เครื่องกวนแก๊ส-ของเหลว (Gas-Liquid Agitator)

1. กำลังใบกวนเมื่อไม่มีแก๊ส P₀ — Rushton (1950)

กำลังของใบกวนในของเหลวนิวตัน ขึ้นกับ power number Np ซึ่งเป็นค่าเชิงประจักษ์ตามชนิดใบกวน:

ใบ Rushton 6 ใบในช่วงปั่นป่วน (Re > 10,000) มี Np ≈ 5.0 (Rushton, Costich & Everett 1950) โดย $\mathrm{Re}=\rho N{D}^2/\mu$

2. กำลังขณะเติมแก๊ส Pg — Michel & Miller (1962)

ฟองแก๊สทำให้ความหนาแน่นเฉลี่ยรอบใบกวนลดลง กำลังที่ใบกวนดึงจึงต่ำลง Michel & Miller ให้สหสัมพันธ์เชิงประจักษ์:

หน่วย SI: Pg, P₀ [W], N [rev/s], D [m], Qg [m³/s] — อัตราส่วน Pg/P₀ บอกว่ากำลังลดลงเท่าไรเมื่อเติมแก๊ส ควรมากกว่า 0.4 เพื่อหลีกเลี่ยงสภาวะใบกวนจมแก๊ส (flooding)

3. เขตการทำงาน (Dispersion regime) — Nienow

Nienow & Warmoeskerken แบ่งเขตการทำงานจาก aeration number $N_a=Q_g/(N{D}^3)$ และ Froude $Fr=N^{2}D/g$:

• ใบกวนจมแก๊ส (Flooding): $N_a>N_{a,F}\approx 30(D/T{)}^{3.5}Fr$ — ฟองไม่กระจายทั่วถัง kLa ต่ำมาก
• กระจายบางส่วน (Loading): $N_{a,CD}<N_a\le N_{a,F}$ — ใบกวนรับแก๊สได้บางส่วน
• กระจายสมบูรณ์ (Complete dispersion): $N_a\le N_{a,CD}\approx 0.2(D/T{)}^{0.5}F{r}^{0.5}$ — ฟองกระจายทั่วถัง ให้ kLa และ hold-up สูงสุด

4. สัมประสิทธิ์การถ่ายเทมวล kLa — Van’t Riet (1979)

Van’t Riet สรุปข้อมูลจากหลายห้องทดลองเป็นสหสัมพันธ์สองชุด ตามแนวโน้มการรวมตัวของฟอง:

Pg/V ใน W/m³, Usg ใน m/s, kLa ได้หน่วย s⁻¹ (คูณ 3600 ได้ h⁻¹) — เป็นสหสัมพันธ์สำหรับขยายขนาด ควรยืนยันด้วยข้อมูลทดลอง

5. การเลือกมอเตอร์ — Oldshue 1983 / EKATO

มอเตอร์ต้องรับกรณีเลวร้ายที่สุด: เมื่อแก๊สหยุดจ่าย ใบกวนเปลี่ยนจาก Pg เป็น P₀ ทันที มอเตอร์ที่เลือกตาม Pg จะรับไม่ไหว จึงเลือกตาม P₀:

• มอเตอร์ขั้นต่ำ = P₀ × SF (ตัวคูณบริการ 1.15)
• เลือกขนาด IEC ถัดไปที่ไม่น้อยกว่าค่าขั้นต่ำ: 7.5, 11, 15, 18.5, 22, 30 … kW
• ทอร์ก: ${\tau }_{op}=P_g/(2\pi N)$, ${\tau }_{design}=P_0/(2\pi N)$ — ใช้กำหนดสเปกเพลาและเกียร์

6. ขอบเขตและข้อจำกัด

• สหสัมพันธ์ทั้งหมดเป็นระดับคัดกรองสำหรับขยายขนาด ไม่ใช่การออกแบบสมบูรณ์ — ต้องยืนยันด้วยข้อมูลทดลอง
• Van’t Riet เป็นค่าถดถอยจากหลายห้องทดลอง คลาดเคลื่อนได้ ±50 % และต่างกันมากตามชนิดสแปเจอร์ (รูเจาะ vs วัสดุพรุน)
• Michel-Miller พัฒนาที่ D/T ≈ 0.33 — ผลนอกช่วงนี้ควรตรวจสอบ
• วงสแปเจอร์และรูจ่ายที่แสดงเป็นค่าเบื้องต้น — สแปเจอร์วัสดุพรุน (sintered SS316) ให้ kLa สูงกว่า และระบบจริงต้องออกแบบโบลเวอร์ด้วย