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

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.

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.

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.