Some Fluid Dynamic Characteristics in the Scale-up of Rushton Turbine-Agitated Tanks

Sammanfattning: Popular Abstract in Swedish Ett flertal produkter som framställs inom den kemiska och biotekniska industrin produceras i stora turbinomrörda tankar. Kvaliteten av produkten och utbytet av processen påverkas av blandningsförhållandena i dessa tankar. Blandningsförhållandena i processen påverkas av vätskans hastighet och dess intensitet. I olika regioner av reaktorn, impeller regionen och bulk regionen, skiljer sig hastigheterna åt i riktning och styrka. Det är dessa hastigheter, som transporterar värme och massa i reaktorn vilket minskar diffusionsavståndet för molekylerna i processen. Turbulensen blir således det hastighetsavgörande steget. Därför är det intressant att studera hydrodynamiken för turbinomrörda tankar. Syftet med denna studie är att karaktärisera hydrodynamiken i turbinomrörda tankar med anemometri-mätningar i lokala mätpunkter för att finna skalningsparametrar relaterade till reaktorns geometri och processens driftsparametrar. Ett mät- och data-insamlingssystem för turbulenta hastighetsmätningar konstruerades där mätmetoden var termisk anemometri. Två riktningar i flödet kunde mätas simultant med hjälp av en varmfilmsprob. Mätningarna gjordes i tre tankar med olika geometri och av olika storlekar (0.75 m3, 12 m3, 30 m3). Mätningarna utfördes under olika driftsförhållanden. Effekten per massenhet varierades för att kunna jämföra med energinivåerna i industriella fermenteringar och fermenteringar i bänkskala. Lokala turbulenta flödesparametrar, dvs den turbulenta kinetiska energin (q) och den lokala energi dissipationshasigheten (e) har relaterats till traditionella uppskalningsparametrar som impellerhastighet, impellerdiameter och effekt per massenhet, samt den lokala flödesparametern, den beräknade konvektiva hastigheten. Ett flertal hypoteser för beräkning av den lokala konvektiva hastigheten har prövats. Olika metoder för att beräkna den lokala energi dissipationshastigheten har jämförts både i impellerzonen och bulkzonen. Studien visar att det föreligger en korrelation mellan den turbulenta kinetiska energin (q) och den lokala energi dissipationshastigheten (e) oberoende av tankens storlek, geometri och mätpunktens position, när de turbulenta parametrarna (q,e) normaliseras med den konvektiva hastigheten. Det bekräftar likformigheten i flödet vid höga turbulenta Reynolds tal. Samma likformighet visas också i skalning av vågtalsspektra för tankar av olika geometri, storlekar och i olika mätpositioner. Korrelationer ges för skalning av de turbulenta parametrarna (q,e) med hjälp av traditionella skalningsparametrar som impellerhastighet, impellerdiameter och effekt per massenhet, både i impellerzonen och bulkzonen. Karaktäristiska tidsvariationer har upptäckts både i medelflödet och i den turbulenta delen av flödet i impellerzonen och bulkzonen. Ökas effekten som tillförs processen påverkas impellerregionen mer än bulkregionen. Det visades i de högre lutningskoefficienterna för de turbulenta parametrarna jämfört med de globala parametrarna.