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