CFD - Lösungen für die Rührtechnik

Transkript

1 CFD - Lösungen für die Rührtechnik Nicole Rohn EKATO RMT Schopfheim - Deutschland

2 Wandel der CFD-Anwendung Anwendungsbeispiele Beispiel 1: Standardauswertung am Beispiel des Paravisc Beispiel 2: Entwicklung von Rührorganen Beispiel 3: Optimierung der Positionierung von Einspeisepunkten Auswertungsschwerpunkte und Grenzen Gliederung

3 reine Strömungsberechnung laminar / turbulent stationär instationär Wärmeübergangsrechnungen Berücksichtigung von Reaktionswärme Mischen unterschiedlicher Flüssigkeiten Verweilzeitbetrachtungen strukturviskose Medien freie Oberfläche.. Wandel der CFD-Anwendung

4 Durchgeführte CFD Variationen: Viskosität für newtonsche Medien strukturviskose Medien geometrische Ausführung Auswertung: Kraftverteilung auf Einbauten Kraftverteilung auf Rührorgankomponenten Ne-Werte Strömung Beispiel 1: Paravisc Standardauswertung

5 Re = 5: CFD Experiment n θ PARAVISC Anker Erfahrung bei Standardanwendungen: CFD- und Laborergebnisse decken sich in 98% der Anwendungsfälle. Beispiel 1: Paravisc strömungstechnische Auswertung

6 Ziel: Verschleißoptimiertes Rührorgan Beispiel 2: Entwicklung von Rührorganen

7 Prozessbedingte Gegebenheiten: hohe Feststoffkonzentration viele Erzsuspensionen beinhalten hochgradig abrasive Komponenten hohe Umfangsgeschwindigkeiten Lösungsfindung mit Hilfe von.... Laborversuchen.. CFD Beispiel 2: Entwicklung von Rührorganen

8 Verschleißmechanismen Sliding wear : erosion uniform over area Impact wear : fatigue of structure deep erosion (spot) Beispiel 2: Entwicklung von Rührorganen

9 getestete Geometrievarianten (Auszug) Beispiel 2: Entwicklung von Rührorganen

10 Geschwindigkeitskomponente senkrecht zur Oberfläche Basisgeometrie Variante 2 Variante 3 Beispiel 2: Entwicklung von Rührorganen

11 Basisgeometrie Variante 2 Variante 3 CFD- und Laborergebnisse bestätigen sich Beispiel 2: Entwicklung von Rührorganen

12 Kontinuierlicher PAL-Autoklav L total : bis 45 m, d 1 : bis 6 m, V N : bis 1200 m³, 6 8 Kammern Einspeisung Säure / Erzsuspension in 1. Kammer Ziel: Optimieren der Einspeisepunkte von Säure und Erzsuspension Beispiel 3: Optimierung der Einspeisepunkte

13 Vorgehen: CFD: Variation der Einspeisepunkte Laborversuche für Basisgeometrie und beste Variante CFD Modellierung: Vollmodell, 3-dimensional mit Kontrollvolumen sliding mesh Species Transport Modell k-ε Turbulenzmodell Lösen der Energiegleichung Modellieren der Reaktionswärme über Quellen kontinuierlicher Betrieb Beispiel 3: Optimierung der Einspeisepunkte

14 Auswertung der CFD-Resultate Beispiel Isoflächen v ax 0.5 m/s v ax -0.5 m/s Beispiel 3: Optimierung der Einspeisepunkte

15 Basisgeometrie Optimierte Ausführung Iso-Flächen der krit. Säurekonzentration: erreichen die Wand (links) wandfern (rechts) Laborversuche bestätigen die CFD-Ergebnisse Beispiel 3: Optimierung der Einspeisepunkte

16 Homogenisieren Suspendieren Dispergieren Standard- Auswertungen Geschwindigkeitsverteilungen Umwälzmenge Leistungseintrag Druckverteilungen Druckverluste Beurteilung der Feststoffverteilung im Behälter anhand der Strömung qualitative Auswertung der Dispergierfähigkeit des Rührorgans anhand der Dissipationsrate der turb. kin. Energie (einphasige Betrachtung) Grenzen in der industriellen Anwendung die gängigen Auswertungen liefern in der Regel zuverlässige Ergebnisse Berechnung mit Partikeln möglich, aber zusätzliche Validierung oder Überprüfung mit Erfahrungswerten nötig mehrphasige Dispergierprozesse sind in der Industrie noch nicht Stand der Technik Auswertungsschwerpunkte und Grenzen

17 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!