EuroScale: un approccio logico al missaggio

La procedura di progettazione Euromixers EuroScale è stata sviluppata per aiutare a collegare i problemi di miscelazione al livello richiesto di agitazione
in modo semplice e quantificabile.

Le applicazioni coperte comprendono il movimento fluido per promuovere il contatto di una fase liquida, solida o gassosa con una fase liquida continua.
Le differenze nei modi in cui ciascuna di queste fasi interagisce con la fase liquida continua costituiscono la base per le tre principali categorie di miscelazione.

Miscelazione di liquidi

Contatto liquido-liquido
per tutte le fasi di miscelazione in fase liquida

Sospensione di solidi

Contatto liquido-solido
per sospendere i solidi in fase liquida

Dispersione di gas

Contatto liquido-gas
per dispersione di gas in fase liquida

Le procedure EuroScale coinvolgono – Identificazione dell’obiettivo di mixaggio, analisi dei dati di processo rilevanti e ottimizzazione della soluzione di mixaggio utilizzando una combinazione di software specializzato sviluppato internamente ed esperienza pratica. Le principali categorie sono riassunte di seguito insieme alla definizione, al parametro di difficoltà e ai dati di processo necessari per una descrizione completa del problema di miscelazione.

Miscelazione di liquidi

Miscelazione di due o più componenti liquidi miscibili in una composizione più uniforme. La difficoltà di un problema di miscelazione può essere definita dalle disparità tra le viscosità dei componenti liquidi e le densità specifiche dei componenti. I dati di processo necessari per calcolare il tempo di miscelazione e fornire la soluzione di miscelazione includono:

  1. Dimensioni del lotto e dimensioni del serbatoio.
  2. Viscosità liquide componenti.
  3. Peso specifico liquido del componente.
  4. Rapporto o quantità relativa di
    componenti liquidi.
  5. Livello di miscelazione su scala europea.

Sospensione di solidi

Sospensione di particelle solide in un liquido per formare una sospensione. La difficoltà di un problema di miscelazione può essere qualificata dalla velocità di sedimentazione dei solidi nel liquido. I dati di processo che richiediamo per calcolare la velocità di sedimentazione e fornire la soluzione di miscelazione includono:

1. Dimensioni del lotto e dimensioni del serbatoio.
2. Gravità specifiche di liquido e solido.
3. Viscosità liquida.
4.% in peso di solidi nella sospensione.
5. Dimensione media delle particelle.
6. Livello di sospensione su scala europea.

Dispersione di gas

Dispersione del gas in un liquido per formare una dispersione di gas. La difficoltà di un problema di miscelazione può essere qualificata dal tasso di gas sparging nel liquido. I dati di processo che richiediamo per calcolare la velocità di sparging e fornire la soluzione di miscelazione includono:

1. Dimensioni del lotto e dimensioni del serbatoio.
2. Gravità specifiche di liquidi e gas.
3. Viscosità liquida.
4. Volume di gas immesso in L/s o m3/ora.
5. Tasso di reazione gas-liquido, se noto.
6. Livello di dispersione su scala europea.

Dimensione del lotto  – è definito come il volume di lavoro del liquido nel serbatoio, questo può variare nel tempo, ad esempio durante il riempimento o lo svuotamento di una nave, normalmente si consiglia un rapporto altezza / altezza minima del serbatoio > 0,2. È anche importante conoscere l’orientamento e la geometria del serbatoio per aiutare ulteriormente a determinare il tipo, il numero, la dimensione e la posizione della girante ideale per l’applicazione. È necessario specificare anche dati operativi come temperature e pressioni per valutare accuratamente e rendere una selezione della macchina che aiuti a mantenere le condizioni critiche del processo. In molte applicazioni, tutte e tre le fasi di liquido, solidi e gas saranno in contatto con un altro liquido, in questi casi si può utilizzare la scala Euro per ogni categoria e il problema di miscelazione più difficile e quindi di controllo utilizzato per la selezione delle apparecchiature.

EuroScale – Spiegato

Quando si risolve qualsiasi problema di miscelazione, è essenziale ottenere il risultato del processo desiderato. Tuttavia, è spesso difficile specificarlo con precisione o correlarlo a una girante specifica, quindi, prima di considerare le varie opzioni del miscelatore, è necessaria una risposta di processo adeguata per servire come base per determinare la soluzione di miscelazione ottimale.

Miscelazione di liquidi  – L’intensità della miscelazione è correlata alla velocità del fluido superficiale in un lotto, questo è un valore medio di velocità utilizzato nei calcoli del flusso del fluido a causa della complessità della distribuzione della velocità in un sistema di miscelazione discontinuo.

La velocità superficiale può essere calcolata come segue:

Dove

Latex formula

Vb (m/min) – Velocità superficiale del lotto di liquidi
Q (m3) – Portata volumetrica del lotto di fluido
A (m3) – Area della sezione trasversale del lotto di fluido

Considerando l’analisi teorica, i risultati sperimentali e una vasta esperienza pratica, sappiamo anche che l’intensità di miscelazione e quindi la velocità del fluido come variabile per l’aumento di scala produce> 90% di successo sulla scala di produzione. Pertanto, la risposta al processo per la miscelazione liquida si basa sulla velocità superficiale nel lotto. Maggiore è la disparità nelle viscosità dei componenti liquidi e nei pesi specifici, maggiore è la velocità superficiale e maggiore è la scala di miscelazione.

L’idea di una scala 1-10 è stata proposta come un metodo utile e semplice per aiutare i clienti a specificare l’intensità di miscelazione richiesta.

La velocità di scarico volumetrica di una girante che funziona ad una data velocità misurata alla girante divisa per il volume di lavoro totale del prodotto in-tank (Q / V) quantifica il livello di miscelazione in termini di volume di rotazione del serbatoio. Questo è un criterio semplice ma ampiamente utilizzato per il dimensionamento del miscelatore all’interno del settore ed è definito come il numero di volte in cui l’intero contenuto liquido di un serbatoio viene completamente fatto circolare nel volume del lotto per unità di tempo. Dal turnover, è possibile ricavare il tempo di miscelazione o il tempo di miscelazione necessario prima che la partita raggiunga la completa omogeneità per i sistemi liquidi miscibili. Ora i parametri di miscelazione essenziali sono stati identificati nella tabella seguente viene illustrata la relazione tra velocità superficiale e livello di EuroScale e come le prestazioni di miscelazione possono essere descritte come la scala aumenta.

Esempio basato su:

  • Diametro del serbatoio 1500 mm con un volume di lavoro di 3m3.
  • Basato su un sistema di liquidi a due componenti.
  • Il rapporto di concentrazione tra componente a bassa viscosità ed alta viscosità è 5:1.
  • Le SG e le viscosità a medio termine sono state utilizzate per ogni livello di scala europea.
EuroScale Velocità superficiale (m/min) Prestazioni del processo Fatturato (min-1) Tempo di miscelazione (min)
1 1.8 Mite miscelazione
Flusso molto lento alla mente con componenti miscibili. Movimento superficiale piano. Obiettivo del processo: miscelazione per completare l’omogeneità.
Intervallo di adattamento: differenze in S.G < 0.1.
Rapporto di viscosità < 100
Esempio per la scala di miscelazione 2:
S.G medio = 1,05 Viscosità media = 50cP
Q / V = ​​2,4
5
2 3.7
3 5.5 Miscelazione a media intensità
Flusso medio con viscosità medie tipiche. È sufficiente per la più ampia gamma di applicazioni nelle industrie di processo. Movimento superficiale increspante a bassa viscosità. Obiettivo del processo: miscelazione per completare l’omogeneità. Intervallo di limitazione Intervallo di misurazione: differenze in S.G < 0.4.
Rapporto di viscosità < 7.500
Esempio per la scala di miscelazione 4:
media S.G = 1,2 Viscosità di viscosità = 740cP
Q / V = ​​4.1
15
4 7.3
5 9.2
6 11.0 Miscelazione ad alta intensità
Flusso elevato con componenti difficili da miscelare. Elevata velocità di movimento della superficie a bassa viscosità. Obiettivo del processo: miscelazione per omogeneità completa. Intervallo di limitazione Intervallo di misurazione: differenze in S.G < 0.6.
Rapporti di viscosità < 50.000
Esempio per la scala di miscelazione 7:
S.G medio = 1,3 Viscosità di viscosità = 4,250cP
Q / V = ​​5,3
25
7 12.8
8 14.6
9 16.5 Agitazione violenta
Flusso estremamente elevato per applicazioni molto difficili. Esplosione del movimento superficiale a bassa viscosità. Obiettivo del processo: miscelazione per omogeneità completa. Intervallo di limitazione Intervallo di misurazione: differenze in S.G < 1.0.
Rapporto di viscosità < 100.000
Esempio per la scala di miscelazione 9:
Volume di batch = 3m³ Valore S.G = 1.5 Viscosità di miscelazione = 15.000cP
Q / V = ​​3.6
65
10 18.3

Chiave della tabella con definizioni

Obiettivo del processo:
Ottenere il risultato del processo desiderato.

Omogeneità completa:
Il grado di omogeneità definito come “completo” si basa su un’equazione empiricamente derivata che calcola il tempo necessario per miscelare i fluidi con una tolleranza del 5% rispetto alla concentrazione finale, ovvero un’omogeneità > 95%.

Gamma limite:
Basato su un sistema di liquidi a più componenti con differenze nei rapporti di viscosità e S.G che rientrano nei limiti di ciascuna scala.

Come puoi vedere dall’esempio sopra, all’aumentare dell’intensità del missaggio; dall’aumento della scala di miscelazione; il turnover aumenterà generalmente a causa di un aumento della quantità di moto del fluido all’interno del serbatoio. Tuttavia, l’aumento della viscosità media riduce la capacità della girante di pompare efficacemente il fluido e questo alla fine si traduce in un minor ricambio per il caso da 15.000 cP.

Quindi vale la pena notare che il numero di turni del serbatoio dipende dalla quantità di azione del miscelatore piuttosto che dall’intensità di miscelazione, dove la miscelazione a bassa velocità con una girante grande può produrre un turnover maggiore rispetto alla miscelazione ad alta velocità con una piccola girante. La transizione verso la miscelazione a bassa velocità diventa sempre più importante per miscelare fluidi ad alta viscosità nel regime laminare che può essere sensibile al taglio compresi i fluidi con reologia complessa, spesso una combinazione di ciascun tipo di miscelazione è richiesta in un sistema a singolo lotto; miscelazione macro-scala per movimento del fluido alla rinfusa e miscelazione su micro scala per omogeneizzazione ad alto taglio. Si deduce che il tempo di miscelazione, derivato dal turnover, aumenterà a causa dell’aumento della viscosità. Vale la pena notare che i tempi di miscelazione ammissibili sono in genere più lunghi per una miscelazione con viscosità più elevata, quindi l’obiettivo della scala di miscelazione è quello di mantenere il tempo di miscelazione entro un ragionevole limite per la massima potenza, evitando una selezione di miscelatori poco pratica e sovradimensionata. In definitiva, la risposta che dobbiamo dare dall’esperienza pratica di un ingegnere applicativo del mixer con una vasta gamma di applicazioni di processo, o nel caso di un nuovo processo di miscelazione, test pilota può costituire la base per la selezione delle attrezzature e la scalabilità.

Sospensione di solidi

La risposta al processo per la sospensione di solidi è relativamente facile da quantificare e può essere definita in termini di livelli di sospensione e distribuzione dei solidi in un lotto liquido. Esiste un livello distinto in cui la maggior parte dei solidi viene sollevata all’interno del fluido; questo è noto come altezza della nuvola ed è espresso come percentuale dell’altezza del lotto liquido. Il liquido al di sotto di questa altezza è ricco di solidi, mentre al di sopra è scarsamente popolato da poche particelle solide. Ora che abbiamo identificato i parametri di miscelazione essenziali, nella tabella seguente dimostreremo la relazione tra altezza della nuvola e livello di scala europea e come la prestazione di miscelazione può essere descritta come la scala aumenta. Il fatturato è stato calcolato per l’insieme di condizioni di esempio come punto di confronto.

Esempio basato su:
Diametro del serbatoio 2500 mm con un volume di lavoro di 8,8 m3 con il 5% di solidi con dimensione media delle particelle = 100um.
Liquid S.G preso come 1.0, Solid S.G preso come 3.0 e Viscosità di liquido come 1cP.
La velocità della girante è l’unica variabile in cui il diametro della girante è raccomandato a D / T = 0,3 per la viscosità del liquido.

EuroScale Livello di sospensione Altezza della nuvola (%) Fatturato (min-1)

1

Sulla sospensione inferiore

Per l’uso in applicazioni in cui è richiesta poca sospensione. Utilizzato principalmente per mantenere i solidi in movimento per prevenire l’accumulo sul fondo del serbatoio.

41.6

2.2

2

3

Off sospensione inferiore

Sufficiente per la più ampia gamma di applicazioni di sospensione di solidi in cui tutti i solidi devono essere completamente sospesi dal fondo del serbatoio.

59.4

3.1

4

5

6

Off bottom 80% di omogeneità

Per applicazioni in cui è richiesta un’altezza maggiore di sospensione rispetto all’altezza del lotto.

80.2

4.2

7

8

9

Off bottom 100% di omogeneità

Per applicazioni in cui i solidi devono essere sospesi uniformemente all’interno dell’intero volume del lotto.

100

5.3

10

Come puoi vedere dall’esempio sopra, all’aumentare dell’intensità del missaggio; dall’aumento della scala di miscelazione; la velocità dell’agitazione aumenta
in modo tale che i solidi siano sospesi a maggiori altezze delle nuvole. Ciò a sua volta aumenta il fatturato a causa di un aumento della quantità di moto del fluido all’interno del serbatoio.

Si può dedurre da ulteriori test che:

  • Quando la percentuale di solidi e le dimensioni delle particelle aumentano, è necessaria una maggiore velocità di agitazione per raggiungere
    il livello di sospensione richiesto.
  • Quando il volume del lotto aumenta, la velocità di agitazione rimarrà costante per raggiungere il livello di sospensione richiesto,
    tuttavia ciò comporterà un calo del fatturato.
  • Quando la viscosità del liquido aumenta, la velocità di agitazione aumenta per combattere la maggiore resistenza al flusso.
    Quindi, il fatturato aumenta man mano che sono necessari più fatturati per lo stesso livello di sospensione.

Dispersione di gas

La risposta al processo per la dispersione del gas è relativamente facile da quantificare e può essere basata sulla velocità del gas superficiale del lotto, calcolata prendendo la portata volumetrica del gas e dividendola per l’area della sezione trasversale del serbatoio.

L’obiettivo del processo è in genere il trasferimento di massa. Il tempo di ciclo discontinuo per la dispersione completa può essere controllato producendo una dimensione di bolla richiesta che influirà sulla velocità di trasferimento di massa. Questo determinerà il tempo di reazione gas-liquido in cui è necessaria una dispersione più fine, ovvero bolle più piccole per reazioni più lente.

Abbiamo tre semplici categorie per descrivere la risposta al processo per la dispersione di gas:

  • Dispersione a basso gas  – La girante è allagata e c’è poca dispersione mentre il gas scorre attraverso la girante.
  • Dispersione di gas elevato  – Il gas è completamente disperso nella parete del serbatoio.
  • Dispersione di gas uniforme  – Il gas è completamente disperso sulla parete del serbatoio e circolato sotto la girante.

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