การวิเคราะห์ความสามารถในการผสมของถังกวนผสมโดยใช้พลศาสตร์ของไหลเชิงคำนวณ

Analysis of mixing capability in stirred tank reactor using computational fluid dynamics

Name: ภานุวัฒน์ เพิ่มกร

ThaSH: พลศาสตร์ของไหล

ThaSH: ถังกวน -- พลศาสตร์ของไหล

ThaSH: ความปั่นป่วน (กลศาสตร์)

ThaSH: วิศวกรรมเครื่องกล

Abstract: ความสามารถในการกวนผสมของเครื่องปฏิกรณ์แบบถังกวนผสมจะขึ้นอยู่กับลักษณะการไหลภายในและคุณสมบัติของอนุภาค การเข้าใจถึงลักษณะการไหลภายในถังจึงเป็นสิ่งสำคัญในการประเมินประสิทธิภาพการทำงานของกระบวนการกวนผสม งานวิจัยนี้ได้ศึกษาและวิเคราะห์ลักษณะการเคลื่อนที่ของของไหลและอนุภาคภายในเครื่องปฏิกรณ์แบบถังกวนที่ใช้ใบพัดแบบ Rushton จำนวน 8 ใบพัด ด้วยพลศาสตร์ของไหลเชิงคำนวณ โดยใช้แบบจำลองความปั่นป่วนแบบการไหลวนขนาดใหญ่ และใช้เทคนิคกริดเลื่อนในการจาลองการเคลื่อนที่ของใบพัด ผลการทดสอบที่ความเร็วรอบใบพัด 100, 200 และ 300 rpm พบว่าแรงหนีศูนย์กลางจะทาหน้าที่สร้างกระแสการไหลพุ่งออกจากปลายใบพัดในทิศตามความเร็วในแนวรัศมี สาหรับแรงโคริโอลิสจะเกิดขึ้นหลังจากของไหลเคลื่อนที่และสามารถแยกทิศทางการเคลื่อนที่ได้เป็นทิศทางตามความเร็วในแนวรัศมีที่จะถูกนำไปรวมเข้ากับแรงหนีศูนย์ และทิศทางตามความเร็วในแนวสัมผัสที่เป็นตัวกำหนดลักษณะการไหลแบบหมุนวนภายในถังกวนผสม กระแสการไหลในแนวระนาบเหล่าเมื่อพุ่งชนกับผนังของถังกวนจะเปลี่ยนทิศทางการไหลไปตามความเร็วการไหลในแนวดิ่งทำให้เกิดการไหลแบบกวนผสม เมื่อทำการกวนผสมอย่างต่อเนื่องไปเรื่อยๆ ความสามารถในการกวนผสมจะลดลงเนื่องจากการไหลจะเข้าสู่สภาวะคงตัว หรือมีลักษณะการเคลื่อนที่เป็นกลุ่มก้อน การศึกษาลักษณะการเคลื่อนที่ของอนุภาคใช้วิธี Multiphase Particle-in-Cell (MP-PIC) ในการคำนวณการเคลื่อนที่ของอนุภาคที่มีจำนวนแตกต่างกัน คือ 625, 1,250 และ 2,500 อนุภาค ใช้ความหนาแน่นของอนุภาคที่มากกว่าของไหล ที่ความเร็วใบพัด 100 และ 200 rpm การกระจายของอนุภาคจะสังเกตจากสองวิธีคือ (1) การกระจายตัวของอนุภาคทั้งหมดบนระนาบ และ (2) การกระจายตัวของอนุภาคในอุดมคติบนระนาบ เพื่อคำนวณค่าประสิทธิภาพการกระจายของอนุภาคในกระบวนการกวนผสม ผลการทดสอบในช่วงเวลาเริ่มต้นที่อนุภาคเกาะกลุ่มกันมากที่สุดพบว่า วิธีการแรกให้ค่าค่าประสิทธิภาพมากกว่าวิธีการที่สอง เมื่อทำการกวนผสมอย่างต่อเนื่องทั้งสองวิธีการมีแนวโน้มให้ค่าประสิทธิภาพไปในแนวทางเดียวกัน และผลของค่าประสิทธิภาพที่ได้จากทั้งสองวิธีพบว่าที่ความเร็วรอบ 100 rpm ให้ค่าประสิทธิภาพน้อยกว่าความเร็วรอบ 200 rpm

Abstract: Mixing capability of the stirred tank reactor depend on fluid flow distribution and propertiesof particles. Understanding of flow characteristics within the tank is important in assessing the performance of the mixing process. This research studied and analyzed the motion characteristics of fluid and particles within a Stirred Tank Reactor ( STR) with 8-blades of Rushton turbines using Computational Fluid Dynamics (CFD). Large Eddy Simulation (LES) are applied to capture the turbulence and the sliding mesh technique ( SM) to simulate the impeller motion. The results at rotational speed 100, 200, and 300 rpm, it shows that the centrifugal force is responsible for generating a flow that flows from the tip of the propeller in the radial velocity. For the Coriolis force occurs after the fluid moves. The Coriolis force which presents after fluid start moving, can be separated into radial and tangential direction. The horizontal motion of fluid change into vertical direction (axial-plane) at the wall of reactor. This fluid distribution creates a mixing characteristic with in the tank. At the mixing continues, the mixing capability decreases because of flow field becomes steady or called bulking motion. The particle motion characterization was observed using the Multiphase Particle-in-Cell ( MP-PIC) method to calculate the movement of 625, 1,250, and 2,500 particles respectively. The particle studies were done on two the rotational speed, those are, 100 and 200 rpm. Particle distribution and mixing efficiency were analyzed by two different schemes: (1) the principle of distribution of all particles on a plane and (2) the principle of the ideal particle distribution on the plane. The initial mixing state, all particles on plane schemes shows higher mixing efficiency then ideal particles on a plane schemes. Both schemes present similar trend of mixing efficiency with time. The mixing efficiency of rotational speed 100 rpm is less than 200 rpm.

มหาวิทยาลัยเชียงใหม่. สำนักหอสมุด

Address: เชียงใหม่

Email: cmulibref@cmu.ac.th

Name: นคร ทิพยาวงศ์

Role: ประธานกรรมการ

Name: ลลิตา อัตนโถ

Role: กรรมการ

Name: วัชรพล โรจนรัตนางกูร

Role: กรรมการ

Name: ยศธนา คุณาทร

Role: กรรมการ

Created: 2563

Modified: 2565-10-30

Issued: 2565-10-30

วิทยานิพนธ์/Thesis

application/pdf

tha

DegreeName: วิศวกรรมศาสตรมหาบัณฑิต

Level: ปริญญาโท

Descipline: วิศวกรรมเครื่องกล

Grantor: มหาวิทยาลัยเชียงใหม่

©copyrights มหาวิทยาลัยเชียงใหม่

ลำดับที่.	ชื่อแฟ้มข้อมูล	ขนาดแฟ้มข้อมูล	จำนวนเข้าถึง	วัน-เวลาเข้าถึงล่าสุด
1	580631159.pdf	10.62 MB	2	2024-07-24 13:12:02

ใช้เวลา

0.032732 วินาที