磁気共鳴イメージングを使用してミキシング定量化

次の実験の全体的な目標は、磁気共鳴画像法を強力なツールとして使用して、混合およびプロセス装置を評価することです。これは、2つの液体ストリームを分割および再結合スタティックミキサーで組み合わせることによって実現されます。Mr.Imagesは、適切なイメージングプロトコルを選択することによって取得されます。

これらの画像により、ミキサーの特性評価が可能になります。性能結果はパーソナルケア製品に関連するアプリケーションに対して得られますが、この手順は、食品、化学、バイオマス、および生体液の広い範囲に適用することができます。磁気共鳴画像法をビデオなどの他の手法よりも使用する主な利点は、不透明な材料を視覚化できることです。

さらに、情報は定量的および成分濃度であり、混合の程度を計算できます。視覚化、ミキシング。MRIを使用すると、空間的に測定された濃度分布と計算された濃度分布を詳細に比較することにより、計算流体、動的シミュレーション、および製造プロセスの検証に役立ちます。

SARミキサーは、PVCパイプに敷設された多数の異なるプレートで構成されています。各レーザーカットプレートはPMMAで構成され、厚さ1.59ミリメートルにカットされています。各プレートには、アクリル棒に沿って整列する長方形のキーがあります。

PVCパイプでは、プラスチックは透明または不透明である場合があります。プレートにはさまざまなデザインがあり、流体が流れることができる開口部があります。プレートは繰り返しパターンでパイプに敷設され、その結果、トンネルが混ざり合います。

パイププレートSを通過する2つの流体は、繰り返しモチーフに入る2つの流体を流すために使用されます。1つの流体の流れが中央にあり、流体は上下に流れています。それらは10対1の相対流量にあります。

次に、流体は8つのタイプCプレートで作られた開いたチャネルで合流します。その後、流体は、プレートI.The次のセクションは、各流体の流れが反時計回りに90度ねじれている16のユニークなプレートで構成され、2つの垂直チャネルに物理的に分離されます。次に、流体は8つのプレートを通って流れ、流体を2つの水平チャネルに分割します。

リピートモチーフは、8枚のオープンチャンネルプレートで仕上げられています。全体として、モチーフはPVCパイプを通じて6回繰り返されています。インライン分割と再結合スタティックミキサーを介してカーボポール溶液をポンピングするフローシステムを組み立てるには、ミキサーを磁石に配置することから始まります。

この磁石は、ピーク勾配強度が1メートルあたり0.3テスラの単一のテスラ永久磁石ベースのイメージング分光器の一部であり、試験流体の質量流量を制御および記録できるほぼキュービクルのエンクロージャを備えています。さらに、ミキサーの上流に圧力トランスデューサを組み込んで圧力を監視し、円筒形の体積の場合は4回転のソレノイドで作られた無線周波数コイルを組み込んで、PVCパイプに密接にフィットします。最後に、2つの異なるソリューションがインテークに接続されています。

このデモンストレーションでは、溶液は塩化マンガンの有無にかかわらずカルボポールになります。攪拌タンク内で加重量のポリマーを脱イオン水にゆっくりとふるい分けることにより、カルボポール溶液を調製します。カルボポール溶液を50%水酸化ナトリウム溶液でpH7に中和します。

中和により、ポリマーが水中で膨潤するにつれて、溶液は最大の粘度を達成することができます。ゲルを形成するには、MRを含む2番目のドープカルボポール溶液を調製します。造影剤塩化マンガン。流れの挙動やレオロジーを特徴付けるには、標準的なコケット形状を流体温度25°Cで使用してせん断粘度を測定します。

LA リズミック モードで 0.1 から 500 パスカルまでの定常状態のシアー ストレス スイープを、10 年あたり 10 ポイント、許容誤差 5% で使用します。次に、LA対数モードで10ポイント/秒で628〜0.63rad/秒の周波数スイープでひずみを測定します。イメージングパラメータを選択する際には、画像内の総S/N比と、ドープ領域とオン領域の間のコントラストと信号強度を考慮する必要があります。

この場合、勾配エコーシーケンスを選択し、信号強度の濃度に対する線形依存性を与えるために、の濃度を選択しました。MRシーケンスにはフロー補正は含まれていません。

そのため、モーションアーチファクトを避けるために、イメージングは静止液で実行されますイメージング時間は1〜4分程度です。ミキサーの位置を変更して、異なる軸位置でボリュームを画像化します。ミキサーチューブを磁石の中を軸方向にスライドさせ、目的のボリュームが磁石の中心にあるNMRコイルの中心に来るようにします。

その後、イメージングプロセスを繰り返します。最後に、画像解析手順でMRデータを分析して、成分濃度の空間分布を文書化します。この作業では、2 つのソリューションの実際の論理特性は区別がつきませんでした。

溶液の粘弾性特性は、損失、弾性率、および損失がかなり一定であるよりも大きな貯蔵を持つゲルシステムの特性を持っていました。貯蔵上の損失の傾きは、より高い周波数で増加し、対応する位相遅延も同じ傾向に従って、流れ中の慣性力に対する粘性力の相対的な寄与を評価しました。レイノルズ数は、プレートを通る平均流量として計算されました。

これらの値は 1.0 よりはるかに小さいため、粘性力が慣性力を支配していることを示しています。したがって、混合は乱流ではなく、層流の伸張とせん断によって行われました。MRIを使用した流れの可視化の威力を示すために、以下の結果を異なる軸位置の画像として選択しました。

SARミキサーは、第1、第2、および第3の混合セクションから下流のHプレートの画像に示されているように、効果的かつ均一に流れを分割します。ドープされた流体ストライプの数は、各混合セクションを通じて倍増しました。画像値のしきい値を変更すると、ドープされた流体のストライプがモチーフを通過するたびに増加することがわかります。

ミキサーで反時計回りに90度回転する一連の画像は、トンネル全体を通る混合プロセスで垂直の流れが水平の流れになる方法を示しています。2つの流体の流れが何度も倍増する これらの測定を試みる場合、分子拡散が成分濃度分布に影響を与える時間と比較して、測定時間は非常に短くなければならないことを覚えておくことが重要です。これらの混合の実験的測定は、混合の計算流体力学シミュレーションで使用される流体レオロジーの構成モデル、および分割および再結合ミキサーの影響をテストするのに特に役立ちます。

このビデオを見れば、磁気共鳴画像法を使用してスタティックミキサーの濃度分布を研究する方法について十分に理解できるはずです。