Quantification of laminar mixing in the kenics static mixer: An experimental study

Abstract The laminar flow field in a Kenics KM static mixer has been studied using laser induced fluorescence and digital image analysis. Mixing was quantified by measurement of the number average striation thickness, variance of striation widths and interfacial area, for elements of length to diameter ( L/D ) ratios of 0.8, 1.0, 1.5 with 90° twist per element. From flow visualisations, transitions were observed in the flow where vortices developed above the first and second elements at Reynolds numbers of 43 and 90 for L/D = 0.8 and Reynolds numbers of 55 and 105 for L/D = 1.0. It was found that these vortices did not appreciably enhance mixing based on striation thickness and variance of striation widths measurements after 4 to 5 elements. The influence of viscosity ratio showed a viscosity ratio (dyed stream/bulk stream) of I had faster interfacial area growth and created more uniform mixtures compared to a viscosity ratio of 0.2 for flow rate ratio of 0.2. On a étudié le champ d'écoulement laminaire dans un mélanger statique KM Kenics en utilisant la fluorescence induite par laser et l'analyse d'image. Le mélange est quantifié par la mesure de l'épaisseur de striation moyenne, la variance des largeurs de striation et de la surface interfaciale, pour des éléments ayant des rapports longueur‐diamètre ( L/D ) de 0,8, 1,0 et 1,5 avec une torsion de 90° par élément. Par la visualisation des écoulements, des transitions ont été observées à des nombres de Reynolds de 43 et 90 pour L/D = 0,8 et des nombres de Reynolds de 55 ete 105 pour L/D = 1,0. On a trouvé que ces vortex n'augmentaient pas de fačon appréciable le mélange basé sur des mesures d'épaisseur de straition et de variance des largeurs de striation après 4 ou 5 éléments. L'influence du rapport de viscosité montre qu'un rapport de viscosité (courant coloré/courant en vrac) de 1 a une croissance de surface interfaciale plus rapide et crée des mélanges plus uniformes comparativement à un rapport de viscosité de 0,2 pour un rapport de débit de 0,2.