▷ 교반기(Agitator) 선정요령 - 1
AGITATOR(교반기)
교반 정의: 두 가지 이상의 물질을 혼합하는 것.
교반 Agitation: 점성이 작고 유동성이 있는 유체원료를 혼합하는 것.
혼합 Mixing: 분말과 같은 입자상태의 고체원료를 혼합하는 것.
반죽 Kneading: 고 점성 또는 반고체 원료를 혼합하는 것.
교반기 정의: Motor에 의해 회전하는 Shaft에 Impeller를 설치한 기계장치로서 Impeller의 운동에너지를 이용하며, Vessel 내부 원료의 반응,
중합, 용해, 분산, 현탁, 혼합, 석출 등을 유도하여 사용자의 목적을 달성할 수 있도록 하는 기계장치.
<교반기 선정요령>
교반효율의 극대화를 위해 교반목적 및 용도에 적합한 교반기를 선정하는 과정은 매우 중요하므로 많은 경험과 정확한 동력산출 및 축의 강도계산을 요구합니다.
다음의 사항을 고려하여 선정한다면 가장 이상적인 교반기를 얻을 수 있을 것입니다.
-. 교반조(Vessel)의 사양
모양(원형, 사각, 타원 등), 크기(지름, 높이), 재질, 개폐여부, 운전조건(압력, 온도), 내부 Heating Coil 유무 등.
-. 액성
내용물의 종류, 점도, 비중, 온도, 압력조건, 용해도, 고형물의 크기 및 첨가량.
-. 교반목적
전열, 혼합, 용해, 반응, 침전방지 및 현탁, 희석, 가스흡수, 고체의 결정크기 조정, 세정.
-. 교반시간
1회 교반시간, 1일 교반횟수, 단속 또는 연속 유무.
-. 재질
SUS304, SUS316, Rubber Lining, 수지계 Lining or Coating(Teflon, PE, PP, FRP, Epoxy), 금속계 Lining(Pb, Ti, SUS).
-. 주위환경
옥내, 옥외, 방폭지역의 등급, 설치(높이)공간의 여유, 사용전압.
<선정순서>
1>. 교반용량, 교반목적, 교반유체의 물성(점도, 비중, 농도, 고형물의 양)
2>. 교반목적과 유체특성에 따라 임펠러 선정.
3>. 교반목적을 달성하는데 필요한 임펠러 날개 수, 외경, 회전수 선정.
4>. 동력결정.
5>. 교반기 본체 및 주변기기 설계.
<Baffle Plate>
Agitation에 있어서 매우 중요한 요소이며, 일반적으로 2~4개를 설치합니다.
Baffle의 효과
조 벽면에 Baffle을 설치하면 Baffle 주변에서 와류현상이 발생하게 됩니다. 즉 조 중심과 외주의 속도가 서로 다르므로 혼합교반에 유효한 난류상태로 유도하게 됩니다.
또한 상하 순환류의 증대로 인하여 혼합시간을 단축할 수 있으나 Baffle이 없을 때 보다 임펠러에 작용하는 부하량이 증대하므로 동력비율이 높아지는 단점이 있습니다.
반응시간을 단축시킬 수 있다.
와류 Vortex 발생을 방지한다.
반응물의 상하 순환을 효과적으로 만들어준다.
반응물에 공기 흡입을 줄일 수 있다.
입자의 분산에 도움을 준다.
<편심설치>
Baffle이 없는 Tank에서 교반기를 중앙에 설치하게 되면 반응물의 상하 순환이 거의 일어나지 않고 Radial flow를 따라 순환됩니다. 그 결과 Vortex가 생기며, Shaft 흔들림과 진동의 원인이 됩니다. 따라서 교반기를 편심설치하면 교반에 매우 유용합니다.
<중심설치>
일반적으로 중속, 고속 교반 시 교반기의 위치가 교반조의 중심에 위치할 경우 Shaft 중심부부터 외주의 근처까지 축의 선속도와 동일하게 회전하는 소용돌이 현상(Concentric Vortex Flow)이 일어나 각 부분의 속도차가 발생하지 않습니다.
즉 교반액에 전단력이 작용하지 않기 때문에 교반효율이 낮아 가급적 피하는 것이 바람직합니다.
<Clamp 부착형>
Clamp로 부착하는 Portable Agitator일 경우 조 벽면을 기준으로 10˚~20˚ 기울이며, 교반조 위에서 바라볼 때 조 중심으로부터 5˚~10˚ 각을 이루어 선회류가 발생하도록 설치합니다.
특히 임펠러가 조 중심 안쪽으로 위치하도록 설치해야 합니다.
<Mixing Time>
일반적인 경우 Mixing time이라고 하면, 원료를 투입한 후 Mixing 과정을 거쳐 최종 반응물이 나오는데 까지 걸리는 시간을 말합니다.
교반기에 있어 Mixing time의 의미는 다소 다르며, 교반기 설계 및 제작사측에서 제품의 반응과 관련된 사항을 모두 알 수 없으며, 현실적으로 각 조건에 따른 변화무쌍한 반응물의 계산을 정확히 한다는 것 자체가 불가능하기 때문입니다.
<공 운전>
Impeller가 완전히 노출되어 운전이 된다면 반응물에 의한 제진 효과가 없어지게 되어 Agitator Shaft의 휨과 과도한 진동이 발생될 수 있으며 심각한 Agitator trouble의 원인이 됩니다.
또한 교반기의 회전 진동수와 고유 진동수가 겹치는 경우 공진현상이 발생되며, 결과적으로 배진동이 일어나 교반기가 파손될 수 있습니다.
<교반기의 운전 요령>
교반기를 운전(시운전 포함)하기 전에 액면의 높이는 교반 조 높이의 70~80%를 채운 후 운전해야 합니다.
무부하 운전 시 교반축이 원심력에 의해 휘어질 수 있으므로 반드시 액의 투여 여부를 확인해야 합니다.
불가피하게 액을 다 채우지 못할 경우 최소한 하부 임펠러가 잠길 정도의 수위는 유지해야 합니다.
교반축의 회전방향은 특별한 경우를 제외하면 일반적으로 시계방향(CW)으로 운전합니다.
설치장소가 옥외일 경우 빗물이 모터 내부로 침투하지 못하도록 삿갓(Rain Cover)을 설치해야 하며 옥외형(IP54이상) 모터로 주문 설치해야 합니다.
감속기의 원활한 운전 및 수명연장을 위하여 Gearbox의 Oil(Grease)은 윤활유 조견표에 따라 주기적으로 교환 및 충진 해야 합니다.
교반기의 운전 도중 감속기 및 베어링 하우징에서 기계소음(이음발생)이 점차적으로 증가하거나 교반축이 심하게 흔들릴 경우 운전을 중단하고 (주)KPT에 의뢰하여 적절한 조치를 받는 것이 바람직합니다.
생산 공정상 액상(점도, 비중, 고형분의양 등)이 전혀 다른 교반 액으로 교체 투입할 경우 사전에 (주)KPT에 의뢰하여 임펠러의 효율성, 동력의 검토, 교반축의 강도를 반드시 점검받는 것이 바람직합니다.
<교반기의 구성>
-. 구동부
구동부의 기본 조합은 Motor와 speed reducer로 구성됩니다.
Motor의 분류
1>. 전폐형 모터.
2>. 안전증 방폭형(eG3)모터.
3>. 내압 방폭형(d2G4)모터.
4>. 극수변환 모터.
5>. 고효율 모터.
6>. 인버터 모터(V.V.V.F)
감속기의 종류 및 감속 방법
1>. Helical Gear speed reducer
2>. Cyclo speed reducer
3>. Worm Gear speed reducer
4>. V-Pulley with Belt 방식
5>. Motor 직결구동 방식
6>. Variable Speed Gear 및 Inverter Control
-. 교반기 본체
교반기 본체의 기본구성
Frame, Shaft Coupling, Bearing unit, Drive shaft
Coupling의 종류 : Flange Coupling, Chain Coupling, Jaw Coupling, Flexible Coupling, 방폭형 커플링 등.
Bearing 종류 : Ball Bearing, Taper Roller Bearing, Spherical Roller Bearing, Thrust Ball Bearing 등.
-. 축봉부
1>. Oil Seal type
가장 보편적인 Sealing 장치이며 기밀유지의 필요성이 희박할 때 사용됩니다.
적용온도: 100℃이내.
적용압력: 대기압.
2>. Gland Packing type
Oil 누유방지 및 이물질의 내부 흡입방지가 필요할 때 사용됩니다.
적용온도: 150℃이내.
적용압력: 0.5kgf/㎠ 이하(기체 Seal에서는 거의 내압유지는 기대할 수 없음)
3>. Water Seal
이물질의 내부 흡입 및 Vessel 내부의 유독가스 유출 방지용으로 사용 됩니다.
적용온도: 250℃이내.
적용압력: 대기압(고속 회전하는 교반 축에는 사용 불가)
4>. Mechanical Seal
Vessel 내부의 압력유지 및 진공상태 유지가 필요할 때 사용됩니다.
-. 교반 축
Solid Type.
Pipe Type.
-. 교반날개(Impeller)
Axial Flow Type
Radial Flow Type
Axial Radial Flow Type
Axial Forced Circulation Flow Type
-. 축수부
교반축이 장축(4000㎜ 이상)일 경우 회전수와 관계없이 축수(Foot Bearing)를 설치 하는 것이 바람직합니다.
특히 Mechanical Seal을 장착한 교반기일 경우 교반축이 장축이 아니어도 축수 설치를 신중하게 검토하는 것이 바람직합니다.
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