Axiale Stroming¶
Samenvatting¶
Axiale stroming is een stromingspatroon waarbij een vloeistof of gas parallel aan de as van de impeller wordt verplaatst. De vloeistof stroomt daarbij voornamelijk van boven naar beneden of van beneden naar boven door de tank. Dit is één van de belangrijkste stromingsvormen binnen de procestechniek en wordt veel toegepast in industriële menginstallaties.
Axiale stroming zorgt voor een efficiënte circulatie van de volledige tankinhoud en is bijzonder geschikt voor het homogeniseren van vloeistoffen, het suspenderen van vaste stoffen en het verbeteren van de warmteoverdracht.
Binnen Jongia wordt axiale stroming vaak gerealiseerd met impellers zoals de Hydrofoil, Propeller en Pitched Blade.
Theorie¶
Wat is axiale stroming?¶
Bij axiale stroming beweegt de vloeistof zich in dezelfde richting als de mengas.
Afhankelijk van de impeller en de draairichting wordt het product:
- naar beneden gepompt (down pumping);
- of naar boven gepompt (up pumping).
Hierdoor ontstaat een grote circulatiestroom door de volledige tank.
Hoe ontstaat axiale stroming?¶
De vorm van de impeller bepaalt de richting van de stroming.
Bij impellers met schuin geplaatste of geprofileerde bladen wordt de vloeistof niet alleen opzij verplaatst, maar ook in de lengterichting van de as.
Daardoor ontstaat een krachtige verticale circulatie.
Stromingspatroon¶
Bij een typische top entry mixer verloopt de stroming als volgt:
- de impeller pompt de vloeistof naar beneden;
- de vloeistof stroomt langs de tankbodem naar buiten;
- langs de tankwand beweegt de vloeistof omhoog;
- boven in de tank stroomt het product weer terug naar de impeller.
Zo ontstaat een gesloten circulatiestroom die de volledige tankinhoud in beweging brengt.
Voordelen van axiale stroming¶
Axiale stroming biedt verschillende voordelen.
- goede circulatie;
- homogeen mengresultaat;
- efficiënte warmteoverdracht;
- geschikt voor grote tanks;
- laag energieverbruik bij de juiste impeller.
Hierdoor is het één van de meest toegepaste stromingsvormen.
Toepassingen¶
Axiale stroming wordt gebruikt voor:
- mengen van vloeistoffen;
- oplossen van vaste stoffen;
- suspenderen van poeders;
- temperatuurverdeling;
- voorkomen van bezinking;
- homogeniseren.
Voor veel algemene mengprocessen is axiale stroming de voorkeurskeuze.
Geschikte impellers¶
Impellers die voornamelijk axiale stroming veroorzaken zijn onder andere:
- Hydrofoil;
- Propeller;
- Pitched Blade;
- sommige custom impellers.
De uiteindelijke stroming wordt bepaald door de vorm van de bladen en het toerental.
Axiale versus radiale stroming¶
De twee belangrijkste stromingspatronen verschillen duidelijk.
| Axiale stroming | Radiale stroming |
|---|---|
| Parallel aan de as | Loodrecht op de as |
| Grote circulatie | Hoge lokale turbulentie |
| Goede menging van de volledige tank | Intensieve menging rond de impeller |
| Laag tot gemiddeld energieverbruik | Hoger energieverbruik |
Veel impellers combineren beide stromingsvormen in verschillende mate.
Down Pumping en Up Pumping¶
Axiale stroming kan in twee richtingen plaatsvinden.
Down Pumping¶
De vloeistof wordt naar de bodem gepompt.
Voordelen:
- goede menging;
- effectief suspenderen van vaste stoffen;
- veel toegepast in industriële processen.
Up Pumping¶
De vloeistof wordt omhoog gepompt.
Dit wordt toegepast wanneer:
- bezinking moet worden voorkomen;
- een specifiek stromingspatroon gewenst is;
- het proces hierom vraagt.
Invloed van baffles¶
Bij axiale stroming spelen baffles een belangrijke rol.
Baffles:
- voorkomen een draaikolk;
- verbeteren de circulatie;
- verhogen de mengefficiëntie.
Zonder baffles kan een groot deel van de energie verloren gaan aan een roterende vloeistofmassa.
Invloed van viscositeit¶
Axiale stroming werkt het beste bij:
- lage viscositeiten;
- middelhoge viscositeiten.
Bij zeer hoogviskeuze producten neemt de circulatie af en worden vaak andere impellertypen gebruikt, zoals anchors of helical ribbons.
Praktijk bij Jongia¶
Binnen Jongia vormt axiale stroming de basis van veel menginstallaties. Bij de engineering wordt zorgvuldig bepaald welke impeller het gewenste stromingspatroon oplevert. Daarbij wordt gekeken naar de tankgeometrie, de viscositeit van het product, het toerental en het doel van het mengproces.
Met behulp van stromingsberekeningen en CFD-simulaties kan worden geanalyseerd hoe het product zich door de tank beweegt. Op basis daarvan worden de positie van de impeller, de draairichting en de eventuele toepassing van baffles geoptimaliseerd.
Door een goed ontworpen axiale stroming kan een homogeen mengresultaat worden bereikt met een relatief laag energieverbruik.
Veelgemaakte fouten¶
- Denken dat axiale stroming altijd beter is dan radiale stroming. De juiste stromingsvorm hangt af van het proces en het gewenste mengresultaat.
- Vergeten dat de impeller de stroming bepaalt. Niet iedere impeller veroorzaakt een sterke axiale stroming.
- Geen baffles toepassen. Zonder baffles kan een draaikolk ontstaan waardoor de mengwerking sterk afneemt.
- Verwachten dat axiale stroming geschikt is voor alle viscositeiten. Bij zeer hoogviskeuze producten zijn andere mengprincipes vaak effectiever.
- Alleen naar de stromingsrichting kijken. Ook toerental, tankgeometrie, impellerdiameter en producteigenschappen bepalen de uiteindelijke mengprestaties.