Quantificare miscelazione con risonanza magnetica

L'obiettivo generale del seguente esperimento è quello di utilizzare la risonanza magnetica come potente strumento per valutare le apparecchiature di miscelazione e di processo. Ciò si ottiene combinando due flussi di liquido in un miscelatore statico diviso e ricombinato. Le Mr.Images si ottengono selezionando un protocollo di imaging appropriato.

Queste immagini consentono la caratterizzazione del mixer. I risultati delle prestazioni si ottengono per un'applicazione rilevante per i prodotti per la cura della persona, ma la procedura può essere applicata a un'ampia gamma di fluidi alimentari, chimici, da biomassa e biologici. Il vantaggio principale dell'utilizzo della risonanza magnetica rispetto ad altre tecniche, come il video, è che i materiali opachi possono essere visualizzati.

Inoltre, le informazioni sono quantitative e le concentrazioni dei componenti e il grado di miscelazione può essere calcolato. Visualizzare, mixare. L'uso della risonanza magnetica può essere utile per convalidare i fluidi computazionali, le simulazioni dinamiche e i processi di produzione mediante confronti dettagliati delle distribuzioni di concentrazione misurate spazialmente con le distribuzioni di concentrazione calcolate.

Il miscelatore SAR è composto da una serie di piastre diverse disposte in un tubo in PVC. Ogni lastra tagliata al laser è composta da PMMA e tagliata con uno spessore di 1,59 millimetri. Ogni piastra ha una chiave rettangolare che la allinea lungo un'asta acrilica.

In un tubo in PVC, la plastica può essere trasparente o opaca. Le piastre hanno vari design che hanno aperture attraverso le quali i fluidi possono fluire. Le piastre vengono posate nel tubo in uno schema ripetuto che si traduce in tunnel che si mescolano.

I due fluidi che passano attraverso la piastra del tubo S vengono utilizzati per far fluire i due fluidi che entrano nel motivo ripetuto. Un flusso di fluido si trova al centro e il fluido scorre sopra e sotto. Sono a una portata relativa di 10 a uno.

Successivamente, i fluidi si incontrano in un canale aperto, costituito da otto piastre di tipo C. I fluidi vengono quindi fisicamente separati in due canali verticali da otto piastre della piastra I.La sezione successiva è composta da 16 piastre uniche, che ruotano ogni flusso di fluido è attorcigliato di 90 gradi in senso antiorario. Il fluido scorre quindi attraverso otto piastre che dividono i fluidi in due canali orizzontali.

Il motivo ripetuto termina con otto piastre a canale aperto. Nel complesso, il motivo si è ripetuto sei volte attraverso il tubo in PVC. Assemblare un sistema di flusso per pompare la soluzione del polo di carbo attraverso il miscelatore statico diviso in linea e ricombinato, iniziare posizionando il miscelatore nel magnete.

Il magnete fa parte di un singolo spettrometro di imaging basato su magneti permanenti Tesla con una forza di gradiente di picco di 0,3 Tesla per metro e un involucro quasi cubicolo in grado di controllare e registrare la portata di massa dei fluidi di prova. Inoltre, incorpora un trasduttore di pressione a monte del miscelatore per monitorare la pressione, una bobina a radiofrequenza costituita da un solenoide a quattro spire nei casi di volume cilindrico e si adatta perfettamente al tubo in PVC. Infine, due soluzioni distinte sono collegate alle prese.

In questa dimostrazione, le soluzioni saranno carbopol con o senza cloruro di manganese. Preparare la soluzione di carbopol setacciando lentamente una quantità ponderata di polimero in acqua deionizzata in un serbatoio agitato. Neutralizzare la soluzione di carbopol con una soluzione di idrossido di sodio al 50% a pH sette.

La neutralizzazione consente alla soluzione di raggiungere la sua massima viscosità man mano che il polimero si gonfia in acqua. Per formare un gel, preparare una seconda soluzione di carbo pole drogata che contenga il MR. Agente di contrasto cloruro di manganese. Per caratterizzare il comportamento del flusso o la reologia, utilizzare una geometria standard della civetta a una temperatura del fluido di 25 gradi Celsius per misurare la viscosità di taglio.

Usa uno stato stazionario di pura spazzata di stress da 0,1 a 500 pascal in modalità ritmica LA con 10 punti per decennio e tolleranza del 5%. Quindi misurare la deformazione su una scansione di frequenza da 628 a 0,63 rad al secondo in modalità logaritmica LA con 10 punti per decennio. Quando si selezionano i parametri di imaging, è necessario considerare il rapporto segnale/rumore totale nell'immagine, nonché il contrasto e l'intensità del segnale tra la regione drogata e la regione on.

In questo caso, abbiamo scelto una sequenza di eco gradiente, e abbiamo scelto le concentrazioni di the. per ottenere una dipendenza lineare dell'intensità del segnale dalla concentrazione. La sequenza RM non include la compensazione del flusso.

Quindi, per evitare artefatti da movimento, l'imaging viene eseguito su un liquido quiescente, il tempo di imaging è dell'ordine da uno a quattro minuti. Riposizionare il mixer per visualizzare i volumi in diverse posizioni assiali. Far scorrere assialmente il tubo del miscelatore attraverso il magnete fino a quando il volume desiderato non si trova al centro della bobina NMR al centro del magnete.

Quindi ripetere il processo di imaging. Infine, analizzare i dati RM con procedure di analisi delle immagini per documentare la distribuzione spaziale delle concentrazioni dei componenti. In questo lavoro, le proprietà logiche reali delle due soluzioni erano indistinguibili.

Le proprietà viscoelastiche delle soluzioni avevano la caratteristica di un sistema in gel con stoccaggio maggiore della perdita, modulo e perdita abbastanza costanti. La pendenza di una perdita rispetto allo stoccaggio aumentava a frequenza più alta e il corrispondente ritardo di fase seguiva la stessa tendenza per valutare il contributo relativo delle forze viscose alle forze d'inerzia durante il flusso. I numeri di Reynolds sono stati calcolati come il flusso medio attraverso le placche.

Questi valori, che sono molto inferiori a 1,0, indicano che le forze viscose hanno dominato le forze inerziali. Pertanto, la miscelazione avveniva mediante stiramento laminare e taglio piuttosto che turbolenza. Per illustrare la potenza della visualizzazione del flusso utilizzando la risonanza magnetica, i seguenti risultati sono immagini selezionate in diverse posizioni assiali.

Il miscelatore SAR, divide in modo efficace e uniforme i flussi come illustrato nelle immagini delle piastre H a valle della prima, seconda e terza sezione di miscelazione. Il numero di strisce di fluido drogato è raddoppiato in ogni sezione di miscelazione. La modifica delle soglie dei valori dell'immagine mostra le strisce di fluido drogato che aumentano ad ogni passaggio attraverso il motivo.

Una sequenza di immagini attraverso la rotazione di 90 gradi in senso antiorario nel miscelatore mostra come i flussi verticali diventano flussi orizzontali nel processo di miscelazione attraverso l'intero tunnel. I due flussi di fluido vengono raddoppiati molte volte Quando si tenta di effettuare queste misurazioni, è importante ricordare che il tempo di misurazione dovrebbe essere molto breve rispetto al tempo impiegato dalla diffusione molecolare per influenzare le distribuzioni di concentrazione dei componenti. Queste misure sperimentali di miscelazione sono particolarmente utili per testare l'impatto dei modelli costitutivi della reologia dei fluidi utilizzati nelle simulazioni fluidodinamiche computazionali della miscelazione e di un miscelatore diviso e ricombinato.

Dopo aver visto questo video, dovresti avere una buona comprensione di come utilizzare la risonanza magnetica per studiare le distribuzioni di concentrazione in un miscelatore statico.