Rushton¶
Samenvatting¶
De Rushton Turbine is een klassieke industriële impeller die speciaal is ontwikkeld voor toepassingen waarbij hoge turbulentie, sterke afschuifkrachten (high shear) en een efficiënte gasdispersie gewenst zijn. De impeller bestaat uit een schijf met meerdere verticale bladen en wordt veel gebruikt in chemische processen, fermentatie, biotechnologie en gas-vloeistofreacties.
In tegenstelling tot een propeller of hydrofoil, die vooral vloeistof circuleren, is een Rushton Turbine ontworpen om veel energie in de vloeistof te brengen. Hierdoor worden gasbellen effectief verdeeld, vaste stoffen goed gesuspendeerd en reacties versneld.
Binnen Jongia wordt een Rushton Turbine toegepast wanneer een proces vraagt om intensief mengen of het dispergeren van gassen, bijvoorbeeld bij beluchting of chemische reacties.
Theorie¶
Wat is een Rushton Turbine?¶
De Rushton Turbine is een schijfvormige impeller met meestal zes vlakke, verticale bladen die loodrecht op de draairichting staan.
Tijdens het draaien slaan de bladen de vloeistof met hoge snelheid naar buiten.
Hierdoor ontstaat een zeer energierijke stroming met veel turbulentie.
De Rushton Turbine is vernoemd naar de Amerikaanse ingenieur John H. Rushton, die het ontwerp in de jaren vijftig ontwikkelde.
Werkingsprincipe¶
Wanneer de impeller draait:
- wordt vloeistof radiaal naar buiten geslingerd;
- botst deze tegen de tankwand en de baffles;
- ontstaat sterke turbulentie;
- worden gasbellen of vaste deeltjes intensief verdeeld.
Dit maakt de Rushton Turbine bijzonder geschikt voor processen waarbij intensieve menging nodig is.
Stromingspatroon¶
De Rushton Turbine veroorzaakt voornamelijk:
- sterke radiale stroming;
- hoge turbulentie;
- relatief beperkte axiale stroming.
De vloeistof wordt vanuit het midden naar de tankwand gestuurd en keert vervolgens via boven- en onderzijde terug naar de impeller.
Toepassingen¶
Typische toepassingen zijn:
- gasdispersie;
- fermentatie;
- beluchting;
- chemische reacties;
- emulgeren;
- oplossen van gassen;
- suspenderen van vaste stoffen.
De impeller wordt veel gebruikt in:
- chemische industrie;
- farmaceutische industrie;
- biotechnologie;
- waterbehandeling.
Gasdispersie¶
De Rushton Turbine is wereldwijd één van de bekendste impellers voor gas-vloeistofsystemen.
Wanneer lucht of een ander gas onder de impeller wordt ingeblazen:
- worden grote bellen opgebroken;
- ontstaan veel kleine gasbellen;
- neemt het contactoppervlak sterk toe.
Hierdoor verloopt de overdracht van zuurstof of andere gassen veel efficiënter.
Shear¶
Een Rushton Turbine veroorzaakt:
- hoge shear;
- sterke turbulentie;
- intensieve menging.
Dit is ideaal voor:
- dispergeren;
- emulgeren;
- gasdispersie.
Voor shear-gevoelige producten is de Rushton meestal minder geschikt.
Toerental¶
Rushton Turbines draaien doorgaans op middelhoge tot hoge toerentallen.
Het toerental wordt bepaald door:
- tankdiameter;
- impellerdiameter;
- viscositeit;
- gewenste energie-inbreng.
Omdat de impeller veel weerstand ondervindt, vraagt hij relatief veel motorvermogen.
Viscositeit¶
De Rushton Turbine werkt het best bij:
- lage viscositeit;
- licht verhoogde viscositeit.
Bij hoogviskeuze producten neemt de mengwerking snel af.
Voor dikke producten worden meestal anchor-, gate- of helical ribbon-impellers toegepast.
Rushton versus Hydrofoil¶
| Rushton | Hydrofoil |
|---|---|
| Radiale stroming | Axiale stroming |
| Hoge shear | Lage shear |
| Hoge turbulentie | Lage turbulentie |
| Ideaal voor gasdispersie | Ideaal voor circulatie |
| Hoger energieverbruik | Lager energieverbruik |
Hydrofoils zijn efficiënter voor circulatie.
Rushton Turbines zijn beter voor intensieve mengprocessen.
Rushton versus Pitched Blade¶
| Rushton | Pitched Blade |
|---|---|
| Radiale stroming | Axiale én radiale stroming |
| Hoge shear | Gemiddelde shear |
| Hoge turbulentie | Gemiddelde turbulentie |
| Gasdispersie | Algemene mengtaken |
De keuze hangt af van het gewenste proces.
Materialen¶
Rushton Turbines worden onder andere vervaardigd uit:
- RVS 316L;
- Duplex;
- Hastelloy;
- titanium.
Voor hygiënische toepassingen kunnen de oppervlakken worden gepolijst of elektropolijst.
Praktijk bij Jongia¶
Binnen Jongia wordt de Rushton Turbine toegepast voor processen waarbij een hoge energie-inbreng noodzakelijk is, zoals gasdispersie, fermentatie en chemische reacties. Engineers stemmen de diameter, positie op de as en het toerental af op de tankgeometrie en de gewenste mengprestaties.
Omdat de Rushton Turbine veel turbulentie veroorzaakt, worden vrijwel altijd baffles toegepast om de radiale stroming om te zetten in een effectieve circulatie door de tank. Zonder baffles zou een groot deel van de energie verloren gaan aan een draaiende vloeistofkolom.
Bij de selectie van de aandrijving wordt rekening gehouden met het relatief hoge opgenomen vermogen en de grotere belasting van de mengas ten opzichte van energiezuinigere impellertypen zoals de hydrofoil.
Veelgemaakte fouten¶
- Een Rushton Turbine kiezen voor iedere mengtoepassing. De impeller is geoptimaliseerd voor hoge turbulentie en gasdispersie, niet voor alle processen.
- De hoge shear onderschatten. Gevoelige producten, levende cellen of emulsies kunnen beschadigd raken door de sterke afschuifkrachten.
- Geen baffles toepassen. Zonder baffles neemt de mengprestatie sterk af en ontstaat een ongewenste draaikolk.
- Een Rushton Turbine gebruiken voor zeer hoogviskeuze producten. Bij hoge viscositeiten zijn langzaam draaiende impellers zoals anchor- of helical ribbon-impellers veel effectiever.
- Alleen naar de impeller kijken. De prestaties hangen ook af van het toerental, de tankgeometrie, de positie van de impeller en de eigenschappen van het procesmedium.