home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ Monster Media 1996 #14 / Monster Media No. 14 (April 1996) (Monster Media, Inc.).ISO / business / mixing10.zip / GASMIX.TXT < prev    next >
Text File  |  1992-01-03  |  17KB  |  378 lines

  1.                    GAS MIXING DESIGN PROGRAM
  2.  
  3.                         INSTRUCTIONS
  4.  
  5.  
  6. The Gas Mixing program is on disk with the name GASMIXER.EXE.
  7. The other files on the disk called GAS3.PIC and GAS3.INP are also
  8. necessary for the program to operate.  The file with the extension
  9. .PIC are a file of screens used by the program that are read into
  10. the high memory space of your computer during the initiation stage
  11. of the program.  They must be present on the disk or in the
  12. subdirectory of the computer that you use to initiate the operation
  13. of this program.
  14.  
  15. The Gas Mixer program is started by inserting the disk into you A:
  16. drive after you have booted up your computer.  Give the command at
  17. the DOS prompt A:> GASMIXER and the program will begin.
  18. The program should preferably be operated from a subdirectory on
  19. your computers hard disk to maximize its preformance.
  20.  
  21.                       M A I N  M E N U
  22.  
  23. The Main menu for the Gas Mixing program will come on and present
  24. you with alternate selections, to operate the program.  A new user
  25. may wish to start by loading a file from the disk by using the
  26. option 6 below.
  27.  
  28. The Disk related functions (Options 5,6,and 7) are identical to the
  29. descriptions given in the Blending Program, except that, the
  30. extension .GAS is added to all saved data files instead of .MIX.
  31.  
  32. Option 8 (New Case) will blank out all data in memory and permit a
  33. new case to be entered from scratch.
  34.  
  35. Option E will exit the program.  You will be asked to confirm your
  36. decision to quit to guard against accidental loss of data due to
  37. key stroke error.
  38.  
  39. The Vessel Program (Option 1) is also identical to the program
  40. provided with the Blending program and will not be described in the
  41. following text.
  42.  
  43. The Liquid data is also essentially identical to the program
  44. provided with the Blending program and will not be described;
  45. except that provision was made to also input Surface Tension data.
  46. Surface tension data is needed for gas bubble and hold up
  47. correlations.
  48.  
  49. New data must be entered in the following order.  The Vessel data
  50. must be entered first, followed by the Liquid properties then the
  51. Gas properties, and finally the Agitator data.
  52.                     G A S  P R O G R A M
  53.  
  54. The gas input program is selected by selecting Option 3 from the
  55. Main Menu.  A data value must be entered for each data point
  56. requested by the program.  Enter all data before F10 Key to
  57. terminate input and calculate the gas property and bubbler results.
  58.  
  59. The following data are required as input.
  60.  
  61.  
  62.                          INPUT  DATA
  63.  
  64.      Temperature   Deg F
  65.  
  66.      Henry's  Law constant  ( Atm/Lb-Mole Ft3)
  67.           An optional window is provided in the program to
  68.           calculate the Henry law constants from gas solubility   
  69.           data by pressing the F2 key.  
  70.  
  71.      Compressibility Factor   usually 1.0
  72.  
  73.      Diffusivity of gas in solvent ( cm2/sec)
  74.           Press the F1 key to calculate this if unknown.
  75.           It is calculated by the method of Wilke and Chang as
  76.           describe in section 14 of Perry's 4th Edition and in
  77.           considerable detail in page 95 of Multiphase Chemical
  78.           Reactor's -- Giannetto & Silveston.  
  79.  
  80.      Psia - Outlet-  This is the operating pressure in the
  81.           upper head, vapor space.  The pressure at the bottom
  82.           sparger outlet will be calculated from the liquid head in
  83.           the vessel.  The bottom sparger is assumed to be located
  84.           at the bottom vessel tangent line.
  85.  
  86.      Mole % Reactant in the gas at the inlet (ie Sparger Outlet)
  87.           and at the Outlet (upper head - vapor space)
  88.  
  89.      Lb-Moles/Hr (in and out)  This is the total gas rate to the
  90.           reactor.  The sum of the gas reactants and inerts.
  91.  
  92.      Molecular Weight  of the gas in and out of the reactor.
  93.  
  94.                   CALCULATED GAS PROPERTIES
  95.  
  96. After the F10 key is pressed.  The program will proceed to
  97. calculate the Inlet, Outlet and Log Mean Average values for the gas
  98. properties as follows:
  99.  
  100. Lbs of Gas, Standard Cubic Feet/ Minute of Gas, Actual Cubic
  101. Feet/Minute of Gas, Partial Pressure of the Reactant (psia),
  102. Superficial Velocity of the gas in feet per second. ( This is the
  103. Actual volume of the gas divided by the vessel cross sectional
  104. area) , and finally the Gas energy transferred to the liquid by the 
  105. expanding gas in terms of BHP/ 1000 gallons.
  106.  
  107.  
  108.                        BUBBLER RESULTS
  109.  
  110. The program calculates the key parameters of a bubbler reactor from
  111. the liquid, gas and vessel properties.  A bubbler reactor is a
  112. system without an agitator. All mixing is performed by the rising
  113. gas bubbles.  The gas is assumed to be evenly dispersed across the
  114. vessel cross section,and the Vessel is assumed to be vertical.
  115.  
  116. Hold Up Fraction -- The gas hold up fraction is calculated for the
  117. Air Water system and is based upon a curve fit of the data
  118. presented in Akita and Yoshita -- Jan 65  AIChE Journal.  This
  119. method can be changed to the Method proposed by Hughmark that
  120. incorporates the surface tension and specific gravity of the liquid
  121. into the Holdup correlation.  In either case the Hold Up fraction 
  122. is principally a function of the gas superficial velocity.
  123.  
  124. Bubble Diameter -- The bubble diameter is based upon an assumed
  125. size of 1/8 of and inch for the air/water system as recommended by
  126. Fair.  This bubble size is then corrected for the specific gravity
  127. and surface tension of the liquid according to Calderbank's
  128. equation.
  129.  
  130.        Db = (0.125/12)*(Surf.Ten/72)^0.6*(SpGravity)^-0.2
  131.   
  132. The program will however not calculate or use a value less than 1/8
  133. inch unless you override it.
  134.  
  135. The size of the bubbles has a major effect on the calculated Klas
  136. and other data.  The user can override the size of the Sauter mean
  137. Bubble diameter calculated by the program from the command line. 
  138. I do not suggest doing this unless you have experimental data. 
  139. Bubble sizes of less than 1/8 inch are not likely with most
  140. systems.  You may however wish to make changes to this value to
  141. determine the sensitivity of your design to the bubble size, or to
  142. increase it to a higher value.
  143.  
  144. Liquid Height --  The Liquid height is calculated in inches above
  145. the bottom vessel seam for both the clear liquid height and the
  146. gassed volume.  You should check that your have provided enough
  147. free volume in your vessel design to separate the gas.
  148.  
  149. Flow Regime -- This will be Quiescent if the average superficial
  150. velocity is less than 0.2 ft/ sec.   Otherwise it will be
  151. turbulent.  If the flow reqime is turbulent then the correlations
  152. used in the bubbler reactor models have been extended beyond the
  153. experimental data in the literature and may not be accurate.  There
  154. is a higher level of risk in designing in this region.
  155.  
  156. Interfacial Area (Ft2/Ft3)  This is the total interfacial available
  157. for mass transfer per cu. ft of volume.  The calculation of the
  158. interfacial area is given by the following formula:
  159.  
  160.         Area = 12.0*6*HoldUp/Bubble Diamter
  161.  
  162.                  MASS TRANSFER COEFFICIENTS
  163.  
  164. The program calculates the Kga, Kla, rate of gas reaction per unit
  165. volume and total LbMoles of gas reacted per hour for both the Air
  166. Sulfite System and for the gas and liquid properties that describe
  167. your system.  Essentially all the data presented for bubbler
  168. reactors in the literature is based upon the Air Sulfite system. 
  169. This is also true for the agitated reactor correlations.
  170.  
  171. Kla Air-Water  This is calculated by the procedures recommended in
  172. Fair's Article which in turn is based upon the Froessling Two-Film
  173. model.  the equation is:
  174.  
  175. Kla = (12*Diff*Holdup)/(Bubble Diam)^2*[1+0.276*Nre^0.5*Scl^0.33]
  176.  
  177.      Where Nre = Bubble Reynolds Number
  178.            Scl = visc liquid / (diffusivity * liq density)
  179.  
  180. This correlation was checked against the data presented in Akita
  181. and Yoshita and it agrees over a wide data range.
  182.  
  183. The Kla for the specific system are calculated from the Kla of air
  184. and water by multiplying the value by:
  185.  
  186.      [ Diff System / Diff Air water ] ^ 0.5
  187.  
  188. The values for Kga are calculated from the respective Kla's by with
  189. values for the reactant average partial pressure and Henry law
  190. constant.
  191.  
  192.      Kga Air/Water = Kla / 1.115*10^4
  193.      Na  Air/Water = Kga * 0.12(ave pp atm)*1*10^-4
  194.      Moles Air Reacted = Na * Liquid Volume in Ft3
  195.  
  196. For the Specified System
  197.      Na = Kla(system) * (PPave in Atm) / Henry Constant
  198.      Kga(system) = Na(system)*10^4 / (PPave in atm)
  199.  
  200. The following literature articles were used in the development of
  201. this portion of the program.
  202.  
  203.      J.R. Fair  Chemical Engineering  July 3 and July 17 1967
  204.      G.A. Hughmark I&EC Process Design and Development 1966
  205.      Akita and Yoshida  AIChE Journal Jan 1965
  206.      Shah and Deckwer AIChE Journal May 1982
  207.      Tilton and Russell Chemical Engineering 1982
  208.  
  209. The interested user should obtain copies of these article to fully
  210. understand the theory of bubble reactor design.  Shah and Deckwers
  211. survey article lists all the major theory in this area.
  212.                A G I T A T O R   P R O G R A M
  213.  
  214. The Agitator design program is addressed from the Main Menu after
  215. the Gas data has been entered.  This program allows you to
  216. calculate the improvement of the Mass transfer coefficients by the
  217. use of an agitator.  The program is based upon the assumption that
  218. only Rushton type ie Flat Blade disk turbines are used for the
  219. bottom turbine.  They are generally considered the most effective
  220. turbine for gas dispersion.  The upper turbines in the reactor can
  221. be of different types.  You will have the option of using flat
  222. blade, 45 degree axial, hydrofoil or propeller types for the upper
  223. agitators.
  224.  
  225.                         AGITATOR BHP
  226.  
  227. The program data entry begins by requesting an input value for the
  228. gassed BHP/1000 gallons to the lower agitator.  A window pops up
  229. that will recommend a value based upon the gas rate specified in
  230. the previous bubbler design program.  The Bhp/1000 gallons must
  231. generally exceed the gas Bhp energy provided by the expanding gas
  232. in order to be effective in dispersing the gas.  The lowest
  233. effective value is the Flooding number.  The program will generally
  234. select a value in the Moderate range.  The BHP/1000 gallons for
  235. Uniform Distribution is the highest practical value.  Power Numbers
  236. above this will not provide an increase in the  Process results,
  237. since the gas will be completely and uniformly dispersed at this
  238. value. The  BHP/1000 gallons values required for gas dispersion are
  239. also a function of the Diameter of the Impeller to the Tank
  240. diameter.  The Designer should normally select a value somewhat
  241. above the Minimum Flooding value up to the Moderate range as given
  242. by this entry screen.  This screen is addressable for changes from
  243. the command line after data entry by pressing the 'B' {Bhp} key.
  244.  
  245.                      TURBINE BLADE DATA
  246.  
  247. The Program is based upon the assumption that the agitator is a
  248. Rushton type Flat blade disk turbine. The disk turbine can be
  249. specified with an alternate number of blades and blade widths.  A
  250. Window pops up to enable you the define the turbine.  The Default
  251. values of 6 blades at a Blade width to diameter ratio of 0.2 is
  252. given, but these values can be changed.  Blade Width ratio down to
  253. 0.125 can be used for high shear application.  The Sacrifice for
  254. this is less circulation.  Blade widths above 0.2 do not yield a
  255. process improvement.  The program will use the turbine blade
  256. description to calculate the shear rates and the power requirements
  257. of the turbine.  The turbine power number of the standard turbine
  258. with 6 blades and a W/D blade ratio of 0.2 is 5.0.  The power
  259. number is corrected for the number of blades by taking the ratio to
  260. 6 blades to the 0.8 power.  The Power Number is corrected for the
  261. blade width by a linear relationship.
  262.  
  263.                    AGITATOR SUMMARY SCREEN
  264.  
  265. The program calculates the agitator results after the foregoing
  266. data has been entered.  The program will size the diameter of the
  267. required gas dispersion agitator based upon the desired BHP/1000
  268. gallons.  The initial diameter will be approximately at an impeller
  269. to tank diameter of 0.33 and the agitator RPM will be selected from
  270. the standard AGMA speeds to get the closest match to the BHP/1000
  271. gallon value selected.  The diameter and RPM can be altered from
  272. the command line if values other than those selected by the design
  273. section of this program are desired.
  274.  
  275.                  Mass Transfer Coefficients
  276.  
  277. The Kga,Kla, and Moles of gas reacted are calculated for the air
  278. sulfite system as well as the specified system.  The values for the
  279. Air Sulfite system are based upon the correlations presented by
  280. OldShue in his book 'Fluid Mixing Technology' and from other
  281. sources.  The Kga is a function of both the gas superficial
  282. velocity and the gas energy in BHP/ 1000 gallons.  The Kga and Kla
  283. of the specified system are calculated from the Air Sulfite data by
  284. the diffusivities to the 0.5 power as discussed in the previous
  285. section on the bubbler reactor models.
  286.  
  287.                        BOTTOM AGITATOR
  288.  
  289. The program calculates the following information for the bottom
  290. agitator.  The BHP/1000 gallons for the flooded and for uniform
  291. distribution.  The diameter of the turbine required for the
  292. specified BHP/1000 gallons and the ratio of this diameter to the
  293. diameter of the vessel.  The RPM selected is displayed and the
  294. BHP/1000 gallons for both the gassed condition and the results in
  295. liquid with no gas present.  The latter value is the BHP/1000
  296. gallons if the selected agitator is operated without gas flow at
  297. the selected RPM.  It is often more than twice the gas bhp /1000
  298. gallon requirement since the presense of gas in the agitator will
  299. severely reduce the liquid circulation and power dispersion.
  300.  
  301. The Gas Holdup ratio is based upon the correlation of Foust HC
  302. Processing Nov 7 as follows:
  303.  
  304.   Holdup = 4.25*(BHp/1000gal)^0.47 *(Superficial Velocity)^0.53
  305.  
  306. If this formula gives a lower value then developed by the bubbler
  307. model correlation in the previous section then the hold up for the
  308. bubbler model is used.
  309.  
  310.  
  311. The P/Po ratio is the power ratio of the gassed condition to the
  312. pure liquid condtion.  This value was developed from correlations
  313. provided in the Chemineer series in Chemical Engineering in 1976
  314. and by Michel and Miller in AIChE Journal in May 1962.
  315. The Torque in ft-lb is generated for the Bhp in the gassed
  316. condition.  The Torque in liquid only is calculated by prorating
  317. the torque gassed by the ratio of the liquid to the gassed BHP
  318. requirements.
  319.  
  320. The gas Number is a number used in the calculations that is defined
  321. as the ratio of the gas flow rate to the product of the rpm and
  322. turbine diameter.
  323.  
  324. The gas mixing intensity number is a ratio used by Chemineer in
  325. their Chemical Engineering Articles.
  326.  
  327. The Tip speed of the Agitator is calculated.
  328.  
  329.  
  330. The pumping flow rates, Flow Number of the impeller, Agitator
  331. Reynolds Number, Prandtl Number and the heat transfer coeffients
  332. are calculated for both the lower and upper turbines.
  333.  
  334. The Shear both Max and Average are also calculated.  The average
  335. shear is equal to the Maximum shear / 2.3.
  336.  
  337. Shear Max is calculated by the formula:
  338. Shear = [9.7*RPS*(D/T)^0.3 ] / (W/D)   ratio of blades
  339.  
  340. The user is refered to R.L. Bowens article in Chemical Engineering
  341. June 9 1986. For an excellent discussion of Shear sensitive systems
  342. and how it is to be calculated.
  343.  
  344.  
  345.                        UPPER AGITATOR
  346. The upper agitator sizing calculations are started by selection of
  347. the letter U from the command line.  The upper agitator selection
  348. screens will come on and will request information on the type of
  349. agitator and the number of agitators to be used in the upper
  350. sections of the reactor.  You may select from the alternative of
  351. Flat or Disk Blade Turbines, Axial 45 degree turbines, propeller or
  352. hydrofoil designs.  The number of blades and the blade widths can
  353. also be specified.  The computer will make recommendations on the
  354. number of agitators to be used, but this can be overridden by the
  355. user.   The agitator sizing will be based upon the agitator RPMs
  356. selected for the lower agitator.  It is assumed that the upper
  357. agitators and the lower gas dispersion agititor are on the same
  358. shaft.  The Agitator RPM can only be changed from the lower
  359. agitator command line.  The turbine diameters are limited to a
  360. maximum size of 0.4 times the tank diameter for the computer sizing
  361. calculations.  The diameter can however be specified at any value
  362. from the commmand line.
  363.  
  364. This upper agitators are assumed to be located in the liquid bubble
  365. swarm above the dispersing agitator.  Consequently, the amount of
  366. gas entering the impeller is much less than the bottom agitator. 
  367. The power ratio is based upon the holdup value generate by the
  368. bottom agitator.  
  369.  
  370. The upper agitator calculation results include a summary of the
  371. agitator Bhp's for both the gassed and liquid condition for the
  372. number and type of agitators selected.  The same type of data are
  373. calculated for the upper agitator as was presented for the lower
  374. agitator including, flow pumping rates, and heat transfer
  375. calculated values.
  376.  
  377.  
  378.