Tamaño del lote – se define como el volumen de trabajo del líquido en el tanque. Puede variar con el tiempo, por ejemplo al llenar o vaciar un contenedor. Normalmente, se recomienda una relación entre la altura del lote y la altura del tanque de > 0,2. También es importante conocer la orientación y la geometría del tanque para poder determinar con mayor precisión el tipo, el número, el tamaño y la ubicación ideales del impulsor para la aplicación. Los datos de funcionamiento, como las temperaturas y las presiones, también deben especificarse para evaluar con precisión y hacer una selección de máquinas que ayude a mantener las condiciones críticas del proceso. En muchas aplicaciones, las tres fases líquido, sólido y gas estarán en contacto con otro líquido. En estos casos, se puede utilizar la escala europea para cada categoría y para el problema de mezcla más difícil y, por tanto, de control, utilizado para la selección del equipo.
EuroScale - Explicación
A la hora de resolver un problema de mezcla, es fundamental obtener el resultado deseado. Sin embargo, a menudo es difícil expresarlo con precisión o asociarlo a una turbina concreta. Antes de considerar las distintas opciones de mezcladores, es necesario tener una respuesta adecuada del proceso para determinar la solución óptima de mezcla.
Mezcla de líquidos - La intensidad de la mezcla está relacionada con la velocidad superficial del fluido en un lote. Se trata de un valor de velocidad media utilizado en los cálculos de flujo de fluidos debido a la complejidad de la distribución de la velocidad en un sistema de mezcla por lotes.
La velocidad de la superficie se puede calcular de la siguiente manera:
Donde
 |
Vb (m/min) – Velocidad superficial del lote de fluidos Q (m3) – Caudal volumétrico del lote de fluidos A(m3) – Área de la sección transversal del lote de fluidos |
Teniendo en cuenta los análisis teóricos, los resultados experimentales y la amplia experiencia práctica, también sabemos que la intensidad de la mezcla y, por tanto, la velocidad del fluido como variable de escalado genera un éxito superior al 90% a escala de producción. Por lo tanto, la respuesta del proceso de mezcla de líquidos se basa en la velocidad de la superficie en el lote. Cuanto mayor sea la disparidad de viscosidades y densidades de los componentes líquidos, mayor será la velocidad superficial y la escala de mezcla.
La idea de una escala del 1 al 10 se propuso como un método sencillo y útil para ayudar a los clientes a especificar la intensidad de mezcla requerida.
La tasa de descarga volumétrica de una turbina que funciona a una velocidad determinada, medida en la turbina, dividida por el volumen total de trabajo del producto en el recipiente (Q/V), cuantifica el nivel de mezcla en términos de rotación del recipiente. Se trata de un criterio sencillo pero muy utilizado para la calibración de mezcladores en la industria. Se define como el número de veces que el contenido total de líquido de un tanque se distribuye completamente en el volumen del lote por unidad de tiempo. A partir del volumen de negocio, se puede derivar el tiempo de mezcla, o el tiempo de mezcla necesario antes de que el lote alcance la completa homogeneidad para los sistemas de líquidos miscibles. Una vez identificados los parámetros esenciales de la mezcla, la siguiente tabla muestra la relación entre la velocidad de la superficie y el nivel de la Euroescala y cómo se puede describir el rendimiento de la mezcla a medida que aumenta la escala.
Ejemplo basado en:
- Diámetro del tanque 1500mm con un volumen de trabajo de 3m3.
- Basado en un sistema líquido de dos componentes.
- La relación de concentración entre el componente de baja viscosidad y el de alta viscosidad es de 5:1.
- Para cada nivel de la escala europea se han utilizado S.G. y viscosidades medias.
| EuroScale | Velocidad de la superficie (m/min) | Rendimiento del proceso | Facturación (min-1) | Tiempo de mezcla (min) |
|---|---|---|---|---|
| 1 | 1.8 | Mezcla suave Espíritu de flujo muy lento con lente de movimiento.Componentes de proceso superficiales.Miscible plano: Mezcla hasta el rango completo de homogeneidad.Limitante: Diferencias en S.G < 0,1 Relaciones de viscosidad < 100 |
Ejemplo de escala de mezcla 2: S.G. medio = 1,05 Viscosidad media = 50cPQ / V = 2,4 |
5 |
| 2 | 3.7 | |||
| 3 | 5.5 | Mezcla de intensidades Caudal medio con viscosidades medias típicas. Suficiente para la más amplia gama de aplicaciones en las industrias de proceso. Movimiento superficial ondulado a bajas viscosidades. Objetivo del proceso: Mezclar hasta conseguir una completa homogeneidad Rango límiteGama límite: Diferencias S.G. < 0,4 Velocidad de rotación < 7.500 |
Ejemplo de escala de mezcla 4: S.G medio = 1,2 Viscosidad media = 740cPQ / V = 4,1 |
15 |
| 4 | 7.3 | |||
| 5 | 9.2 | |||
| 6 | 11.0 | Mezcla de alta intensidad Gran caudal con componentes difíciles de mezclar. Strac movimiento superficial rápido a bajas viscosidades. Objetivo del proceso: Mezclar para conseguir una completa homogeneidad Rango límiteRango límite: Diferencias S.G < 0,6 Relaciones de viscosidad < 50.000 |
Ejemplo de escala de mezcla 7: S.G. medio = 1,3 Viscosidad media = 4.250 cPQ / V = 5,3 |
25 |
| 7 | 12.8 | |||
| 8 | 14.6 | |||
| 9 | 16.5 | Agitación violenta Caudal extremadamente alto para aplicaciones muy difíciles. Movimiento de la superficie a baja viscosidad. Objetivo del proceso: Mezcla hasta la completa homogeneidad Rango límite: Diferencias S.G. < 1,0 Relaciones de viscosidad < 100.000 |
Ejemplo de escala de mezcla 9: Volumen de carga = 3 m³G S.G medio = 1,5 Viscosidad media = 15.000 cPQ / V = 3,6 |
65 |
| 10 | 18.3 |
Clave de tabla con definiciones
Objetivo del proceso:
Conseguir el resultado deseado.
Homogeneidad total:
El grado de homogeneidad que definimos como "completo" se basa en una ecuación derivada empíricamente que calcula el tiempo necesario para mezclar los fluidos hasta un 5% de la concentración final, es decir, hasta una homogeneidad superior al 95%.
Alcance del límite:
Basado en un sistema de líquido multicomponente con diferencias en las relaciones de S.G. y viscosidad dentro de cada escala.
Como se puede ver en el ejemplo anterior, la intensidad de la mezcla aumenta; el aumento de la escala de la mezcla generalmente aumentará el volumen de negocios debido a un aumento de la cantidad de fluido en el tanque. Sin embargo, el aumento de la viscosidad media reduce la capacidad del impulsor para bombear el fluido de forma eficiente, lo que en última instancia se traduce en un menor índice de rotación para el caso de 15.000 cP.
Por lo tanto, hay que tener en cuenta que el número de cambios de tanque depende de la cantidad de acción del mezclador más que de la intensidad de la mezcla, donde la mezcla a baja velocidad con un impulsor grande puede producir una tasa de rotación más alta que la mezcla a alta velocidad con un impulsor pequeño. La transición a la mezcla a baja velocidad es cada vez más importante para mezclar fluidos de alta viscosidad en régimen laminar que pueden ser sensibles al cizallamiento, incluidos los fluidos con reología compleja. Se requiere una combinación de cada tipo de mezcla en un único sistema por lotes; mezcla a gran escala para el movimiento de fluidos a granel y mezcla a pequeña escala para la homogeneización de alto cizallamiento. Se deduce que el tiempo de mezcla, que se deriva del volumen de negocios, aumentará a medida que la viscosidad se incremente. Hay que tener en cuenta que los tiempos de mezclado admisibles son generalmente más largos para una mezcla de alta viscosidad. El objetivo de la escala de mezclado aquí es mantener el tiempo de mezclado dentro de un límite razonable para la máxima eficiencia, evitando al mismo tiempo la selección de mezcladores poco prácticos y sobredimensionados. En última instancia, la respuesta debe extraerse de la experiencia práctica de un ingeniero en aplicaciones de mezcla con una amplia gama de procesos o, en el caso de un nuevo proceso de mezcla, las pruebas piloto pueden constituir la base para la selección y el escalado del equipo.
Suspensión de sólidos
La respuesta del proceso para la suspensión de sólidos es relativamente fácil de cuantificar y puede definirse en términos de los niveles de suspensión y la distribución de los sólidos en un lote de líquido. Hay un nivel distinto en el que la mayoría de los sólidos se elevan en el fluido; esto se conoce como la altura de la nube y se expresa como un porcentaje de la altura del líquido del lote. El líquido por debajo de esta altura es rico en sólidos, mientras que por encima está escasamente poblado por unas pocas partículas sólidas. Ahora que hemos identificado los parámetros clave de la mezcla, la siguiente tabla muestra la relación entre la altura de la nube y el nivel europeo, además de describir el rendimiento de la mezcla a medida que aumenta la escala. El volumen de negocio se ha calculado para el conjunto de condiciones del ejemplo como punto de comparación.
Ejemplo basado en:
Un tanque de 2500mm de diámetro con un volumen útil de 8,8m3 con 5% de sólidos con un tamaño medio de partícula = 100um.
Se ha tomado el G.S. líquido como 1.0, el G.S. sólido como 3.0 y la viscosidad líquida como 1cP.
La velocidad del impulsor es la única variable para la que se recomienda el diámetro del impulsor en D/T = 0,3 para la viscosidad del líquido.
| EuroScale | Nivel de suspensión | La altitud de las nubes (%) | Facturación (min-1) |
|---|---|---|---|
|
1 |
En la suspensión inferior Para su uso en aplicaciones en las que se requiere una suspensión baja. Se utiliza principalmente para mantener los sólidos en movimiento y evitar que se acumulen en el fondo del tanque. |
41.6 |
2.2 |
|
2 |
|||
|
3 |
Suspensión inferior Suficiente para la más amplia gama de aplicaciones de suspensión de sólidos donde todos los sólidos deben estar completamente suspendidos en el fondo del tanque. |
59.4 |
3.1 |
|
4 |
|||
|
5 |
|||
|
6 |
Homogeneidad del fondo 80%. Para aplicaciones en las que se requiere una altura de suspensión superior a la altura del lote. |
80.2 |
4.2 |
|
7 |
|||
|
8 |
|||
|
9 |
Homogeneidad del fondo Para aplicaciones en las que los sólidos deben suspenderse uniformemente en todo el volumen del lote. |
100 |
5.3 |
|
10 |
Como se puede ver en el ejemplo anterior, la intensidad de la mezcla aumenta; la escala de mezcla aumenta; la velocidad de agitación aumenta para que los sólidos queden suspendidos a mayor altura de las nubes. Esto, a su vez, incrementa el volumen de negocio debido a un aumento de la cantidad de líquido en el depósito. de líquido en el depósito.
Se puede deducir de otras pruebas que:
- A medida que aumenta el porcentaje de sólidos y el tamaño de las partículas, se requiere una mayor velocidad de agitación para alcanzar el nivel de suspensión requerido.
- para lograr el nivel de suspensión requerido.
- A medida que aumenta el volumen del lote, la velocidad de agitación se mantendrá constante para alcanzar el nivel de suspensión requerido.
- Sin embargo, el índice de rotación es menor.
- A medida que la viscosidad del líquido aumenta, la velocidad de agitación se incrementa para combatir la mayor resistencia al flujo.
- En consecuencia, la facturación aumenta, ya que ahora se necesita más facturación para el mismo nivel de suspensión.
Dispersión de gases
La respuesta del proceso para la dispersión del gas es relativamente fácil de cuantificar y puede basarse en la velocidad de la superficie del gas del lote,
se calcula tomando el caudal volumétrico del gas y dividiéndolo por el área de la sección transversal del tanque.
El objetivo del proceso suele ser la transferencia de masa. El tiempo de ciclo del lote para la dispersión completa puede controlarse produciendo un tamaño de burbuja requerido que afectará a la tasa de transferencia de masa. Esto determinará el tiempo de reacción gas-líquido, donde se requiere una dispersión más fina, es decir, burbujas más pequeñas, para reacciones más lentas.
Tenemos tres categorías sencillas para describir la respuesta del proceso a la dispersión del gas:
- Baja dispersión de gases – La turbina está inundada y hay poca dispersión cuando el gas fluye por la turbina.
- Alta dispersión de gases – El gas se dispersa completamente en la pared del tanque.
- Dispersión uniforme del gas – El gas se dispersa completamente en la pared del tanque y fluye bajo la turbina.