Euroskala – logiczne podejście do miksowania

Euromixers opracowało procedurę projektowania Euroskali, która pomaga odnieść problemy z mieszaniem do wymaganego poziomu agitacji w sposób prosty i wymierny.

Zastosowane zastosowania obejmują ruch płynu w celu wywoływania kontaktu fazy ciekłej, stałej lub gazowej z ciągłą fazą ciekłą.
Różnice w sposobie, w jaki każda z tych faz oddziałują z ciągłą fazą ciekłą, stanowią podstawę dla trzech głównych kategorii mieszania.

Mieszanie płynów

Ciecz – Ciecz
kontakt dla wszystkich cieczy
mieszania fazowego

Zawiesiny ciał stałych

Ciecz – Ciała Stałe
kontakt do zawieszania ciał stałych
w fazie ciekłej

Dyspersja gazu

Ciecz – Gaz
kontakt do dyspersji gazu
w fazie ciekłej

Procedury EuroScale obejmują – Identyfikacja celu mieszania, analiza odpowiednich danych procesowych i optymalizacja rozwiązania mieszania za pomocą kombinacji specjalistycznego oprogramowania opracowanego w ramach własnego i praktycznego doświadczenia. Główne kategorie zostały podsumowane poniżej wraz z definicją, parametrem trudności i danymi procesowymi wymaganymi do pełnego opisu problemu mieszania.

Mieszanie płynów

Mieszanie dwóch lub więcej mieszalnych składników płynnych w bardziej jednorodną kompozycję. Trudność w problemie mieszania można zaklasyfikować na podstawie różnic między lepkościami ciekłego składnika a gęstością właściwą dla elementu składowego. Dane procesowe wymagane do obliczenia czasu mieszania i zapewnienia rozwiązania mieszającego obejmują:

  1. Wielkość partii i wymiary zbiornika.
  2. Lepkości składników ciekłych.
  3. Ciężary właściwe dla elementu.
  4. Stosunek lub względna ilość
    składników płynnych.
  5. Poziom mieszania na poziomie europejskim.

Zawiesiny ciał stałych

Zawieszanie stałych cząstek w cieczy w celu utworzenia zawiesiny. Trudność problemu z mieszaniem może być określona przez szybkość osiadania ciał stałych w cieczy. Dane procesowe, których potrzebujemy do obliczenia stawki rozliczeniowej i dostarczenia rozwiązania mieszającego obejmują:

1. Wielkość partii i wymiary zbiornika.
2. Grubość właściwa cieczy i ciała stałego.
3. Lepkość cieczy.
4. % wagowy ciał stałych w zawiesinie.
5. Średni rozmiar cząstek.
6. Poziom zawieszenia na poziomie europejskim.

Dyspersja gazu

Dyspergowanie gazu w cieczy w celu utworzenia dyspersji gazowej.
Trudność problemu z mieszaniem może być określona przez szybkość wydzielania gazu w cieczy. Dane procesowe, których potrzebujemy, aby obliczyć szybkość sparowania i zapewnić rozwiązanie mieszania obejmują:

1. Wielkość partii i wymiary zbiornika.
2. Grubość właściwa cieczy i gazu.
3. Lepkość cieczy.
4. Objętość dopływu gazu w L/s lub m3/godz.
5. Szybkość reakcji gaz-ciecz, jeśli jest znana.
6. Poziom dyspersji w skali euro.

Wielkość partii  – określa się jako roboczą objętość cieczy w zbiorniku, która może zmieniać się w czasie, na przykład podczas napełniania lub opróżniania zbiornika, zalecana jest zazwyczaj minimalna wysokość partii do stosunku wysokości zbiornika > 0.2. Ważne jest również poznanie orientacji zbiornika i geometrii, aby dodatkowo określić idealny typ wirnika, jego liczbę, rozmiar i lokalizację dla aplikacji. Dane operacyjne, takie jak temperatury i ciśnienia, również muszą zostać określone, aby dokładnie ocenić i wyrenderować wybór maszyny, który pomoże utrzymać krytyczne warunki procesu. W wielu zastosowaniach wszystkie trzy fazy ciekłe, stałe i gazowe będą w kontakcie z inną cieczą, w takich przypadkach można zastosować skalę Euro dla każdej kategorii i najtrudniejszy, a tym samym kontrolujący problem mieszania stosowany do wyboru sprzętu.

Euroskala – wyjaśnienie

Przy rozwiązywaniu problemów z mieszaniem ważne jest, aby osiągnąć pożądany wynik procesu. Często jednak trudno jest to stwierdzić z dokładnością lub powiązać z konkretnym wirnikiem, a zatem, przed rozważeniem różnych opcji mieszania, potrzebna jest odpowiednia reakcja procesu, aby służyć jako podstawa do określenia optymalnego roztworu mieszającego.

Mieszanie płynów  – intensywność mieszania jest związana z prędkością powierzchniową płynu w partii, jest to średnia wartość prędkości używana w obliczeniach przepływu płynu ze względu na złożoność rozkładu prędkości w systemie mieszania wsadowego.

Prędkość powierzchniową można obliczyć w następujący sposób:

gdzie

Latex formula

Vb (m/min) – Szybkość powierzchniowa partii płynowej
Q (m3) – Objętościowy strumień objętości partii płynów
A (m3) – Pole przekroju partii płynów

Biorąc pod uwagę analizę teoretyczną, wyniki eksperymentalne i rozległe doświadczenie praktyczne, wiemy również, że intensywność mieszania, a zatem prędkość płynu jako zmienna do zwiększenia skali, daje ponad 90% sukcesu w skali produkcyjnej. Dlatego reakcja procesu na mieszanie cieczy opiera się na prędkości powierzchniowej w partii. Im większa jest różnica lepkości składników ciekłych i gęstości właściwych, tym wyższa prędkość powierzchniowa i im wyższa jest skala mieszania.

Zaproponowano ideę skali 1-10 jako użyteczną i prostą metodę pomagającą klientom określić wymaganą intensywność mieszania.

Objętość objętościowa wyładowcza wirnika pracującego przy danej prędkości zmierzonej na wirniku podzielonej przez całkowitą objętość roboczą produktu w zbiorniku (Q/V) określa poziom mieszania w kategoriach obrotów zbiornika. Jest to proste, ale szeroko stosowane kryterium do określania rozmiarów miksera w przemyśle i jest definiowane jako liczba przypadków, w których cała zawartość cieczy w zbiorniku krąży w całej objętości wsadu w jednostce czasu. Od obrotu można uzyskać czas mieszania lub czas mieszania wymagany, zanim partia osiągnie całkowitą homogenność w przypadku mieszalnych układów cieczy. Zidentyfikowano podstawowe parametry mieszania, poniższa tabela pokazuje zależność prędkości powierzchniowej od poziomu EuroScale i możliwości określenia wydajności mieszania w miarę wzrostu skali.

Przykład oparty na:

  • Zbiornik o średnicy 1500 mm o objętości roboczej 3m3.
  • Oparty na dwuskładnikowym układzie cieczowym.
  • Stosunek stężenia składnika o niskiej lepkości do składnika o wysokiej lepkości wynosi 5:1.
  • Średnie wartości S.G i lepkości zostały zastosowane dla każdego poziomu skali Euro.
Euroskala Prędkość powierzchniowa  (m/min) Wydajność procesu Obroty (min-1) Czas mieszania (min)
1 1.8 Łagodne mieszanie
Bardzo powolny przepływ w umyśle z mieszającymi się składnikami. Płaskie ruchy powierzchni. Cel przetwarzania: mieszanie w celu uzyskania jednorodności. Zakres graniczny: różnice w S.G < 0.1 Współczynniki wizualności < 100
Przykład skali mieszania 2:
Średnie S.G = 1.05 Lepkość nośna = 50cP Q/V = 2.4
5
2 3.7
3 5.5 Średnie mieszanie
Mieszanie o średniej intensywności z typowymi średnimi lepkościami. Wystarczający do najszerszego zakresu zastosowań w przemyśle przetwórczym. Falowanie ruchu powierzchni przy niskich lepkościach. Cel procesu: mieszanie w celu uzyskania jednorodności. Zakres wskazania: Różnice w S.G < 0.4 Wskaźniki wizualności < 7 500
Przykład skali mieszania 4:
Średnia wartość S.G = 1.2 Średnia lepkość = 740cP Q/V = ​​4.1
15
4 7.3
5 9.2
6 11.0 Mieszanie o wysokiej intensywności
Wysoki przepływ przy trudnych do zmieszania komponentach. Szybko poruszający się ruch powierzchni przy niskich lepkościach. Cel przetwarzania: mieszanie w celu uzyskania jednorodności. Zakres wskazania: Różnice w współczynnikach S.G < 0.6 Widmości < 50 000
Przykład skali mieszania 7:
Średnia wartość S.G = 1.3 Średnia lepkość = 4250cP Q/V = ​​5.3
25
7 12.8
8 14.6
9 16.5 Gwałtowne mieszanie
Gwałtowne pobudzenie. Niezwykle wysoki przepływ dla bardzo trudnych aplikacji. Przesuszanie ruchu powierzchni przy niskiej lepkości. Cel procesu: mieszanie w celu osiągnięcia jednorodności. Zakres ograniczający: różnice w współczynnikach lepkości
S.G < 1.0 < 100 000
Przykład dla skali mieszania 9:
objętość wsadu = 3m³ Średnia wartość S.G = 1.5% lepkości = 15 000cP Q/V = ​​3.6
65
10 18.3

Klucz tabeli z definicjami

Cel procesu:
Osiągnięcie pożądanego wyniku procesu.

Całkowita homogeniczność:
stopień homogeniczności, który definiujemy jako „kompletny”, opiera się na empirycznie wyprowadzonym równaniu, które oblicza czas potrzebny do zmieszania płynów z końcem do 5%, tj. Do > 95% homogeniczności.

Zakres limitowania:
oparty na wieloskładnikowym układzie cieczy z różnicami w wartościach SG i lepkości mieszczących się w granicach dla każdej skali.

Jak widać z powyższego przykładu, wraz ze wzrostem intensywności mieszania; ze zwiększenia skali mieszania; obrót generalnie wzrośnie z powodu wzrostu pędu płynu wewnątrz zbiornika. Jednak wzrost średniej lepkości zmniejsza zdolność wirnika do efektywnego pompowania płynu, a to z kolei powoduje mniejszy obrót w przypadku 15 000 cP.

Dlatego warto zauważyć, że liczba obrotów zbiornika zależy raczej od ilości działania mieszacza niż od intensywności mieszania, w której mieszanie z wolną prędkością z dużym wirnikiem może wytworzyć większy obrót niż mieszanie z dużą prędkością z małym wirnikiem. Przejście do wolnoobrotowego mieszania staje się coraz ważniejsze dla mieszania płynów o wyższej lepkości w reżimie laminarnym, które mogą być wrażliwe na ścinanie, w tym płyny o złożonej reologii, często połączenie każdego typu mieszania jest wymagane w pojedynczym układzie okresowym; mieszanie w skali makro dla przepływu objętościowego cieczy i miksowania w skali dla homogenizacji przy wysokim ścinaniu. Wydaje się, że czas mieszania, który pochodzi z obrotu, wzrośnie ze względu na wzrost lepkości. Warto zauważyć, że dopuszczalne czasy mieszania są zazwyczaj dłuższe przy mieszaniu o wyższej lepkości, więc celem skali mieszania jest utrzymanie czasu mieszania w rozsądnym limicie dla maksymalnej wydajności przy jednoczesnym uniknięciu niepraktycznego wyboru wielkości miksera. Ostatecznie, odpowiedź, którą musimy udzielić od praktycznego doświadczenia inżyniera aplikacji mieszacza z szerokim zakresem zastosowań procesowych, lub w przypadku nowatorskiego procesu mieszania, testy pilotażowe mogą stanowić podstawę do wyboru sprzętu i zwiększenia skali.

Zawieszenie w postaci stałej

Odpowiedź procesu na zawiesinę ciał stałych jest względnie łatwa do określenia ilościowego i można ją zdefiniować pod względem poziomów zawiesiny i rozkładu substancji stałych w ciekłej partii. Istnieje wyraźny poziom, w którym większość ciał stałych jest unoszona w płynie; jest to znane jako wysokość chmury i jest wyrażone jako procent ciekłej wysokości wsadu. Ciecz poniżej tej wysokości jest bogata w substancje stałe, a powyżej jest słabo zaludniona przez kilka stałych cząstek. Teraz, gdy zidentyfikowaliśmy podstawowe parametry mieszania, w poniższej tabeli pokażemy stosunek wysokości chmury do poziomu w skali Euro i jak można opisać wydajność mieszania wraz ze wzrostem skali. Obrót został obliczony dla przykładowego zestawu warunków jako punktu porównania.

Przykład oparty na:
Zbiornik o średnicy 2500 mm o objętości roboczej 8.8 m3 z 5% ciał stałych o średniej wielkości cząstek = 100 μm.
Ciekły S.G przyjęto jako 1.0, stały S.G przyjęto jako 3.0, a lepkość cieczy jako 1 cP.
Prędkość wirnika jest jedyną zmienną, dla której zalecana jest średnica wirnika przy D / T = 0.3 dla lepkości cieczy.

Euroskala Poziom zawieszenia Wysokość chmury (%) Obroty (min-1)

1

Na dolnym zawieszeniu

Do stosowania w aplikacjach, w których wymagane jest małe zawieszenie. Głównie używane do utrzymywania ciał stałych w ruchu, aby zapobiec gromadzeniu się na dnie zbiornika.

41.6

2.2

2

3

Od dołu zawieszenie

Wystarczające do najszerszego zakresu zastosowań zawiesin stałych, w których wszystkie ciała stałe mają być całkowicie zawieszone na dnie zbiornika.

59.4

3.1

4

5

6

Z dołu 80% homogeniczności

Do zastosowań, w których wymagana jest większa wysokość zawieszenia w stosunku do wysokości partii.

80.2

4.2

7

8

9

Od dołu 100% jednorodność

Do zastosowań, w których ciała stałe muszą być zawieszone równomiernie w całej objętości wsadu.

100

5.3

10

Jak widać z powyższego przykładu, wraz ze wzrostem intensywności mieszania; ze zwiększenia skali mieszania; szybkość poruszania wzrasta, aby zawiesić ciała stałe przy większych wysokościach chmur. To z kolei zwiększa obrót w wyniku wzrostu pędu płynu w zbiorniku.

Z dalszych badań można wywnioskować, że:

  • Gdy wzrasta procent cząstek stałych i wielkość cząstek, wymagana jest większa szybkość mieszania, aby osiągnąć wymagany poziom zawiesiny.
  • Gdy objętość wsadu wzrasta, prędkość mieszania pozostanie stała, aby osiągnąć wymagany poziom zawiesiny, jednak powoduje to mniejszy obrót.
  • Kiedy zwiększa się lepkość cieczy, prędkość mieszania wzrasta, aby zwalczyć większą odporność na przepływ. W związku z tym obrót wzrasta, ponieważ obecnie wymagany jest większy obrót w przypadku tego samego poziomu zawieszenia.

Dyspersja gazu

Reakcja procesu na dyspersję gazu jest względnie łatwa do zmierzenia ilościowego i może być oparta na powierzchniowej prędkości gazu w partii, obliczonej przez przyjęcie objętościowego natężenia przepływu gazu i podzielenie go przez pole przekroju poprzecznego zbiornika.

Celem procesu jest zazwyczaj transfer masy. Czas cyklu wsadowego dla całkowitej dyspersji może być kontrolowany przez wytworzenie wymaganego rozmiaru pęcherzyków, który będzie wpływał na szybkość przenoszenia masy. To określi czas reakcji gaz-ciecz, w którym wymagana jest drobniejsza dyspersja, tj. mniejsze pęcherzyki dla wolniejszych reakcji.

Mamy trzy proste kategorie, aby opisać reakcję procesu na dyspersję gazu:

  • Niska dyspersja gazu  – Wirnik jest zalany i występuje niewielka dyspersja, gdy gaz przepływa przez wirnik.
  • Wysoka dyspersja gazu  – Gaz jest w pełni rozproszony do ściany zbiornika.
  • Jednorodna dyspersja gazu  – gaz jest w pełni rozproszony do ściany zbiornika i krąży pod wirnikiem.

Start typing and press Enter to search