การคำนวณ Agitator (Part.1)

Example
Product Data (for Design) : Maximum Viscosity 8,000 mPa.sec / Maximum SG.=1.16
Product Required Mixing Task : Slurry - Liquid Mixing
Required Mixing Time : 30 min
Tank Dia.1900 x SH.2200 x Bottom 250

Calculation
(1). Volume Calculation : Total Volume 6607.19 Liters / Working Volume 5,000 Liters

(2). Impeller Design : 3-Blades High Efficiency Impeller (1 Stage) and Ratio d/D = 0.44
Degree of Mixing : Medium Mixing (Tip Speed 3.5 m/sec)

(3). Power Calculation
Impeller Diameter : 854 mm and Impeller Speed : 78.27 RPM
Ne Number : 7.169 E-03
Absorb Power : 2.704 kW and Specific Power : 0.4 kW/m^3
Torque : 329.92 Nm and Specific Torque : 49.93 Nm/m^3

(4). Hydraulic Data Calculation
Reynolds Number : 1.38 E+2
Pumping Capacity : 3215.52 m^3/Hr
P-Number : 486.67 1/Hr
Quality Number : 6.23
Pumping Number : 1.09

(5). Shaft calculation : Material SA-240 / Free Shaft Design
Rate Torque : 366.04 Nm
Starting Torque : 732.08 Nm
Overhung Load : 318.40 N
Bending Moment : 604.97 Nm
Bending Tension : 148.89 kp/cm^2
Torsion Tension : 90.89 kp/cm^2
Shaft Dia.75 mm and Shaft Length 1900 mm

Note
(1). การคำนวณใบกวน High Effiiency Impeller เพื่อหาค่า Power Number ที่กราฟความสัมพันธ์ ซึ่งใช้สัดส่วนหน้าตัดของใบ BW / d = 0.4 ที่มุมเอียงของใบ 30 องศา, กราฟจากผลการทดลองแบบ ไม่มี Buffle Plate
(2). จากผลการคำนวณจะเห็นว่าค่า Reynolds Number ที่ได้สามารถทำให้การ Mixing เป็นไปตามต้องการ แต่หากมีการผสม Additive อื่นๆ หรือ การใส่เฉดสีของ Pigment ในปริมาณน้อยๆลงไปผสมเพิ่มเติม จะต้องมีการออกแบบค่า Tip Speed ใหม่ เพราะ Reynolds Number ที่ได้ไม่เพียงพอ

สถาพร เลี้ยงศิริกูล / Miscible Co., Ltd

ปัญหาความขัดแย้งระหว่าง Laboratory Mixing และ Production Mixing ในงาน Agitator

ผมได้รับฟังปัญหาจากหลายๆโรงงาน หรือ แทบจะทุกโรงงานก็ว่าได้ครับ เรื่องความไม่เข้าใจกันของฝ่ายสองฝ่ายดังกล่าวก่อเกิดเป็นความขัดแย้ง โดยความขัดแย้งดังกล่าวเกิดจากความไม่เข้าใจในเรื่อง Scale Up ซึ่งผมขออธิบายดังนี้ครับ กล่าวคือ การออกแบบ Agitator เป็นศาสตร์ประเภทหนึ่งที่อาจจะกล่าวได้ว่ามีพฤติกรรมไม่เป็นไปตามหลักวิศวกรรมเท่าใดนัก โดยเฉพาะในเรื่องของการออกแบบที่เป็นการ Scale Up, ย้อนกลับไปกันสักนิดว่า กราฟความสัมพันธ์ระหว่าง Reynolds Number และ Power Number มีลักษณะเป็น Logarithm ซึ้งเป็นฟังก์ชั่นผกผันของเลขชี้กำลัง ไม่ได้มีพฤติกรรมเป็น Linear จึงไม่ใช่เรื่องง่ายเลยในการออกแบบ Scale Up จาก Laboratory Mixing เป็น Production Mixing แล้วจะได้ผลที่ใกล้เคียงกัน ปัญหานี้เกิดจากความไม่เข้าใจกันระหว่างสองหน่วยงานที่ทำงานบนพื้นฐานความคิดที่ต่างกัน กล่าวด้วยภาษาง่ายๆว่า Laboratory Mixing ได้ผลการทดลองที่ดีเยี่ยมและประสบผลสำเร็จทุกครั้งในการทำงาน แต่ ปัญหากลับเกิดขึ้นบ่อยมากกับส่วนของ Production Mixing จะผู้เขียนจะขอ ยกตัวอย่างความไม่เข้าใจกันให้ชัดเจนด้วย 2 ตัวอย่าง ดังนี้

(1) ความไม่เข้าใจเรื่องของสัดส่วนพลังงาน หากจะกล่าวใจสูตรคำนวณด้าน Agitator คือ ไม่เข้าใจเรื่อง Specific Power Absorb, ในการทำการผสมของ Lab ไม่ว่าจะผสมยังไงก็จะได้ผลที่ดีเสมอ โดยมักจะใช้ความเร็วรอบสูง, สัดส่วนของใบต่อถังที่มาก, สัดส่วนพลังงานที่มาก, ทำให้ได้ Mixing Time ที่ดีเยี่ยม, จากนั้นก็ออกขั้นตอนการผลิตมาให้ทาง Production แต่เมื่อผลิตด้วย Production Scale พบว่าไม่สามารถทำให้ได้ตามต้องการ หรือ ได้บ้างไม่ได้บ้าง นั่นเป็นเพราะ สัดส่วนต่างๆในการออกแบบ ในการเลือก Agitator ใช้งานไม่มีความเหมาะสมกัน

(2) การ Scale Up ของ Production Mixing ด้วยกันเอง ก็เป็นอีกตัวอย่างความขัดแย้ง กล่าวยกตัวอย่างเช่น Mixing Tank 1,000L ใช้ Motor 4.0kW-Speed 127RPM d/D=0.35 อยากจะเพิ่ม Volume การผลิตเป็น 5,000L ก็เลยคิดเอา หรือ กะเอาว่า Agitator ต้องมี Power 18.5-22.0kW (ตามมาตรฐานขนาดมอเตอร์) Speed 250 RPM และ d/D ยังคงเป็น 0.35 ซึ่งเป็นความเข้าใจที่ผิดอย่างมาก
สรุปกล่าวคือ การออกแบบ Agitator ในส่วนของ Process Scale Up จำเป็นต้องเข้าใจตั้งแต่เรื่อง รูปทรงของถัง, สัดส่วนของถัง, d/D ที่ต้องเปลี่ยนไปตามรูปทรงของถัง, Tip Speed Design (การออกแบบ Agitator ไม่ออกแบบที่ Speed แต่จะออกแบบที่ Tip Speed) สัดส่วนของ Impellers Blades Wide และ Specific Power Absorb จึงจะมีแนวโน้มที่จะออกแบบ Agitator ได้อย่างถูกต้องและใช้งานได้จริงในทุกๆ Process Scale Up

สถาพร เลี้ยงศิริกูล / Miscible Co., Ltd

MISCIBLE AGITATOR-3 : อย่าให้ผู้ออกแบบที่ไม่มีประสบการณ์ มาหลอกท่านด้วยตัวเลขคำนวณ

การคำนวณทางด้าน Agitator ก็เหมือนกับการคำนวณทางด้าน Fluid Mechanic มีตัวเลข หรือ ค่าคงที่ หรือ ตัวแปรต่างๆที่มักจะคุ้นกันในวิชากลศาสตร์ของไหล ... หากแต่งานด้าน Agitator เป็นศาสตร์ที่ต้องระมัดระวังอย่างสูงเพราะตัวเลขคำนวณเหล่านั้นจะหลอกท่าน ถ้าท่านไม่มีความรู้ และ ประสบการณ์ที่ดีพอ

ผมเข้าไป Present งาน หรือ เรียกกันง่ายๆว่า เข้าไปขายงานให้กับโรงงานอุตสาหกรรมขนาดใหญ่มามากมาย ได้ยินบ่อยครั้งจากปากวิศวกรประจำโรงงานว่า..เราต้องการเครื่องกวนที่เป็น Turbulent งานเราถึงจะเข้ากันได้ดี...ผมก็ได้แต่รับฟังและกลับมาคำนวณและออกแบบตามเรื่องตามราวของผม...Turbulent คืออะไรครับ และ Reynolds Number เท่าไหร่ถึงจะพอ แล้ว เรารู้หรือเคยเห็น Reynolds number ที่เป็น Turbulent หรือไม่ว่าค่าคำนวณเท่านี้ของจริงเท่าไหน เป็นต้น

Reynolds Number จากใบกวนที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเท่ากัน ค่าคำนวณจะได้ออกมาเท่ากัน ไม่ว่า หน้าตัดใบไม่เท่ากัน จำนวนใบไม่เท่ากัน นี่คือเรื่องซับซ้อนที่ไม่ค่อยมีคนเข้าใจครับ ไว้ครั้งหน้าผมจะมาเล่าเรื่อง Reynolds Number ในงานเครื่องกวนอย่างละเอียดอีกทีครับ

สถาพร เลี้ยงศิริกูล / Miscible Co., Ltd

MISCIBLE AGITATOR-2 : Agitator ง่ายจริงหรือ...!!!

ถือเป็นความเข้าใจผิดอย่างมากครับ หากจะคิดว่างาน Agitator เป็นเรื่องง่าย, ต่างประเทศมีการศึกษาอย่างจริงจัง และ มีบริษัทฯ ผู้เชี่ยวชาญ ที่ทำธุรกิจด้านนี้มากว่า 100ปี ก็มีครับ มีการทำ CFD, มีการออกแบบ, มีการคำนวณ และ แสดงผลคำนวณ อย่างจริงจัง, ทำไมต่างประเทศให้ความสำคัญ แต่ประเทศเรายังคงคิดว่าเป็นของง่าย จับอะไรใส่ไปหมุนๆก็กวนกันได้แล้ว ถูกครับ หากถังผสมนั้นแค่ 20 ลิตร, ผมจะเล่าประสบการณ์งาน Agitator ที่โรงงานผลิตสีแห่งหนึ่งให้ทราบครับ ก่อนหน้านี้มีบริษัทฯที่ปรึกษาแห่งหนึ่งได้ออกแบบ Agitator โดยมีใบแบบ 2 Blade (มีการทำครีบใบแปลก) ซึ่งใช้กับถังในกระบวนการ Letdown and Tinting Water Base Paint ปรากฏว่าการผสมใช้ Mixing Time อยู่ระหว่าง 2-3 ชั่วโมงต่อการผลิต 1 Batch @ Tank 5,000L ใช้ความเร็วรอบ 99 RPM / 11.0kW ผมได้สอบถามถึงที่มาที่ไปของการออกแบบว่า ทำไมถึงเลือก 99 RPM แล้วคำนวณอย่างไรถึงเลือกใช้ Motor 11.0kW และผมก็ไม่ได้รับคำตอบนั้นเลย, จากนั้นผมได้รับโจทย์ว่า อยากใช้ Agitator ชุดเดิม เปลี่ยนเฉพาะ Impeller จะสามารถทำให้ถังผสมใบนี้ทำงานได้ดีขึ้นหรือไม่ และ ผมก็ลองมาคำนวณและออกแบบ Impeller ใหม่เป็นใบกวนชนิด Modify 6 Blades Turbine และ กำหนดสัดส่วน d/D ให้เหมาะสม จากนั้นมาคำนวณว่า Absorb Power เพียงพอหรือไม่, จากนั้นก็เริ่มทำการทดสอบผลปรากฏว่า Mixing Time หลังจากออกแบบ Impeller ใหม่ มี Mixing Time 30 นาทีหลังจากเติมครบสูตร ประหยัดเวลาไปได้เยอะมากครับ นี่คือประสบกาณ์จริงที่ผมได้ทำมา, สิ่งที่ผมจะสื่อในบทความนี้ คือ งาน Agitator ไม่ง่ายครับ ออกจะไปทางยากมากด้วยซ้ำไป...หากใครมาแอบอ้างว่างาน Agitator นั้นง่ายมาก ลองถามถึงประสบการณ์เค้าสักนิดครับ, ถามถึงที่มาที่ไปว่าเค้าออกแบบยังไง มีการคำนวณยังไง แล้วท่านอาจจะพบคำตอบว่าที่เค้าบอกว่าง่ายนั้นไม่จริง และ ที่เค้าพูดมาก็ไม่จริงเช่นกัน ... ครับ

สถาพร เลี้ยงศิริกูล / Miscible Co.,Ltd

MISCIBLE AGITATOR-1 : แนะนำตัว

สวัสดีครับ...Blog นี้เป็น Blog ที่มีเนื้อหาสาระ, ความรู้ด้านวิชาการ และ ประสบการณ์จากงานจริง ในงานออกแบบ, ผลิต และ ติดตั้ง ด้าน Agitator / Mixer / Disperser / High Shear mixer / Air mixer / Mixing tank และ งานอื่นๆที่เกี่ยวข้อง ทั้งนี้ผมในฐานะ ผู้เขียน Blog นี้ ผมคือ ผู้ออกแบบงานของ Miscible Co., Ltd หวังเป็นอย่างยิ่งว่า สิ่งต่างๆที่ได้แสดงในโอกาสต่อๆไป จะเป็นประโยชน์ต่อผู้สนใจ และหรือ ลูกค้า รวมถึงหวังว่าจะเป็นการยกระดับงานด้าน Agitator ของประเทศเราให้ก้าวหน้ามากยิ่งขึ้น

สถาพร เลี้ยงศิริกูล / Miscible Co.,Ltd.

สถาพร เลี้ยงศิริกูล / Agitator Designer