Radiale Stroming¶

Samenvatting¶

Radiale stroming is een stromingspatroon waarbij een vloeistof loodrecht op de mengas wordt verplaatst. De impeller pompt de vloeistof vanuit het midden van de tank naar buiten, richting de tankwand. Daar verandert de stromingsrichting en stroomt de vloeistof langs de wand omhoog en omlaag, waarna zij weer terugkeert naar de impeller.

Radiale stroming wordt vooral toegepast wanneer een hoge lokale turbulentie en sterke afschuifkrachten (shear) gewenst zijn. Dit maakt deze stromingsvorm bijzonder geschikt voor processen zoals gasdispersie, emulgeren, dispergeren en sommige chemische reacties.

Binnen Jongia wordt radiale stroming toegepast wanneer intensieve menging rond de impeller belangrijker is dan het creëren van een grote circulatiestroom door de gehele tank.

Theorie¶

Wat is radiale stroming?¶

Bij radiale stroming beweegt de vloeistof zich vanuit de impeller naar de zijkant van de tank.

De stroming verloopt:

loodrecht op de mengas;
vanuit het midden naar de tankwand.

Na het bereiken van de wand splitst de vloeistof zich op en stroomt zowel omhoog als omlaag voordat zij terugkeert naar de impeller.

Hierdoor ontstaan meerdere circulatielussen in de tank.

Hoe ontstaat radiale stroming?¶

De vorm van de impeller bepaalt de stromingsrichting.

Bij impellers met rechte of vrijwel verticale bladen wordt de vloeistof voornamelijk zijwaarts weggepompt.

Hierdoor ontstaat een krachtige radiale stroming met veel turbulentie in de directe omgeving van de impeller.

Stromingspatroon¶

Een typisch radiaal stromingspatroon verloopt als volgt:

de impeller pompt de vloeistof naar buiten;
de vloeistof botst tegen de tankwand;
de stroming splitst zich naar boven en beneden;
vervolgens stroomt de vloeistof terug naar de impeller.

Hierdoor ontstaat een voortdurende circulatie rondom de impeller.

Turbulentie¶

Radiale impellers veroorzaken vaak een hoge mate van turbulentie.

Turbulentie zorgt voor:

snelle menging;
intensief contact tussen verschillende fasen;
hoge shear;
goede warmte- en massaoverdracht.

Voor veel chemische processen is juist deze turbulentie belangrijk.

Shear¶

Door de hoge snelheidsverschillen rondom de impeller ontstaan sterke afschuifkrachten.

Deze zijn gunstig voor processen zoals:

dispergeren;
emulgeren;
gasdispersie;
het opbreken van druppels;
het verkleinen van gasbellen.

Voor gevoelige producten kunnen deze hoge shear-krachten echter ongewenst zijn.

Toepassingen¶

Radiale stroming wordt veel gebruikt voor:

gasdispersie;
fermentatie;
emulgeren;
dispergeren;
chemische reacties;
warmteoverdracht.

Voor processen waarbij een intensieve menging rond de impeller nodig is, is radiale stroming vaak een goede keuze.

Geschikte impellers¶

Impellers die voornamelijk radiale stroming veroorzaken zijn onder andere:

Rushton Turbine;
rechte schoepenraders;
sommige high-shear impellers.

Deze impellers worden gekozen wanneer veel turbulentie gewenst is.

Radiale versus axiale stroming¶

De twee belangrijkste stromingspatronen verschillen duidelijk.

Radiale stroming	Axiale stroming
Loodrecht op de mengas	Parallel aan de mengas
Hoge lokale turbulentie	Grote circulatiestroom
Hoge shear	Lagere shear
Geschikt voor gasdispersie en emulgeren	Geschikt voor homogeniseren en suspenderen
Meestal hoger energieverbruik	Vaak energiezuiniger

In veel installaties wordt een combinatie van beide stromingsvormen gebruikt.

Invloed van baffles¶

Bij radiale stroming zijn baffles meestal noodzakelijk.

Zonder baffles gaat de vloeistof meedraaien met de impeller, waardoor:

turbulentie afneemt;
minder energie beschikbaar is voor mengen;
een draaikolk kan ontstaan.

Baffles zetten de roterende beweging om in een effectieve mengstroming.

Invloed van viscositeit¶

Radiale stroming is vooral effectief bij:

lage viscositeiten;
middelhoge viscositeiten.

Bij hoogviskeuze producten neemt de turbulentie sterk af en worden meestal andere impellers toegepast, zoals anchors of helical ribbons.

Energieverbruik¶

Radiale impellers vragen doorgaans meer vermogen dan axiale impellers.

Dat komt doordat:

meer turbulentie wordt opgewekt;
hogere shear ontstaat;
de vloeistof krachtiger wordt versneld.

Dit hogere energieverbruik is vaak noodzakelijk om het gewenste procesresultaat te bereiken.

Praktijk bij Jongia¶

Binnen Jongia wordt radiale stroming toegepast wanneer processen vragen om een hoge mengintensiteit of een efficiënte gas-vloeistofoverdracht. Bij fermentoren, reactoren en installaties voor gasdispersie wordt zorgvuldig bepaald of een radiale impeller de beste keuze is.

Tijdens de engineering worden de impellerdiameter, het toerental, de positie van de impeller en de plaatsing van baffles op elkaar afgestemd. Bij complexe processen worden CFD-simulaties gebruikt om het stromingspatroon, de turbulentie en de verdeling van gasbellen of deeltjes te analyseren.

Door de juiste balans te vinden tussen shear, energieverbruik en circulatie kan een radiale stroming worden gerealiseerd die optimaal aansluit bij het gewenste proces.

Veelgemaakte fouten¶

Denken dat radiale stroming de volledige tank beter mengt. Radiale stroming creëert vooral een intensieve menging rondom de impeller; voor een sterke circulatie door de hele tank is axiale stroming vaak geschikter.
Radiale stroming altijd toepassen bij gasdispersie. Hoewel dit vaak een goede keuze is, hangt de optimale impeller ook af van de viscositeit, de gasstroom en het gewenste procesresultaat.
De invloed van shear onderschatten. De hoge afschuifkrachten kunnen gevoelige producten of micro-organismen beschadigen.
Baffles weglaten. Zonder baffles neemt de efficiëntie van radiale stroming sterk af doordat de vloeistof gaat meedraaien.
Alleen naar de impeller kijken. De prestaties van radiale stroming worden ook bepaald door de tankgeometrie, het toerental, de producteigenschappen en de plaatsing van de impeller.