เครื่องมือวัดอัตโนมัติ | การกวนไม่ใช่แค่การคนวัสดุเท่านั้น: 

คู่มือฉบับสมบูรณ์เกี่ยวกับหลักการและประเภทของการกวน

การแนะนำ

เมื่อนำสภาพการทำงานจริงของถังปฏิกิริยาเคมีมาประกอบกัน ทีมงานด้านเทคนิคของ Auto Instrument จะวิเคราะห์หลักการทำงานของอุปกรณ์กวน และแก้ไขความเข้าใจผิดที่ว่า “ความเร็วรอบสูงขึ้นหมายถึงประสิทธิภาพการผสมที่ดีขึ้น” คู่มือนี้จะช่วยให้วิศวกรกระบวนการและอุปกรณ์เข้าใจหลักการกวน และเลือกใบพัดและพารามิเตอร์การทำงานได้อย่างเหมาะสม

ทีมงานภาคสนามหลายทีมเคยพบปัญหานี้มาแล้ว คือ เกิดกระแสน้ำวนชัดเจนในถังผสม แต่ตะกอนยังคงสะสมอยู่ที่ก้นถัง แม้จะเพิ่มความเร็วรอบแล้ว กระแสไฟฟ้าของมอเตอร์ก็เพิ่มขึ้นเรื่อยๆ แต่การผสมวัสดุที่ไม่สม่ำเสมอก็ยังไม่ดีขึ้น โครงสร้างของใบพัด ความสูงในการติดตั้ง ความหนืดของวัสดุ และรูปแบบการไหลภายในถัง ล้วนเป็นปัจจัยที่ส่งผลโดยตรงต่อประสิทธิภาพการกวน แม้จะมีกำลังมอเตอร์และความเร็วรอบเท่ากัน แต่ใบพัดที่มีการออกแบบแตกต่างกันก็สามารถสร้างสภาวะการไหลที่แตกต่างกันอย่างมากได้

1. หน้าที่การทำงานของอุปกรณ์กวนในกระบวนการทำงาน

การกวนช่วยขับเคลื่อนการไหลของวัสดุผ่านการหมุนเชิงกล การเป่าก๊าซ หรือการพ่นของเหลว เพื่อให้เกิดการสัมผัสที่เพียงพอระหว่างวัสดุหลายเฟส ส่งผลให้กระบวนการผสม การกระจายตัว การถ่ายเทความร้อน และการถ่ายเทมวลเสร็จสมบูรณ์ วัตถุประสงค์ของกระบวนการทั่วไปมีดังต่อไปนี้:

· การผสมของเหลว: ขจัดความแตกต่างของความเข้มข้นภายในถังโดยการหมุนเวียนของเหลว

· สารแขวนลอยของแข็ง: ช่วยขับเคลื่อนการไหลของของเหลวเพื่อป้องกันการตกตะกอนและการสะสมของอนุภาคของแข็ง

· การกระจายตัวของของเหลวสองชนิด: ทำให้ของเหลวชนิดหนึ่งแตกตัวเป็นหย droplets เล็กๆ แล้วกระจายหย droplets เหล่านั้นในของเหลวอีกชนิดหนึ่งโดยใช้แรงเฉือน

· การกระจายตัวของแก๊สและของเหลว: สลายฟองอากาศเพื่อขยายพื้นที่สัมผัสระหว่างแก๊สและของเหลว

· การถ่ายเทความร้อนและมวล: การหมุนเวียนของวัสดุอย่างต่อเนื่องช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการแลกเปลี่ยนความร้อนและการถ่ายเทมวล

วัตถุประสงค์ของกระบวนการที่แตกต่างกันย่อมต้องการของเหลวที่แตกต่างกัน การผสมของเหลวให้ความสำคัญกับอัตราการหมุนเวียน การแขวนลอยของของแข็งเน้นที่ความเร็วการไหลที่ก้นถัง การกระจายตัวของของเหลวต้องการแรงเฉือนเฉพาะที่เพียงพอ สำหรับกระบวนการปฏิกรณ์หลายๆ กระบวนการ เครื่องมือวัดจะถูกติดตั้งควบคู่ไปกับระบบกวนเพื่อตรวจสอบสภาพของวัสดุแบบเรียลไทม์ สำหรับการใช้งานกับสารละลายข้น เครื่องวัดความหนาแน่นของสารละลายข้นจะถูกนำมาใช้ในบางโครงการ เครื่องวัดความหนาแน่นทางเคมีมักใช้ร่วมกับถังผสมสำหรับการสังเคราะห์และกระบวนการแบบเป็นชุด ในฐานะผู้ผลิตเครื่องวัดความหนาแน่น เราได้พบเห็นกรณีภาคสนามมากมายที่ประสิทธิภาพการกวนส่งผลโดยตรงต่อความเสถียรของการสุ่มตัวอย่างและการวัดของเครื่องวัดความหนาแน่นของเหลวแบบออนไลน์ในอุตสาหกรรมและเครื่องวัดความหนาแน่นของเหลวทั่วไป

2. ประเภทหลักของการก่อกวน

การกวนแบ่งตามแหล่งพลังงานได้เป็น 3 ประเภท ได้แก่ การกวนด้วยกลไก การกวนด้วยแก๊ส และการกวนด้วยเจ็ท การกวนด้วยกลไกใช้มอเตอร์ในการขับเคลื่อนการหมุนของใบพัด ใบพัดแบบทั่วไป ได้แก่ ใบพัดแบบพาย ใบพัดแบบใบพัดตรง ใบพัดแบบกังหัน ใบพัดแบบสมอ และใบพัดแบบริบบิ้นเกลียว

1. เครื่องกวนแบบใบพัด ประกอบด้วยแกนกวนและใบพัด ซึ่งรวมถึงใบพัดแบบแบน ใบพัดเอียง และใบพัดแบบพาย มีโครงสร้างที่เรียบง่าย ถอดประกอบและบำรุงรักษาได้สะดวก เหมาะสำหรับการละลาย การผสม และการผสมของเหลวที่มีความหนืดต่ำถึงปานกลาง

2. เครื่องกวนใบพัด ด้วยใบพัดแบบใบพัดหมุน ทำให้เกิดการไหลตามแนวแกนที่รุนแรง ของเหลวถูกผลักไปตามแนวแกนแล้วไหลย้อนกลับเพื่อสร้างการหมุนเวียนขนาดใหญ่ เหมาะสำหรับการผสมของเหลวที่มีความหนืดต่ำ การละลาย และการแขวนลอยของของแข็งทั่วไป

3. เครื่องกวนแบบกังหัน โครงสร้างใบพัดหลายแบบ ได้แก่ ใบพัดตรง ใบพัดเอียง และใบพัดแบบจาน ใบพัดตรงแบบจานส่วนใหญ่สร้างการไหลในแนวรัศมี ในขณะที่ใบพัดเอียงสร้างการไหลแบบผสมระหว่างแนวแกนและแนวรัศมี ความสามารถในการลำเลียงและแรงเฉือนถูกกำหนดโดยมุมและโครงสร้างของใบพัด

4. เครื่องกวนสมอ ใบพัดหมุนใกล้กับผนังด้านในของถัง มีเส้นผ่านศูนย์กลางการกวนขนาดใหญ่และความเร็วในการทำงานต่ำ โดยส่วนใหญ่จะทำงานกับวัสดุที่อยู่รอบผนังถัง ความหนืดที่สูงขึ้นต้องการแรงบิดที่สูงขึ้นจากเพลาการกวน ดังนั้นจึงควรเผื่อกำลังมอเตอร์และตัวลดเกียร์ไว้ให้เพียงพอ

5. เครื่องกวนริบบิ้นเกลียว ใบพัดแบบเกลียวเรียงตัวตามแนวแกน การหมุนจะผลักวัสดุให้เคลื่อนที่ไปตามแนวแกน และเกิดการหมุนเวียนพร้อมกับการไหลย้อนกลับภายในถัง จึงนิยมใช้กันอย่างแพร่หลายในการกวนวัสดุที่มีความหนืดสูง

6. การกวนแก๊ส ก๊าซอัดเข้าสู่เฟสของเหลวผ่านอุปกรณ์กระจายก๊าซ ฟองอากาศที่ลอยขึ้นจะขับเคลื่อนการไหลเวียนของของเหลวพร้อมทั้งทำให้เกิดการถ่ายเทมวลระหว่างก๊าซและของเหลว

7. การกวนด้วยเจ็ท ของเหลวที่มีแรงดันจะถูกพ่นออกมาทางหัวฉีดโดยปั๊มหมุนเวียน เพื่อดึงเอาสารที่อยู่รอบข้างเข้ามาผสมด้วย ทำให้เกิดการหมุนเวียนในถัง มุมของหัวฉีด อัตราการไหลเวียน และการสูญเสียในท่อส่ง ล้วนส่งผลโดยตรงต่อผลลัพธ์ของการกวน สำหรับสารที่มีอนุภาคของแข็ง ควรประเมินความเสี่ยงของการสึกหรอและการอุดตันของหัวฉีดล่วงหน้า

3. หลักการพื้นฐานของการกวนในสนามการไหลหลัก

การกวนด้วยกลไกจะถ่ายโอนพลังงานกลจากใบพัดไปยังวัสดุ ทำให้เกิดรูปแบบการไหลสามแบบ ได้แก่ การไหลตามแนวแกน การไหลตามแนวรัศมี และการไหลตามแนวสัมผัส โดยปกติแล้วสนามการไหลหลายแบบจะทับซ้อนและเกิดขึ้นพร้อมกันภายในถัง

1. การไหลตามแนวแกน วัสดุจะเคลื่อนที่ขึ้นลงตามแกนกวน ทำให้เกิดการหมุนเวียนขนาดใหญ่ภายในถัง ส่งผลให้เกิดการแลกเปลี่ยนวัสดุในระดับความสูงต่างๆ มีกำลังการลำเลียงโดยรวมสูง เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการผสมของเหลว การแขวนลอยของของแข็ง และการถ่ายเทความร้อน

2. การไหลแบบรัศมี ของเหลวถูกเหวี่ยงออกจากใบพัดไปยังผนังถัง กระดอนขึ้นและลงหลังจากกระทบผนัง แล้วไหลกลับไปยังใบพัด ใบพัดที่สร้างการไหลแบบรัศมีจะสร้างแรงเฉือนและความปั่นป่วนเฉพาะที่ที่รุนแรง ซึ่งเหมาะสมกว่าสำหรับกระบวนการกระจายหยดน้ำและฟองอากาศ

3. การไหลแบบสัมผัส วัสดุจะหมุนวนรอบแกนกวน การไหลในแนวสัมผัสที่มากเกินไปจะทำให้เกิดกระแสน้ำวนที่ผิวหน้า ซึ่งวัสดุจะหมุนไปพร้อมกันโดยมีการแลกเปลี่ยนในแนวดิ่งน้อย การติดตั้งแผ่นกั้นที่ผนังถังสามารถช่วยลดการหมุนในแนวสัมผัสได้อย่างมีประสิทธิภาพและช่วยปรับปรุงการไหลเวียนโดยรวมให้ดีขึ้น

ในถังจริง การไหลตามแนวแกน แนวรัศมี และแนวสัมผัสเกิดขึ้นพร้อมกัน ความเข้มของการไหลขึ้นอยู่กับชนิดของใบพัด ตำแหน่งการติดตั้ง และอุปกรณ์เสริมของถัง

4. ความสัมพันธ์ระหว่างความเร็วในการหมุนและกำลังการกวน

ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของใบพัด ความเร็วรอบ และคุณสมบัติของวัสดุ ล้วนส่งผลต่อการใช้พลังงานในการกวน ในสภาวะที่มีการไหลปั่นป่วน สูตรคำนวณกำลังของเพลาจะเป็นดังนี้:P = Np × ρ × n³ × D⁵ P — กำลังของเพลาใบพัด (วัตต์) Np — เลขกำลัง (ไม่มีหน่วย) ρ — ความหนาแน่นของของเหลว (กก./ลบ.ม.) n — ความเร็วรอบของใบพัด (รอบ/วินาที) D — เส้นผ่านศูนย์กลางของใบพัด (เมตร)

ด้วยโครงสร้างใบพัด ถัง และวัสดุที่คงที่ ค่ากำลังไฟฟ้าจะคงที่โดยประมาณ กำลังในการกวนแปรผันตรงกับกำลังสามของความเร็วรอบ การเปลี่ยนขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของใบพัดจะส่งผลต่อการใช้พลังงานอย่างมาก ค่ากำลังไฟฟ้าจะแตกต่างกันไปตามโครงสร้างที่แตกต่างกัน และต้องคำนวณอย่างแม่นยำ ความเร็วรอบที่สูงขึ้นไม่ได้หมายความว่าดีเสมอไป ความเร็วที่สูงเกินไปอาจทำให้เกิดการดักอากาศบนผิวของเหลว การเกิดฟอง การสั่นสะเทือนของอุปกรณ์ และมอเตอร์ทำงานหนักเกินไป สูตรนี้คำนวณเฉพาะกำลังของเพลาใบพัดเท่านั้น การเลือกมอเตอร์ควรคำนึงถึงการสูญเสียในการส่งกำลังและภาระการทำงานจริงด้วย

5. หลักการเลือกเครื่องกวน

ก่อนเลือกใช้ ต้องตรวจสอบเงื่อนไขพื้นฐานสามประการก่อน ได้แก่ คุณลักษณะของวัสดุ วัตถุประสงค์ของการกวนในกระบวนการ และโครงสร้างของเครื่องปฏิกรณ์ ประเภท ขนาด และพารามิเตอร์การทำงานของใบพัดจะถูกกำหนดตามสภาพการทำงานจริง โดยคำนึงถึงความหนืด ความหนาแน่น ปริมาณของแข็ง ขนาดของถัง และประสิทธิภาพการผสมที่ต้องการอย่างรอบด้าน ที่สำคัญคือ สถานะการกวนส่งผลโดยตรงต่อเครื่องมือวัดแบบออนไลน์ การกวนที่รุนแรงเกินไปจะทำให้การวัดผิดเพี้ยน ในขณะที่การกวนที่ไม่เพียงพอจะทำให้วัสดุเกิดการแบ่งชั้น ซึ่งทั้งสองอย่างจะรบกวนความเสถียรในการอ่านค่าของเครื่องวัดความหนาแน่นแบบออนไลน์และเครื่องมือที่คล้ายกัน

6. บทสรุป

ใบพัดแบบพายและใบพัดแบบใบพัดเดี่ยวเหมาะสำหรับการหมุนเวียนและการผสมของเหลว ใบพัดแบบกังหันเหมาะสำหรับการกระจายตัวของของเหลวกับของเหลวและก๊าซกับของเหลว ใบพัดแบบสมอและแบบริบบิ้นเกลียวส่วนใหญ่ใช้สำหรับการแปรรูปวัสดุที่มีความหนืดสูง ประสิทธิภาพที่แท้จริงของอุปกรณ์กวนไม่สามารถตัดสินได้จากความเร็วรอบของมอเตอร์และกระแสไฟฟ้าที่ใช้งานเพียงอย่างเดียว จะต้องประเมินอย่างครอบคลุมโดยพิจารณาจากคุณสมบัติของวัสดุ รูปแบบของใบพัด และผลการทดสอบกระบวนการ

ในฐานะผู้ผลิตเครื่องวัดความหนาแน่น Auto Instrument จำหน่ายเครื่องวัดความหนาแน่นแบบออนไลน์ เครื่องวัดความหนาแน่นของเหลว เครื่องวัดความหนาแน่นของเหลวแบบออนไลน์สำหรับงานอุตสาหกรรม เครื่องวัดความหนาแน่นของสารละลาย และเครื่องวัดความหนาแน่นของสารเคมี ผลิตภัณฑ์เหล่านี้เข้ากันได้กับเครื่องปฏิกรณ์แบบกวนต่างๆ เพื่อการตรวจจับวัสดุแบบเรียลไทม์ในกระบวนการผลิต ช่วยให้วิศวกรกระบวนการสามารถตรวจสอบสภาวะของวัสดุภายในถังได้