Mixing time and nucleation rate in dual impeller crystallizer using different turbine impeller configurations : bachelor thesis

Utjecaj operacije miješanja na proces šaržne kristalizacije često se zanemaruje, premda utječe gotovo na svaki segment tog procesa. S obzirom da se u industrijskoj praksi procesi kristalizacije provode u sustavima volumena i do nekoliko desetaka m3, pri čemu se značajno odstupa od standardnih geometrija reaktora s miješanjem, nameće se potreba uvođenja drugog ili više miješala na zajedničku osovinu. Pri odabiru optimalne konfiguracije miješala, nužno je voditi računa o energetskim utrošcima kao i o hidrodinamičkim zbivanjima u sustavu. Vrijeme homogenizacije, brzina nukleacije kao i utrošena snaga miješanja su veličine koje pri tome mogu pružiti veoma korisne informacije. Svi eksperimenti u ovom radu provođeni su u kristalizatoru s kontroliranim hlađenjem volumena 15 dm3 te omjera visine stupca matične otopine boraksa i promjera kristalizatora 1,3, što je omogućilo uvođenje drugog miješala na zajedničku osovinu. Cilj je bio sagledati kako različite konfiguracije dvaju turbinskih miješala mogu utjecati na gore navedene parametre. U ispitivanjima su korištene različite konfiguracije dvaju miješala: PBTPBT, SBT-SBT te PBT-SBT pri čemu je brzina vrtnje miješala osiguravala stanje potpune suspenzije u sustavu. Vrijeme homogenizacije je određivano potenciometrijskom metodom korištenjem Na-ion selekivne elektrode, dok je brzina nukleacije određivana iz podataka o prezasićenosti matične otopine primjenom Mersmannovog kriterija. Utrošak snage miješanja je kontinuirano praćen tijekom eksperimenta mjerenjem zakretnog momenta. Dobiveni rezultati ukazuju na to da se geometrijske i hidrodinamičke karakteritike ovakvih sustava značajno odražavaju na vrijeme homogenizacije, širinu metastabilne zone te brzinu nukleacije. S obzirom na navedeno, odgovarajućim odabirom konfiguracije dvaju miješala moguće je direktno utjecati na karakteristike finalnog produkta procesa šaržne kristalizacije.An influence of mixing on crystallization is often ignored even though it affects almost every segment of the process. Considering the fact that in industrial scale, crystallizer volume goes up to several cubic meters and that its geometry deviates from the standard one, a need to install a second impeller in such a system arises. In order to select an optimal impeller configuration, energy input as well as the hydrodynamics in the system should be taken into account. The values that render such useful information are mixing time, nucleation rate and power consumption. All experiments in this work were conducted in a 15 dm3 batch cooling crystallizer with a liquid height to crystallizer diameter ratio of 1,3. This aspect ratio enabled an installation of a second impeller on the same shaft in order to investigate the extent to which different dual turbine impeller configurations influence parameters listed above. Impeller configurations used in this research were: PBT-PBT, SBT-SBT, PBT-SBT. Impeller speed at which measurements were conducted ensured the state of complete suspension. Mixing time was determined by potentiometric method using a Na-ion selective electrode while nucleation rate was determined from supersaturation profile using the Mersmann’s nucleation criterion. Power consumption was calculated from the values of torque which was monitored over process time. Results obtained in this investigation showed that geometric and hydrodynamic characteristics of a dual impeller system significantly affect the values of mixing time, metastable zone width and nucleation rate. Considering the stated, by choosing a proper impeller configuration it is possible to influence the properties of the final product of batch cooling crystallization