Resultados. Medicin de Potencia
Mixing in large-scale vessels stirred with multiple radial or
radial andaxial up-pumping impellers: modelling and
measurements
FACULTAD DE INGENIERA QUMICA
TEMAS SELECTOS DE INGENIERA QUMICA I
Equipo # 1
Andrade Mo Cintia Lizette
Patrn Vrguez Omar Alejandro
1
Material y Mtodos2.1.Fermentadores escala - Produccin
En este trabajo se informa de una comparacin de los impulsores
radiales Rushton con una radial / arriba-bombeo combinacin de
impulsores Scaba a escala comercial, lo que confirma y ampla las
ideas expuestas anteriormente en relacin con las diferentes
caractersticas del impulsor.Homogeneizacin, caractersticas
elctricas y de gas atraco se midieron y un modelo de compartimiento
consistente fue desarrollado y validado para ambas condiciones
gaseosas y no gaseosas, para diferentes configuraciones del
impulsor, la velocidad de agitacin, las tasas de aireacin y
escalas.
2.2.Experimentos de pulso-respuesta
El agua del grifo se utiliz como el fluido para el pulso de
respuestamediciones con un trazador fluorescente en la
configuracinBD (Groen, 1994; Cui, Van der Lans, NoormanY Luyben,
1996a;Vrbel et al., 1999).El trazador erainyectado debajo de la
superficie del lquido y se detecta en elflujo de salida del
impulsor inferior (ver Fig. 2).Esta inyecciny la posicin de
deteccin da el tiempo de respuesta mximo(Vrbel, Van der Lans,
Corvejones y Luyben, 1998) y detiempo de mezclado en el 95o / o
nivel de homogeneidad se determin despus de procesar la curva de
respuesta (Vrbel et al., 1999).Adems, en el trabajo anterior, tres
diferentesSe han usado posiciones de deteccin (Vrbel et al.,
1999).
2.5.Mediciones de velocidad del lquido
Una sonda electromagntica (los 3 ejes Medidor electromagntico
actual ACM-300; Alec Electronics Co., Ltd., Japn) se utiliz para
medir velocidades en tres direcciones.Posicin de la medida: 22 cm
por debajo de la superficie de dispersin, de 20 cm de la pared del
reactor (Fig. 2).La sonda se basa en la ley de Faraday: un medio
conductor que fluye a travs de un campo magntico induce una
diferencia de tensin, que es proporcional a la velocidad del
medio.La ventaja de esta sonda es que funciona igual de bien en
ambas condiciones no aireadas y gaseosas.
Fig. 1. Turbinas Rushton Radial, RT (A); Impulsores radiales
Scaba, 6SRGT (B); Scaba impulsor axial, 3SHP (C)
Fig. 2. Configuracin del fermentador para mezclar experimentos.
Lugares de inyeccin y deteccin de trazador y la velocidad de la
posicin de la sonda indican. Ver ms Tabla 1.
Fig. 3. Representacin esquemtica del patrn de flujo global de
(A) de configuracin mltiple Rushton y (B) la configuracin Scaba
mltiple (radial6SRGT fondo y axial superior (3SHP o 4SHP) hasta
bombeo impulsores). Situacin de un no aireado y un reactor aireado
se representa en el lado izquierdo y derecho de los reactores,
respectivamente. Las lneas continuas: CF flujo de circulacin (lneas
delgadas: SCF flujo de circulacin secundaria); lneas de puntos: gas
inducidos flujo SI. EF flujo de intercambio axial que no se
muestra.
3. Modelo
3.1.Patrn de flujo global de impulsores radiales
Modelizacin compartimental se basa en el conocimiento del patrn
de flujo global ().Los patrones de flujo con mltiples rodetes de
turbina radial se han obtenido en muchos estudios, tanto para no
aireado y reactores aireados por ejemplo, Hudcova, Machon y Nienow
(1989);Rouar y Van den Akker (1994) y se han discutido en detalle
en un artculo anterior (Vrbel et al., 1999).En resumen, la
estructura del flujo creado por una turbina de disco en un
recipiente desconcertado consta de dos bucles de circulacin, uno en
el ascendente y uno en la direccin hacia abajo.
3.2.Patrn de flujo global de los impulsores de bombeo de hasta
axiales
El patrn de circulacin principal que implica axiales
hidroplanos-up de bombeo fueron descritas recientemente, sobre la
base de mediciones de LDA impulsores individuales (Mishra, Oyster,
Jaworski, Nienow y McKemmie, 1998) y predicciones CFD con
impulsores individuales y mltiples en condiciones no aireados
(Jaworski et al. , 1998).Adems, la observacin visual de los
patrones de flujo con impulsores individuales, dobles y triples
up-bombeo en ambas condiciones gaseosas y no aireados se han hecho
(Hari-prajitno et al., 1998).
Medicin de Potencia
Se sabea partir de medicionesanteriorescon las turbinasRushton
quehay una reduccin considerable deel consumo de energamecnica
enmayores tasasde aireacin.
Paralos impulsoresde flujotiporadialeshuecos comoScaba6SRGT,la
cadaen el poder esgeneralmenteinsignificanteparaespecmenes"tasasde
disipacinde energacdela ordenutilizadaaqu.
Un resultadosimilar se haencontrado recientementecuando se
utilizaen toda lahoja,arriba-bombeoimpulsoreshidroplano.Sin
embargo,ya que es razonable suponer quela cadaconla6SRGTes
insignificante(Pg/P"1),la mayor parte dela cadase debeatribuir alos
impulsores3SHPy4SHP.
Gas Hold Up
La Figura6dalos datosde hold-upde gas, tanto para
elimpulsorRushtonScabaycon "configuracionesen el reactor de30m3a la
misma velocidadsuperficial del gascaracterstico yel consumo de
energamecnica de losimpulsores. Muestra queigualdad degashold-upse
obtuvobajo estas condicionespara cada tipo deimpulsor.
El impacto de la escala, tipo de impulsor y especfica tasa de
disipacin de energa
Losdatos cubrentodas las configuraciones, tantono aireadosy
gaseosasylosresultadosse expresantantoentrminos del nmerode flujo
de gasy especificidadtotal de"cuatroestafadorestasa dedisipacin
deenerga.
Semuestraque la aireacinno influy en eltiempo de mezcladomuchoa
la mismaentrada de energaespecfica.
Reactor No-Aireado
LosperfilesCMAcalculados detema Versustasa dedisipacin de
energaespecficase ajustanlos datos experimentalesmuy bien.
En la Fig.8,tresdiferentesconfiguraciones
de reactorse comparanen elsesgode95%el tiempo de mezclado,
mientras quepara la configuracinA,lostiempos de mezcla 80%
Reactor Aireado
PrediccionesCMAde mezclaen los vasosaireadosdurante
cuatroconfiguraciones(estn dentro del rangodeerror experimental
aunquelas variacionesexperimentales eranms alto que
enloscasosnoaireados.La influencia dela aireacinen eltiempo de
mezclano resultsergrande paratres configuraciones(AC).Se observ un
ligeroaumento deltiempo de mezcladoa una intensidadde aireacinbajo
ydisminucin lentade la mezcla avalores ms altoscon
ambasconfiguraciones deRushton(datospara la configuracin deCno se
da).El modelo mostrque estaforma de la curvafue el resultado dela
direccincompetiren el consumo depotencia del agitadorreducidos y
mayorflujo de lquidoinducidapor aireacin.
Conclusiones
Medidas fsicasprecisas sobrebiorreactoresa gran escalarara vez
estn disponiblesyson difciles de obtener.Aqu,se presentanmuchas de
las caractersticasde mezclaasociados concuatromltiples
configuracionesdel impulsorgran escaladiferentes.
La mejoracon impulsoresaxialespodra estar relacionada consu
capacidadpara crearbarreras de flujoaxialms bajos ymenos
intensivos.Comocon impulsoresindividualesya
searadial(Saitoetal.,1992)oaxial (HassyNienow,1989), la aireacinno
tienemucha influencia enla calidadde mezclaen los reactoresde gran
escala
Conclusiones
Adems, CMAmodeladodeestos transitoriosde tiempode mezclaa gran
escalabasado en unconocimiento general dela hidrodinmica delos dos
buques noaireadosyaireadosagitadosobtenidosa diferentes
escalas,predicelosresultadosexperimentales bien.Se destacamuy
claramente quela reduccin del tiempode mezclado estestrechamente
relacionado con lareduccin de las barrerasde flujo axialconla
combinacinScabaradial/axial.