Quantifizierung Mixing mit Magnetic Resonance Imaging

Das übergeordnete Ziel des folgenden Experiments ist es, die Magnetresonanztomographie als leistungsfähiges Werkzeug zur Bewertung von Misch- und Prozessanlagen zu nutzen. Dies wird durch die Kombination von zwei Flüssigkeitsströmen in einem geteilten und rekombinierten statischen Mischer erreicht. Mr.Images werden durch die Auswahl eines geeigneten Bildgebungsprotokolls erhalten.

Diese Bilder ermöglichen die Charakterisierung des Mischers. Die Leistungsergebnisse werden für eine Anwendung erzielt, die für Körperpflegeprodukte relevant ist, aber das Verfahren kann auf eine breite Palette von Lebensmitteln, Chemikalien, Biomasse und biologischen Flüssigkeiten angewendet werden. Der Hauptvorteil der Magnetresonanztomographie gegenüber anderen Techniken, wie z. B. Video, besteht darin, dass undurchsichtige Materialien sichtbar gemacht werden können.

Zusätzlich sind die Informationen quantitativ und es können Komponentenkonzentrationen und der Grad der Durchmischung berechnet werden. Visualisieren, Mischen. Der Einsatz von MRT kann hilfreich sein, um Computational Fluid, dynamische Simulationen und Fertigungsprozesse zu validieren, indem räumlich gemessene Konzentrationsverteilungen mit berechneten Konzentrationsverteilungen detailliert verglichen werden.

Der SAR-Mischer besteht aus einer Reihe verschiedener Platten, die in ein PVC-Rohr eingelegt sind. Jede lasergeschnittene Platte besteht aus PMMA und ist 1,59 Millimeter dick geschnitten. Jede Platte hat einen rechteckigen Schlüssel, der sie entlang eines Acrylstabs ausrichtet.

In einem PVC-Rohr kann der Kunststoff klar oder undurchsichtig sein. Die Platten haben verschiedene Ausführungen, die über Öffnungen verfügen, durch die Flüssigkeiten fließen können. Die Platten werden in einem sich wiederholenden Muster in das Rohr gelegt, was zu Tunneln führt, die sich vermischen.

Die beiden Flüssigkeiten, die durch die Rohrplatte S strömen, werden verwendet, um die beiden Flüssigkeiten zu strömen, die in das sich wiederholende Motiv eintreten. Ein Fluidstrom befindet sich in der Mitte und die Fluidströme strömen darüber und unten. Sie haben eine relative Durchflussrate von 10 zu eins.

Anschließend treffen die Flüssigkeiten in einem offenen Kanal aufeinander, der aus acht Typ-C-Platten besteht. Die Flüssigkeiten werden dann durch acht Platten der Platte I physikalisch in zwei vertikale Kanäle getrennt. Der nächste Abschnitt besteht aus 16 einzigartigen Platten, die jeden Flüssigkeitsstrom drehen und um 90 Grad gegen den Uhrzeigersinn drehen. Die Flüssigkeit fließt dann durch acht Platten, die die Flüssigkeiten in zwei horizontale Kanäle aufteilen.

Das sich wiederholende Motiv endet mit acht offenen Kanalplatten. Insgesamt hat sich das Motiv sechsmal durch das PVC-Rohr wiederholt. Montieren Sie ein Durchflusssystem, um die Carbopollösung durch den geteilten und rekombinierten Inline-Mischer zu pumpen, und positionieren Sie zunächst den Mischer im Magneten.

Der Magnet ist Teil eines einzelnen Tesla-Permanentmagnet-basierten bildgebenden Spektrometers mit einer maximalen Gradientenstärke von 0,3 Tesla pro Meter und einem nahezu kuppelförmigen Gehäuse, das in der Lage ist, den Massendurchfluss der Testflüssigkeiten zu kontrollieren und aufzuzeichnen. Darüber hinaus ist ein Druckmessumformer vor dem Mischer zur Drucküberwachung einzubauen, eine Hochfrequenzspule aus einem Magneten mit vier Windungen bei zylindrischem Volumen, die eng an das PVC-Rohr anpasst. Schließlich sind zwei unterschiedliche Lösungen mit den Einlässen verbunden.

In dieser Demonstration handelt es sich bei den Lösungen um Carbopol mit oder ohne Manganchlorid. Bereiten Sie die Carbopollösung vor, indem Sie eine gewichtete Menge Polymer langsam in einem gerührten Tank in entionisiertes Wasser sieben. Neutralisieren Sie die Carbopollösung mit einer 50%igen Natronlauge auf pH sieben.

Durch die Neutralisation erreicht die Lösung ihre maximale Viskosität, wenn das Polymer in Wasser aufquillt. Um ein Gel zu bilden, bereiten Sie eine zweite dotierte Carbopollösung vor, die das MR enthält. Kontrastmittel Manganchlorid. Zur Charakterisierung des Fließverhaltens bzw. der Rheologie wird eine Standard-Kokettengeometrie bei einer Fluidtemperatur von 25 Grad Celsius verwendet, um die Scherviskosität zu messen.

Verwenden Sie einen Steady State Sheer Stress Sweep von 0,1 bis 500 Pascal im rhythmischen LA-Modus mit 10 Punkten pro Dekade und 5 % Toleranz. Messen Sie dann die Dehnung über einen Frequenzdurchlauf von 628 bis 0,63 rad pro Sekunde im logarithmischen Modus LA mit 10 Punkten pro Dekade. Bei der Auswahl der Bildgebungsparameter müssen wir das gesamte Signal-Rausch-Verhältnis im Bild sowie den Kontrast und die Signalintensität zwischen dem dotierten Bereich und dem Ein-Bereich berücksichtigen.

In diesem Fall haben wir eine Gradienten-Echo-Sequenz gewählt, und wir haben die Konzentrationen von gewählt, um eine lineare Abhängigkeit der Signalintensität von der Konzentration zu erhalten. Die MR-Sequenz beinhaltet keine Flusskompensation

Um Bewegungsartefakte zu vermeiden, wird die Bildgebung auf ruhenden Flüssigkeiten durchgeführt. Die Bildgebungszeit liegt in der Größenordnung von ein bis vier Minuten. Positionieren Sie den Mischer neu, um die Volumina an verschiedenen axialen Positionen abzubilden. Schieben Sie das Mischrohr axial durch den Magneten, bis sich das gewünschte Volumen in der Mitte der NMR-Spule in der Mitte des Magneten befindet.

Wiederholen Sie dann den Bildgebungsvorgang. Analysieren Sie abschließend die MRT-Daten mit Bildanalyseverfahren, um die räumliche Verteilung der Komponentenkonzentrationen zu dokumentieren. In dieser Arbeit waren die wirklichen logischen Eigenschaften der beiden Lösungen nicht zu unterscheiden.

Die viskoelastischen Eigenschaften der Lösung wiesen die Charakteristik eines Gelsystems auf, bei dem die Speicherung größer als der Verlust ist, wobei der Modul und der Verlust ziemlich konstant sind. Die Steigung eines Verlusts über die Speicherung nahm mit höherer Frequenz zu, und die entsprechende Phasenverzögerung folgte dem gleichen Trend, um den relativen Beitrag der viskosen Kräfte zu den Trägheitskräften während der Strömung zu bewerten. Die Reynolds-Zahlen wurden als durchschnittliche Strömung durch die Platten berechnet.

Diese Werte, die deutlich kleiner als 1,0 sind, deuten darauf hin, dass viskose Kräfte die Trägheitskräfte dominierten. Das Mischen erfolgte also eher durch laminare Dehnung und Scherung als durch Turbulenzen. Um die Leistungsfähigkeit der Strömungsvisualisierung mittels MRT zu veranschaulichen, sind die folgenden Ergebnisse ausgewählte Bilder an verschiedenen axialen Positionen.

Der SAR-Mischer teilt die Ströme effektiv und gleichmäßig auf, wie auf den Bildern der H-Platten nach der ersten, zweiten und dritten Mischsektion dargestellt. Die Anzahl der dotierten Fluidstreifen verdoppelte sich in jeder Mischsektion. Wenn Sie die Schwellenwerte für den Bildwert ändern, werden die Streifen der dotierten Flüssigkeit mit jedem Durchgang durch das Motiv größer.

Eine Bildsequenz durch die 90-Grad-Drehung gegen den Uhrzeigersinn im Mischer zeigt, wie die vertikalen Ströme im Mischprozess durch den gesamten Tunnel zu horizontalen Strömen werden. Die beiden Flüssigkeitsströme werden um ein Vielfaches verdoppelt Wenn Sie versuchen, diese Messungen durchzuführen, ist es wichtig, sich daran zu erinnern, dass die Messzeit im Vergleich zu der Zeit, in der die molekulare Diffusion die Konzentrationsverteilungen der Komponenten beeinflusst, sehr kurz sein sollte. Diese experimentellen Messungen des Mischens sind besonders nützlich, um die Auswirkungen von Komponentenmodellen der Fluidrheologie zu testen, die in numerischen strömungsdynamischen Simulationen des Mischens verwendet werden, sowie eines geteilten und rekombinierten Mischers.

Nachdem Sie sich dieses Video angesehen haben, sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie Sie die Magnetresonanztomographie zur Untersuchung von Konzentrationsverteilungen in einem statischen Mischer einsetzen können.