Non-ideal flow parameters for viscous fluids flowing through stirred tanks

Authors


Abstract

Residence time distribution functions for the flow of viscous fluids (6-100 poises) through mechanically stirred tanks have been evaluated experimentally for various flowrates and stirrer speeds in three tank sizes, in geometrically similar systems. The results have been examined in terms of a mixed model suggested by visual observations of flow patterns within the tanks. A mechanistic model consisting of a dual backmix region and deadspace in series with a plug-flow region was found to be compatible with these results. It was also found that previously tested models for stirred-tank systems can be represented by limiting cases of this more general model. Further, it is shown that the parameters of the model can be expressed in useful engineering correlations derivable from the operating variables. Preliminary results on the effects of non-Newtonian flow on the validity of the model are also presented. Application of the model to chemical reactor design is illustrated for first-order reaction kinetics.

Abstract

On a évalué expérimentalement les fonctions de distribution du temps de séjour dans le cas de l'écoulement de fluides visqueux (viscosité de 6 à 100 poises) dans des réservoirs agités mécaniquement; cette évaluation s'est faite pour diverses vitesses d'écoulement et d'agitateur et trois dimensions de réservoirs dans des systèmes semblables au point de vue géométrique. On a examiné les résultats en fonction d'un modèle que suggéraient les observations visuelles des allures d'écoulement dans les réservoirs. On a trouvé qu'un modèle mécanistique consistant en une zone double de réromélange et d'espace inactif, combiné avec une région d'écoulement piston, était compatible avec les résultats expérimentaux. On a aussi constaté qu'on peut représenter par des cas-limites de ce modèle plus gènèral des modèles dont on a déjà fait l'essai pour des systèmes à base de réservoirs agités. On voit en outre qu'on peut exprimer les paramètres du modéle sous forme de corrélations techniques utiles qu'on peut obtenir des variables d'opération. On présente également des résultats préliminaires relativement aux effets d'un écoulement non-newtonien sur la validité du modèle. On illustre l'application du modèle à la conception d'un réacteur chimique, en rapport avec la cinétique d'une réaction de premier ordre.

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