeni l-fouling

Mogħdija Reżistenti Kimikament Ipprovduta Biss minn Tubi PTFE għal Fluwidi Korrużivi msaħħna fi Skambjaturi tas-Sħana tal-Metall

Fabbrikazzjoni tad-dwana u Mixers Statiċi PTFE Disponibbli
Il-miksers statiċi huma teknoloġija matura b'numru kbir ta 'materjali tat-tubi disponibbli kummerċjalment. Tubi PTFE huma disponibbli fi ftit varjetajiet:

Miksers PTFE kompletament - Makkinarju jew iffurmat mill-istokk PTFE. Dawn jipprovdu reżistenza kimika totali u jintużaw għal fluwidi ultra puri jew ħarxa. Inserzjonijiet personalizzati huma offruti minn fabbrikanti ta 'fluworopolimeru speċjali. Il-proċedura tal-manifattura hija billi taqtgħu jew iffurmaw elementi individwali u mbagħad tgħaqqadhom fuq virga ċentrali jew billi tuża disinn li jwaħħal sewwa.

Miksers tal-metall miksi PFA - Stainless Steel Core b'PFA jew PTFE Overmold. Dawn jippossjedu s-saħħa mekkanika tal-metall flimkien mar-reżistenza kimika tal-fluworopolimeru. B'mod ġenerali, huma irħas mill--miksers kollha tal-PTFE għal dijametri kbar.

Fillers u ppakkjar - L-ippakkjar każwali (eż. ċrieki Raschig jew sruġ PTFE) huwa soluzzjoni bi prezz baxx- għal xi applikazzjonijiet. L-ippakkjar bl-addoċċ ma jagħtix it-taħlit prevedibbli u ripetibbli ta 'mikser statiku inġinerija.

Id-disinjatur għandu jiżgura li l-OD tal-mixer statiku jista 'jdaħħal faċilment fit-tubi PTFE mingħajr forza żejda u li s-sistema tista' tappoġġja l-espansjoni termali. Il-koeffiċjent ta 'espansjoni termali ta' PTFE (≈ 10–15 × 10−5/ grad ) huwa għoli ħafna u l-mixer m'għandux jorbot jew jiddeforma t-tubu f'temperaturi estremi.

Konsiderazzjonijiet tad-Disinn u Limitazzjonijiet Prattiċi
Il-miksers statiċi għandhom ċerti vantaġġi iżda mhumiex aċċellenti. Għandhom jinżammu f'moħħhom ir-restrizzjonijiet li ġejjin:

Potenzjal ta' tniġġis - Il-ġeometrija ta' ġewwa kkomplikata tista' taqbad partiċelli jew sustanzi preċipitati. Din mhix problema għal fluwidi nodfa jew fluwidi bi ftit konċentrazzjoni ta 'solidi. Verżjonijiet ta' flussi mhux nodfa li jnaddfu waħedhom huma disponibbli (eż. komponenti helical mingħajr żoni staġnati).

Installazzjoni u tindif - Miksers statiċi huma diffiċli biex jitnaddfu in situ (CIP), peress li l-elementi interni jinterferixxu. Fejn il-prodott jinbidel spiss jista 'jkun preferut mixer li jista' jitneħħa jew inserzjoni ta 'PTFE li tintrema.

Tul tat-tubu - In-numru ta 'elementi (ħafna drabi minn 4 sa 20) iżid l-effikaċja tat-taħlit. Madankollu, tnaqqis fil-pressjoni ogħla hija maħluqa minn tulijiet itwal ta 'tubi b'kostitwenti numerużi. It-tul ottimali jiddependi fuq id-dazju tat-trasferiment tas-sħana meħtieġ u l-kapaċità tal-ippumpjar disponibbli.

Limiti tat-Temperatura - Mixers statiċi PTFE jistgħu jiġu utilizzati sa madwar 200 grad, madankollu l-materjal jirtab f'temperaturi ogħla li jikkawżaw deformazzjoni taħt stress indott mill-fluss. Għal temperaturi ogħla PFA hija għażla superjuri (ratata għal 260 grad).

Konklużjoni: Metodu Intensiv iżda B'saħħtu għat-Tnaqqis tal-Pressjoni
Miksers statiċi huma mod qawwi iżda intensiv ta 'waqgħa tal-pressjoni biex jinkiseb trasferiment simultanju tas-sħana u taħlit f'tubi PTFE. Dawn il-komponenti stazzjonarji huma kontinwament jerġgħu jidderieġu l-fluwidu miċ-ċentru tat-tubu għall-ħajt, u b'hekk ineħħu gradjenti ta' temperatura radjali. Intwera li jagħtu spinta lin-numru ta' Nusselt minn 5 sa 10 darbiet fuq tubu vojt taħt fluss laminari. Huma utli b'mod speċjali għal fluwidi ta' viskożità għolja fejn m'hemmx konvezzjoni naturali u għal kombinazzjonijiet ta' skambjatur tas-sħana ta' reattur-kontinwi fejn l-omoġeneità tat-temperatura u l-kompożizzjoni hija meħtieġa.

L-intensifikazzjoni tal-proċess tipikament tinvolvi l-kombinazzjoni ta 'diversi funzjonijiet f'apparat wieħed. L-approċċ huwa illustrat bl-użu ta 'mixer statiku f'tubi PTFE, li jipprovdi titjib tat-trasferiment tas-sħana u taħlit ta' fluwidu fl-istess tul ta 'tubi, mingħajr partijiet li jiċċaqilqu, enerġija elettrika jew kontrolli esterni. Il-metodu tat-trasferiment tas-sħana ta 'użu ta' tubu PTFE f'mixer statiku ta 'min konsiderazzjoni serja għall-inġiniera li jibnu sistemi għall-immaniġġjar ta' fluwidi reżistenti għall-korrużjoni,-purità għolja, jew viskużi. L-ispiża tal-ippumpjar addizzjonali għandha tkun ibbilanċjata kontra t-titjib tal-prestazzjoni termali. Il-miksers statiċi ħafna drabi huma l-aktar approċċ fattibbli u ta 'suċċess meta l-viskożità hija għolja u l-isfida tas-sħana hija severa.