home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ Monster Media 1996 #14 / Monster Media No. 14 (April 1996) (Monster Media, Inc.).ISO / business / mixing10.zip / MIXER.TXT < prev    next >
Text File  |  1992-01-03  |  25KB  |  557 lines

  1.  
  2.  
  3.                         MIXER DESIGN
  4.  
  5.             LIQUID BLENDING PROGRAM INSTRUCTIONS
  6.  
  7.  
  8.  
  9.  
  10. The program disks contain the Liquid Blending program, the Gas
  11. Mixing program, 6 example problems for the blending program, and 3
  12. example problem for the gas mixing program.  You should review the
  13. example problems to examine the various features of this program.
  14.  
  15. The disk is not copy protected and you can install it easily on
  16. your hard disk by following the normal DOS procedures.  It is
  17. important to copy all of the programs on the disk that is
  18. compatible with your monitor to your hard disk's subdirectory or to
  19. use the original disk since the MIXER program is designed to use
  20. screens that have been saved on the disk.
  21.  
  22. The purchaser of the commercial version of the mixer program is
  23. entitled to use it on one Computer.   Additional --Legal -- copies
  24. of this program can be obtained from Alchemy Systems for an
  25. additional $200 dollars if you wish to expand your companies use of
  26. this program.
  27.  
  28.                         HOW TO START
  29.  
  30. After the programs have been transferred to an appropriate
  31. subdirectory on your hard disk the  mixer program is activated by
  32. going to this subdirectory and giving the command MIXER.
  33.  
  34. The Mixer program features a Main Menu that addresses the
  35. Subprograms that permit the entry of data and calculate the
  36. requirements of the Vessel, Agitator, and Shaft design.  The
  37. Subprograms feature a command line that allows you to alter the
  38. data and perform alternate case analyses.
  39.  
  40. Data entry is simplified by the use of pop up windows that prompt
  41. for data and present default values for the design.
  42.  
  43. These default values can be accepted by pressing the return key and
  44. enable the user to select industrial standards in their design
  45. comparisons.
  46.  
  47.  
  48.  
  49.  
  50.  
  51.  
  52.  
  53.  
  54.                           MAIN MENU
  55.  
  56.  
  57. The Main Menu of the blending program offers choice of several
  58. subprograms.  These subprograms are addressed by entering the first
  59. key of the command word on the menu.  For example, to call up the
  60. Vessel input routine just press the letter V followed by a the
  61. return key.
  62.  
  63. The disk functions Load, Save, and Index allow you to save and
  64. retrieve problems to the disk.  These disk functions permit the use
  65. of Path instructions so that you can use other drives or
  66. subdirectories to store the problems. 
  67. The Function called New case will wipe out an existing problem set
  68. from memory and allow the input of a new problem from scratch.
  69.  
  70. The Function Quit will quit the program and return to DOS.
  71.  
  72. The Subprogram Vessel allows the input of the mixer vessel data and
  73. does sizing calculations.
  74.  
  75. The Subprogram Fluids permits the properties of the bulk and
  76. disperse fluids to be entered and the mixture properties are
  77. calculated.
  78.  
  79. The Subprogram Agitator calculates the power requirements and
  80. flow properties of seven different types of agitators and
  81. calculates heat transfer coefficients.
  82.  
  83. The subprogram Diameter shaft will estimate the required diameter
  84. of the mixer shaft with and without a bottom steady bearing.  It
  85. performs this by calculating the critical speed of the shaft and
  86. agitators.
  87.  
  88.                        DISK  FUNCTIONS
  89.  
  90. DIRECTORY   This command allows you to change the directory or disk
  91. that is used to save the mixer design problem files. When this
  92. command is activated, a window pops up that gives the present
  93. subdirectory you are working in.  If no changes are desired then
  94. press the return key to cancel the command.
  95. You can use change the default directory to save or load your files
  96. from a floppy disk by giving the command A: or B: and then pressing
  97. the enter key.  You can also switch to a new sub directory by
  98. entering the DOS path name of the directory.  The sub directory
  99. must however exist before you call it otherwise and error will
  100. occur.
  101.  
  102. LOAD   will retrieve a previously saved mixing problem from the
  103. disk.  When you select this command, A directory of all the saved
  104. files on the default drive with the extension MIX is given to help
  105. you select the correct file.  You select the file to load by using
  106. the arrow key to move the colored cursor to the file and then press
  107. the enter key.
  108.  
  109. SAVE   will save the program input data to disk.  A window will pop
  110. up that requests the name of the file to be saved.  Enter up to 8
  111. letters for the name.  Do NOT add the period or the extension MIX
  112. to the file name.  This is done automatically by the program.
  113. Saving two program with the same name to a disk will replace the
  114. old program with the new one.
  115.  
  116. NEW CASE   The NEW command will erase any existing data from memory
  117. and allow you to start from scratch with new input.
  118. It is used if you were previously working with a problem that had
  119. been loaded in from the disk and wish to start over with a new
  120. problem.  You should save the previous problem before you press
  121. this key since it will wipe out all data in memory.
  122.  
  123.                    INPUT NEW PROBLEM DATA
  124.  
  125. Either the Vessel or Fluid command should be used first when
  126. inputting data on a new problem.  If the Fluid program is used
  127. first then the total volume of the combined mixture fluids will be
  128. printed on the vessel program screen.  If the Vessel program is
  129. used first then the volume of the vessel will be given on the Fluid
  130. data entry screen to aid in selecting the correct values.
  131.  
  132.  
  133.                         FLUID PROGRAM
  134.  
  135. FLUID   will call up a screen to enter the volume and physical
  136. properties of the two fluids to be mixed.  You will be asked to
  137. enter the volume, density, viscosity, heat capacity, and thermal
  138. conductivity of the Bulk and the Disperse Fluids.  Enter the data
  139. in English units as requested by the program.  The density can
  140. however be entered in either Lb/Ft3 or as Specific gravity.
  141.  
  142. If you just press return, when adding the Disperse Fluid the data
  143. will default to zero volume with the same properties as the Bulk
  144. Fluid.
  145.  
  146. The Mixture properties of the Bulk and Disperse Fluids are
  147. automatically calculated, after the Bulk and Disperse Fluid
  148. properties have been added.  After data entry, you may go back and
  149. correct the data or print the data by using the Command line. 
  150. Press B or D to change the Bulk or Disperse fluid properties, press
  151. P to print the fluid data.  Pressing A for Accept will return you
  152. to the Main menu.
  153.  
  154. The viscosity of the blend mixture is calculated by a computer
  155. algorithm based upon the ASTM liquid viscosity blending charts. 
  156. The other properties are calculated by simple weight averages.
  157.  
  158.                     VESSEL SIZING PROGRAM
  159.  
  160. VESSEL   will permit you to rate or design the Mixer vessel. For
  161. new problem input, It first prompts you for a Title to describe the
  162. problem.  A description name can be entered of up to 80 characters.
  163.  
  164. The total volume of the liquid to be mixed will be displayed if the
  165. Fluid program has been previously run.
  166. After you have given the Case name, you are directed by the program
  167. to select the values to Design the vessel.
  168. First you are requested for the Design pressure in Psig.  Next the
  169. total gallons and the vessel length/diameter ratio is requested.
  170. A Window will pop up to help you select the vessel head.  Your
  171. Choices are Flat bottom, ASME F&D, 2/1 Elliptical, and
  172. Hemispherical.  Finally you are requested to confirm or input the
  173. values to use for Stress , Weld efficiency, and corrosion allowance
  174. for calculating the thickness and weight of the vessel.
  175. The Default values can be chosen by pressing the return key.
  176.  
  177. You have now inputted all the values and the program will calculate
  178. the vessels diameter and length. as well as  The surface area of
  179. the vessel, The vessels volume in Cu.Ft and gallons.
  180. The liquid height in the vessel is given in inches on the straight
  181. side.  If the vessel is too small or the liquid height exceeds the
  182. vessel straight side for the liquid given previously a value of
  183. 10000 is given.
  184. The program also calculates the vessel shell thickness and the
  185. vessel weights, and the width and offset of the recommended
  186. baffles.  Note the program assumes the use of 4 baffles in all
  187. cases.
  188.  
  189. The command line on the bottom of the screen  will allow you to run
  190. case studies on this vessel.  The options are Accept, Rating,
  191. Design, Weight, CaseName and Print.  Press the first key of the
  192. command word to select the appropriate alternative.
  193.  
  194. RATING   The program will allow you to rate the vessel by pressing
  195. the key R for Rate.  You then supply the Diameter, Length
  196. (straight-side).  and the type of vessel head. The program then
  197. calculates the volumes, CSA, and surface area of the mixer vessel. 
  198. The recommended baffle size and offset from the wall is also
  199. calculated as well as the straight side liquid height.
  200. Three types of head can be specified, Flat, ASTM dished, and 2-1
  201. Elliptical.  The use of Elliptical heads is recommend for high
  202. pressures.
  203.  
  204.  
  205. DESIGN   If you press the key D for Design  you will repeat the
  206. procedure for initial input of vessel data.
  207.  
  208. WEIGHT   If you press the key W for weight; you can change the
  209. default values used for Stress, welding efficiency and corrosion
  210. allowance.
  211.  
  212. The weight of the vessel is only  approximate since the weight of
  213. Nozzles Flanges etc. can affect the weight.  The shell and head
  214. thicknesses are also approximate and the final values selected must
  215. be determined by a qualified vessel engineer.  They are provided
  216. only for estimating purposes.
  217.  
  218. PRINT   The key P will print the Vessel screen to your printer.
  219.  
  220. ACCEPT  The key A will return you to the main menu.  If you return
  221. to the vessel screen from the main menu,  it will display your
  222. previously inputted data and default to the Command line on the
  223. bottom of the screen.  If you had loaded in a previously saved
  224. problem from the disk, all the screens will be active and display
  225. the data loaded when you call up the subprogram.
  226.  
  227.                      AGITATOR DESIGN PROGRAM
  228.  
  229. The Agitator program can only be run after the vessel and fluid
  230. data have been inputted or if an existing program has been loaded
  231. from the disk.
  232.  
  233. The program will start out by prompting you for the type of
  234. agitator to be used.  There are seven choices.  You may choose
  235. between Pitched Blade or Axial turbines, Propeller, Flat Blade,
  236. Disk, Retreat Blade { Pfaudler Type } Anchor and Double Helix
  237. agitators.
  238.  
  239. The Axial turbine option refers to conventional pitch blade turbine
  240. with 45 degree angle blades.  Four blades are normally used.
  241.  
  242. The new Hydrodynamic axial turbines can be approximated by
  243. selecting the propeller option with a pitch of 1.25.  The flow and
  244. BHP obtained will be sufficiently close for estimation purposes. 
  245. However the final design of these turbines must be left to the
  246. agitator vendor since they are a very specialized design.
  247.  
  248. The propeller design option allows the specification of different
  249. degrees of pitch.
  250.  
  251. Flat Blade and Disk turbines refer to conventional Radial flow
  252. turbines.  The Disk type has a center disk to aid in dispersing gas
  253. or immiscible fluids to the blades.
  254.  
  255. The Retreat Blade selection is based upon a 3 blade impeller.  This
  256. selection should closely approximated the performance of the
  257. Pfaudler type impeller with two finger Baffles.
  258.  
  259. The Anchor Agitator assumes that the diameter of the agitator is
  260. 0.90 the vessel diameter.  You will be asked to specify the height
  261. / diameter ratio of the agitator.
  262.  
  263. The Helix agitator is based upon the double ribbon type design as
  264. described in Nagata'.  There are two ribbon blades with a standard
  265. diameter of 0.95 of the vessel diameter.  The Blade width is 0.1
  266. the diameter.  The program will prompt for the Screw pitch to use
  267. in the Helix agitator design.
  268. The selection of the Axial, or Radial type of impellers will result
  269. in the program requesting additional information to describe the
  270. impeller.
  271. The Number of blades on the impeller is requested in a pop up
  272. screen.  The standard number for an axial turbine is 4 blades.  The
  273. standard number for a Radial ie. Flat or Disk type  is 6 blades.
  274. You will also be requested for the width to diameter ratio of the
  275. turbine blades.  The default value provided is 0.2.  You can change
  276. this if desired.  Width to diameter ratio down to 0.125 are used
  277. for high shear applications.  This only pertains to radial flow
  278. type impellers.  High Shear is intensified by the use of narrow
  279. blade widths. There is no value in selecting blade widths greater
  280. than 0.2.  The user should generally accept the default values
  281. unless you wish to develop a non-standard design for special
  282. purposes.
  283.  
  284. Default values are supplied for all values requested.  Just press
  285. the return key to accept these default values.  The Default values
  286. are the most commonly used dimensions for the type of agitator
  287. selected, and I suggest you accept them for your initial design
  288. calculations.
  289.  
  290. After the type of agitator is selected, the program will prompt for
  291. information on the number of impellers,and the diameter of the
  292. impeller.
  293.  
  294. A window will then pop up that will help you to specify the
  295. agitators location in the vessel.  The screen will give the liquid
  296. height, the depth of the heads and will suggest agitator spacing
  297. from the bottom of the vessel.  The spacing for one agitator will
  298. be approximately 1/3 of the liquid depth from the bottom.
  299. You can override these suggestions by inputting new data or accept
  300. them by pressing the return key. 
  301. The location of the agitators is use to make a fine correction on
  302. the impellers BHP called the Proximity factor in OldShues Mixing
  303. Technology Book.  Radial turbine will have a reduction in their Bhp
  304. consumption if they are located close to the vessel bottom since
  305. the impeller is starved for liquid flow.  Axial turbines have a
  306. small increase in Bhp due to Back pressure.
  307.  
  308. The location of the agitators is also used later in the program to
  309. calculate the diameter of the shaft.
  310.  
  311. After the impeller location data is inputted. the program will
  312. prompt for the RPM to use in the calculations.  A window will pop
  313. up that lists the standard RPM's used by the AGMA (American Gear
  314. Manufactures Association.)  These standard RPM's should generally
  315. be chosen to insure a standard and lower cost design.  Other RPM's
  316. will require special gearing or hydraulic variable speed drives.
  317.  
  318. Selection of the correct RPM for Helix agitators depends upon the
  319. application.  Generally the Rpm is less that 30 and higher than 5
  320. Rpm.  Helix agitator due to the high viscosities tend to be high
  321. torque devices that operate a low RPM,s.
  322.  
  323. After all the data is supplied the program calculates the agitators
  324. requirements.   The following data is calculated:
  325.  
  326.      The impellers diameter to tank diameter ratio.
  327.      The mixing Reynolds Number.
  328.      The Prandel Number used in the heat transfer calculations.  
  329.      The agitators Power number. Np
  330.      The impellers Flow number Nq.
  331.      The Proximity correction factor for the Btm Agitator
  332.      The Average Proximity Factor
  333.      The Tip Speed of the turbine.
  334.      The Maximum Shear and average Shear for radial Turbines.
  335.      The Discharge Flow of one impeller. 
  336.      The vertical velocity in the tank of the fluid.
  337.      The Blend Time and Turnover Time. 
  338.      The Impeller Bhp for the total number of agitator selected is
  339.      calculated with and without the proximity factor correction.
  340.      If 4 agitators were selected then this value  will be the sum
  341.      for all 4 impellers.
  342.      The Torque of the impeller is calculated in Ft-Lbs. Torque is
  343.      based upon the uncorrected impeller BHP.
  344.      The BHP/ 1000 gallons is calculated for convenience.
  345.      The Standard Motor is selected for the impeller BHP
  346.      requirement.  This assumes a value of 0.9 for the motor
  347.      efficiency and gear losses.
  348.  
  349.                           Heat Transfer
  350.  
  351.      The Heat transfer coefficients are generated for the Jacket
  352.      and for coils. The heat transfer coefficients are developed
  353.      for a viscosity correction of 1 and for typical heating and
  354.      cooling viscosity corrections.  The coefficients are based
  355.      upon the outside surface area for the coils.  The U values for
  356.      cooling water and for steam are estimates that are based upon
  357.      a water velocity of 6 ft/sec for water and an inside
  358.      coefficient of 1500 for steam.  A fouling factor of 0.003 is
  359.      also applied.
  360.  
  361.  
  362.      The jacket heat transfer coefficient is based upon the
  363.      following equation with no viscosity correction:
  364.  
  365.  
  366. (HjT/k) = 0.85(Nre)**0.66*(Npr)**0.33(Z/T)**-0.56 X
  367.      (D/T)**0.13  for a viscosity correction of one.
  368.  
  369.  
  370.  
  371.  
  372. All values calculated assume that the tank is fully baffled with 4
  373. baffles of the size given in the Vessel program. or assumes that
  374. gravitational effects are not significant as in high viscosity
  375. service.
  376.  
  377. The command line on the bottom of the screen will allow you to
  378. perform case studies to explore the effect of different RPM or
  379. impeller diameters on the mixer results.
  380.  
  381. Press the first letter of the command line to redo selected data
  382. input.
  383. The letter T will allow you to change the type of agitator.  This
  384. results in a complete data input.
  385. Selecting N for Number will allow you to change the number of
  386. impellers of the same type and to change the location of the
  387. agitators.
  388. D will redo the calculations with a different diameter.
  389. R will allow you to change the RPM of the agitator.
  390. The Letter P will print the screen to your printer.
  391. A for Accept will return you to the main menu.
  392.  
  393.                     SHAFT DIAMETER SIZING
  394.  
  395. The Shaft Diameter program selected by pressing D from the main
  396. menu will calculate the diameter of the shaft and the critical
  397. speed for top supported and shafts with bottom steady bearings. 
  398. This program is not accurate for double helix or Anchor agitator
  399. but can be used for pitched blade, Flat Blade or Disk turbines.  It
  400. cannot be run unless the Agitator program has been run first.  The
  401. shaft diameter program will generally oversize the diameter for low
  402. power propeller applications since the damping effect of the liquid
  403. is not considered in suppressing vibration.
  404.  
  405. The shaft diameter sizing program requires input on the location of
  406. the agitators.  This data was inputted during the agitator program. 
  407. But the location of the agitators can be changed by typing R from
  408. the command line.  The program gives the distances from the top of
  409. the upper support to the various agitators.  Where Agitator 1 is
  410. the bottom one.
  411.  
  412. The agitator sizing program must be run first, since the values
  413. required for torque and Bhp are calculated in this step.  The
  414. impeller dimensions and RPM are also determined in this step.
  415.  
  416. The program calculates the agitator weights including the Hub
  417. weights and the appropriate moments of inertia.
  418.  
  419.  
  420.  
  421.  
  422.  
  423.  
  424. The diameter of a top supported agitator shaft is often determined
  425. by the thickness needed to prevent vibration.
  426. The first critical speed is calculated and the diameter is
  427. increased until the RPM of the agitator is less than 70% of the
  428. critical speed.
  429.  
  430. The diameter of bottom anchored shafts is usually set by torque
  431. requirements since the critical speed is much higher, however the
  432. critical speed for this case is also calculated and the diameter is
  433. adjusted if required.
  434.  
  435. The Shaft diameter sizing calculations should be used as a
  436. guideline, but the final selections for shaft sizing should be left
  437. to a qualified vendor since the actual weights of the agitators can
  438. vary as well as the metallurgy used in the shafts.
  439.  
  440.               GUIDELINES FOR AGITATOR SELECTION
  441.  
  442. HELIX agitators should only be used for high viscosity applications
  443. with viscosities above 30000 cp.  The program is accurate for
  444. Newtonian Fluids at high viscosity. 
  445. It can be used for pseudo plastic fluids through a trial and error
  446. procedure to determine the effect of Shear stress on the Fluid
  447. viscosity.  This procedure is complex but is given in Nagata's book
  448. referenced below.  Visco-Elastic Fluids are nearly impossible to
  449. predict.  Lab data is needed and this program will give optimistic
  450. answers for blend time.  Most polymer systems are pseudo plastic
  451. and are not visco elastic. 
  452. If two fluids are to be mixed with greater than three magnitudes of
  453. difference in viscosity a Helix agitator can have major problems. 
  454. This typically happens if monomers are added to a polymerization
  455. reactor.  In this case the feed viscosity must be increased by
  456. premixing before adding the feed to the agitator.
  457.  
  458. The program is based on Double Helix Ribbons.  The customary double
  459. ribbon design uses a pitch of 1 on the blades.  Single Ribbon Helix
  460. agitators with a center screw are an alternate design, they are
  461. usually designed with a pitch of 0.5 and have a somewhat lower
  462. power requirement and somewhat longer blend times.
  463. The result from the Double Helix Ribbon program can be used for
  464. approximate estimates of this alternate design. 
  465.  
  466. ANCHOR agitators are used for heat transfer application in
  467. viscosities from 5000 to 50000 cp.  The supply very little top to
  468. bottom mixing and are of limited use for most applications.
  469.  
  470.  
  471.  
  472.  
  473.  
  474.  
  475.  
  476. AXIAL flow ie. Pitched blade agitators should be selected for most
  477. other applications; particularly liquid mixing or solids
  478. suspension.  They provide the best mixing for the lowest power. 
  479. They can be used over a wide range of viscosities up to 30000 cp. 
  480. Impeller diameters should be approximately one third and up to 50
  481. percent of the tank diameter.  Increasing the diameter will lower
  482. the power required for a given mixing requirement but will increase
  483. the Torque.
  484.  
  485. The new types of Axial Flow turbines (HydroDynamic) that are vendor
  486. specialized items give excellent flow characteristics at lower
  487. power consumptions.  Generally around 1/3 of the conventional 45
  488. degree turbine.  Since the blade characteristics are variable in
  489. pitch as well as diameter and thickness, it is difficult to
  490. generalize.  Selection of a propeller designs with the same
  491. diameter and rpm gives a reasonable approximation for these new
  492. turbines BHP, Flow and heat transfer characteristics.
  493. The Hydrodynamic designs must be used with caution in high
  494. viscosity service.  Be concerned if the viscosity is over 4000.
  495.  
  496. FLAT Blade and DISK blade turbines are used for applications that
  497. require a high shear or high power input.  Typical examples are
  498. Neutralizers that mix caustic with organics, or Dispersion of a Gas
  499. into the liquid.  They are usually designed with a high tip speed. 
  500. Disk turbines are similar to Flat blades, but have a central thin
  501. solid disk to direct flow to the blades.  Thin agitator blades ie
  502. width/diameter impeller ratios of 0.125 are usually preferred to
  503. maximize shear at lower power.  This type of impeller should not be
  504. used for flow specific applications such as liquid blending or
  505. solid suspensions.  The power consumption for the flow achieved is
  506. too high. 
  507. PROPELLERS are used for small mixing applications.  They typically
  508. are used in low viscosity service and at high RPM's
  509.  
  510.                        SOURCES OF DATA
  511.  
  512. The correlations used in this program were developed from standard
  513. text's and papers.  The user is referred to the following texts to
  514. develop expertise.
  515.  
  516.      Mixing Principals and Applications by Nagata
  517.      Halsted Press
  518.  
  519.      Mixing  Vol 1 and 2 by Uhl and Grey
  520.      Academic Press
  521.  
  522.      Fluid Mixing Technology by Oldshue
  523.      McGraw Hill
  524.  
  525.      Liquid Agitation by Chemineer
  526.      Chemical Engineering Magazine articles 1976
  527.  
  528.  
  529.               CORRELATIONS USED IN THE PROGRAM
  530.  
  531. The correlations for agitator power for axial flow and flat blade
  532. turbines were developed by curve fits of the data supplied for
  533. power numbers vs. Impeller Reynold's numbers developed by Bates,
  534. Fondy, and Fenic.  See Uhl and Grey Vol 1 page 133, Figure 7.
  535.  
  536. The correlations for power for Double Helix agitators were based
  537. upon equations given by Nagata in his book referenced above Page
  538. 55.
  539.  
  540. The power numbers vs Nre for Anchor agitators and Propellers were
  541. base on data given by OldShue in his text.
  542.  
  543. The Flow numbers vs Nre were based on data given in the Chemineer
  544. series.
  545.  
  546. Mixing time correlations should be used with a degree of
  547. skepticism.  They are based on lab data presented in the above
  548. standard texts from colored dye experiments etc.  A rule of thumb
  549. is that the mixing time varies from 3 to 8 times the time required
  550. to turnover the reactor by top to bottom mixing.  See Nagata page
  551. 202 for Helix agitator's,  See Chemineer Articles for Axial Flow
  552. agitator's.  Use the blend time correlations only in a relative
  553. sense to compare different agitators.  Blend time is very difficult
  554. to predict without Lab data.  It is strongly dependent on the
  555. specific gravity differences and the viscosity differences of the
  556. two fluids and the published literature in this area is not
  557. adequate to make accurate predictions.