Mieszanie (inżynieria procesowa)

W inżynierii procesów przemysłowych mieszanie jest operacją jednostkową , która polega na manipulowaniu heterogenicznym układem fizycznym w celu uczynienia go bardziej jednorodnym . Znane przykłady obejmują pompowanie wody w basenie w celu ujednolicenia temperatury wody oraz mieszanie ciasta naleśnikowego w celu wyeliminowania grudek (deaglomeracja).

Mieszanie przeprowadza się w celu umożliwienia wymiany ciepła i/lub masy między jednym lub większą liczbą strumieni, składników lub faz. Nowoczesne przetwarzanie przemysłowe prawie zawsze obejmuje jakąś formę mieszania. Niektóre klasy reaktorów chemicznych są również mieszalnikami.

Dzięki odpowiedniemu sprzętowi możliwe jest mieszanie ciała stałego, cieczy lub gazu z innym ciałem stałym, cieczą lub gazem. Fermentor do biopaliw może wymagać mieszania drobnoustrojów, gazów i płynnej pożywki w celu uzyskania optymalnej wydajności; nitrowanie organiczne wymaga zmieszania stężonych (płynnych) kwasów azotowego i siarkowego z hydrofobową fazą organiczną; produkcja tabletek farmaceutycznych wymaga mieszania stałych proszków.

Przeciwieństwem mieszania jest segregacja . Klasycznym przykładem segregacji jest efekt orzecha brazylijskiego .

Schemat zbiornika z mieszadłem z turbiną Rushtona i przegrodami

Matematyka mieszania jest wysoce abstrakcyjna i jest częścią teorii ergodycznej , która sama jest częścią teorii chaosu .

Klasyfikacja mieszania

Rodzaj operacji i sprzęt używany podczas mieszania zależy od stanu mieszanych materiałów (płynny, półstały lub stały) oraz mieszalności przetwarzanych materiałów. W tym kontekście akt mieszania może być synonimem procesów mieszania lub ugniatania.

Mieszanie ciecz-ciecz

Mieszanie cieczy występuje często w technice procesowej. Charakter płynów do mieszania określa używany sprzęt. Mieszanie jednofazowe zwykle obejmuje mieszalniki o niskim ścinaniu i wysokim przepływie, które powodują pochłanianie cieczy, podczas gdy mieszanie wielofazowe wymaga zazwyczaj użycia mieszalników o wysokim ścinaniu i niskim przepływie w celu utworzenia kropel jednej cieczy w warstwie laminarnej , turbulentnej lub przejściowej reżimy przepływu, w zależności od liczby Reynoldsa przepływu. Mieszanie turbulentne lub przejściowe jest często przeprowadzane za pomocą turbin lub wirników ; mieszanie laminarne prowadzi się za pomocą spiralnych mieszadeł wstęgowych lub kotwicowych.

Mieszanie jednofazowe

Mieszanie cieczy mieszających się lub przynajmniej rozpuszczalnych w sobie występuje często w inżynierii (oraz w życiu codziennym). Codziennym przykładem może być dodawanie mleka lub śmietanki do herbaty lub kawy. Ponieważ oba płyny są na bazie wody, łatwo rozpuszczają się w sobie. Pęd dodawanej cieczy jest czasami wystarczający, aby wywołać wystarczające turbulencje do wymieszania tych dwóch cieczy, ponieważ lepkość obu cieczy jest stosunkowo niska. W razie potrzeby do zakończenia procesu mieszania można użyć łyżki lub łopatki. Mieszanie w bardziej lepkim płynie, takim jak miód , wymaga większej mocy mieszania na jednostkę objętości, aby osiągnąć taką samą jednorodność w tym samym czasie.

Mieszanie gazu z gazem

Mieszanie ciało stałe-ciało stałe

Mieszanie proszków to jedna z najstarszych operacji jednostkowych w branży transportu ciał stałych. Przez wiele dziesięcioleci mieszanie proszków było stosowane tylko do homogenizacji materiałów sypkich. Zaprojektowano wiele różnych maszyn do obsługi materiałów o różnych właściwościach materiałów sypkich. Na podstawie praktycznego doświadczenia zdobytego z tymi różnymi maszynami rozwinięto wiedzę inżynierską w celu konstruowania niezawodnych urządzeń oraz przewidywania zwiększania skali i zachowania podczas mieszania. Obecnie te same technologie mieszania są wykorzystywane w wielu innych zastosowaniach: w celu poprawy jakości produktu, powlekania cząstek, stapiania materiałów, zwilżania, dyspergowania w cieczy, aglomeracji, zmiany właściwości funkcjonalnych materiałów itp. Ten szeroki zakres zastosowań sprzęt do mieszania wymaga wysokiego poziomu wiedzy, wieloletniego doświadczenia i rozbudowanych obiektów testowych, aby móc wybrać optymalny sprzęt i procesy.

Maszyna do mieszania płynów i drobno zmielonych ciał stałych

Mieszanie ciało stałe-ciało stałe można przeprowadzić albo w mieszalnikach okresowych, co jest prostszą formą mieszania, albo w niektórych przypadkach w ciągłej mieszance na sucho, bardziej złożonej, ale zapewniającej interesujące korzyści pod względem segregacji, wydajności i walidacji. Jednym z przykładów procesu mieszania ciała stałego z ciałem stałym jest rozdrabnianie formierskiego , w którym piasek, glina bentonitowa , drobny pył węglowy i woda są mieszane w plastyczną , nadającą się do formowania i wielokrotnego użytku masę, stosowaną do formowania i zalewania stopionego metalu w celu uzyskania odlewów piaskowych które są częściami metalowymi do samochodów, budowy maszyn, budownictwa lub innych gałęzi przemysłu.

Mechanizmy mieszania

W proszku można wyróżnić dwa różne wymiary procesu mieszania: mieszanie konwekcyjne i mieszanie intensywne. W przypadku mieszania konwekcyjnego materiał w mieszalniku jest transportowany z jednego miejsca do drugiego. Ten rodzaj mieszania prowadzi do mniej uporządkowanego stanu wewnątrz miksera, składniki, które muszą zostać zmieszane, są rozłożone na inne składniki. Z upływem czasu mieszanina staje się coraz bardziej losowo uporządkowana. Po pewnym czasie mieszania osiągany jest ostateczny stan losowy. Zwykle ten rodzaj mieszania stosuje się do materiałów sypkich i gruboziarnistych.

Możliwym zagrożeniem podczas mieszania w skali makro jest rozmieszanie składników, ponieważ różnice w wielkości, kształcie lub gęstości różnych cząstek mogą prowadzić do segregacji.

Gdy materiały są spoiste, co ma miejsce np. w przypadku drobnych cząstek, a także w przypadku materiału mokrego, mieszanie konwekcyjne nie wystarcza już do uzyskania losowo uporządkowanej mieszaniny. Względnie silne siły międzycząsteczkowe tworzą grudki, które nie są rozbijane przez łagodne siły transportu w mieszalniku konwekcyjnym. Aby zmniejszyć rozmiar bryły, potrzebne są dodatkowe siły; tzn. wymagane jest bardziej energochłonne mieszanie. Te dodatkowe siły mogą być siłami uderzenia lub siłami ścinającymi.

Mieszanie ciecz-ciało stałe

Mieszanie ciecz-ciało stałe jest zwykle wykonywane w celu zawieszenia gruboziarnistych, sypkich ciał stałych lub w celu rozbicia grudek drobnych, aglomerowanych ciał stałych. Przykładem tego pierwszego jest mieszanie cukru pudru z wodą; przykładem tego ostatniego jest mieszanie mąki lub mleka w proszku z wodą. W pierwszym przypadku cząstki mogą zostać uniesione do stanu zawiesiny (i oddzielone od siebie) przez masowy ruch płynu; w drugim sam mieszalnik (lub znajdujące się w jego pobliżu pole o silnym ścinaniu) musi zdestabilizować grudki i spowodować ich rozpad.

Jednym z przykładów procesu mieszania ciała stałego z cieczą w przemyśle jest mieszanie betonu, w którym cement, piasek, drobne kamienie lub żwir i woda są mieszane w jednorodną masę samoutwardzalną , stosowaną w budownictwie.

Solidne zawieszenie

Zawieszanie ciał stałych w cieczy ma na celu poprawę szybkości przenoszenia masy między ciałem stałym a cieczą. Przykłady obejmują rozpuszczanie stałego reagenta w rozpuszczalniku lub zawieszanie cząstek katalizatora w cieczy w celu poprawy przepływu reagentów i produktów do iz cząstek. Powiązana dyfuzja wirowa zwiększa szybkość przenoszenia masy w masie płynu, a konwekcja materiału z dala od cząstek zmniejsza rozmiar warstwy granicznej , gdzie występuje większość oporów na przenoszenie masy. Wirniki o przepływie osiowym są preferowane do stałego zawieszenia, ponieważ stałe zawieszenie wymaga raczej pędu niż ścinania, chociaż wirniki o przepływie promieniowym mogą być stosowane w zbiorniku z przegrodami, które przekształcają część ruchu obrotowego w ruch pionowy. Kiedy ciało stałe jest gęstsze niż ciecz (a zatem zbiera się na dnie zbiornika), wirnik obraca się tak, że płyn jest wypychany w dół; gdy ciało stałe jest mniej gęste niż ciecz (a zatem unosi się na wierzchu), wirnik obraca się tak, że płyn jest wypychany do góry (choć jest to stosunkowo rzadkie). Sprzęt preferowany do stałej zawiesiny wytwarza duże objętościowe przepływy, ale niekoniecznie wysokie ścinanie; zazwyczaj stosuje się wirniki turbin o dużej liczbie przepływów, takie jak wodoloty. Wiele turbin zamontowanych na tym samym wale może zmniejszyć pobór mocy.

Stała frakcja objętościowa w mieszalniku

Stopień jednorodności zawiesiny ciało stałe-ciecz można opisać za pomocą RSD ( względne odchylenie standardowe pola ułamka objętościowego ciał stałych w mieszalniku). Idealne zawieszenie miałoby RSD 0%, ale w praktyce RSD mniejsze lub równe 20% może wystarczyć, aby zawiesinę uznać za jednorodną, chociaż zależy to od przypadku. RSD można uzyskać za pomocą pomiarów eksperymentalnych lub obliczeń. Pomiary można wykonywać w pełnej skali, ale jest to generalnie niepraktyczne, dlatego często wykonuje się pomiary w małej skali i stosuje się kryterium „zwiększenia skali” do ekstrapolacji RSD z małej do pełnej skali. Obliczenia można przeprowadzić przy użyciu do obliczeniowej dynamiki płynów lub przy użyciu korelacji opiera się na rozwoju teoretycznym, pomiarach eksperymentalnych i/lub danych obliczeniowej dynamiki płynów. Obliczenia obliczeniowej dynamiki płynów są dość dokładne i mogą uwzględniać praktycznie dowolne projekty zbiorników i mieszadeł, ale wymagają specjalistycznej wiedzy i długiego czasu obliczeń. Korelacje są łatwe w użyciu, ale są mniej dokładne i nie obejmują żadnych możliwych projektów. Najbardziej popularną korelacją jest korelacja „prędkości właśnie zawieszonej” opublikowana przez Zwieteringa (1958). Jest to łatwa w użyciu korelacja, ale nie jest przeznaczona do jednorodnej zawiesiny. Zapewnia jedynie przybliżone oszacowanie prędkości mieszania zawiesin „złej” jakości (zawiesin częściowych), w których żadna cząstka nie pozostaje na dnie dłużej niż 1 lub 2 sekundy. Inną równoważną korelacją jest korelacja Mersmanna (1998). Dla zawiesin „dobrej” jakości kilka przykładów przydatnych korelacji można znaleźć w publikacjach Barresiego (1987), Magelli (1991), Cekinski (2010) czy Macqueron (2017). Uczenie maszynowe można również wykorzystać do budowania modeli o wiele dokładniejszych niż „klasyczne” korelacje.

Solidna deaglomeracja

Bardzo drobne proszki, takie jak pigmenty dwutlenku tytanu i materiały suszone rozpyłowo , mogą aglomerować lub tworzyć grudki podczas transportu i przechowywania. Materiały skrobiowe lub te, które tworzą żele po wystawieniu na działanie rozpuszczalnika, mogą tworzyć grudki, które są zwilżone na zewnątrz, ale suche w środku. Tego typu materiały nie dają się łatwo zmieszać z cieczą za pomocą mieszalników preferowanych do zawiesin stałych, ponieważ cząstki aglomeratu muszą zostać poddane intensywnemu ścinaniu, aby zostały rozbite. Pod pewnymi względami deaglomeracja ciał stałych jest podobna do mieszania niemieszających się cieczy, z wyjątkiem faktu, że koalescencja zwykle nie stanowi problemu. Codziennym przykładem tego rodzaju mieszania jest produkcja koktajli mlecznych z płynnego mleka i lodów stałych.

Mieszanie cieczy z gazami

Ciecze i gazy są zwykle mieszane, aby umożliwić zajście przenoszenia masy . Na przykład w przypadku odpędzania powietrza gaz jest używany do usuwania substancji lotnych z cieczy. Zwykle kolumnę z wypełnieniem , przy czym wypełnienie działa jak nieruchomy mieszalnik, a pompa powietrza zapewnia siłę napędową. Gdy używany jest zbiornik i wirnik, zwykle celem jest zapewnienie, aby pęcherzyki gazu pozostawały w kontakcie z cieczą tak długo, jak to możliwe. Jest to szczególnie ważne, jeśli gaz jest drogi, na przykład czysty tlen lub powoli dyfunduje do cieczy. Mieszanie w zbiorniku jest również przydatne, gdy w fazie ciekłej zachodzi (stosunkowo) powolna reakcja chemiczna, a więc różnica stężeń w cienkiej warstwie w pobliżu pęcherzyka jest zbliżona do tej w masie. Zmniejsza to siłę napędową przenoszenia masy. Jeśli w fazie ciekłej zachodzi (względnie) szybka reakcja chemiczna, czasami korzystne jest rozproszenie pęcherzyków gazu, ale nie recyrkulacja, zapewniając, że są one w przepływie tłokowym i mogą wydajniej przenosić masę.

Turbiny Rushtona były tradycyjnie używane do rozpraszania gazów w cieczach, ale nowsze opcje, takie jak turbina Smitha i turbina Bakkera, stają się coraz bardziej powszechne. Jednym z problemów jest to, że wraz ze wzrostem przepływu gazu coraz więcej gazu gromadzi się w strefach niskiego ciśnienia za łopatkami wirnika, co zmniejsza moc pobieraną przez mieszalnik (a tym samym jego efektywność). Nowsze konstrukcje, takie jak wirnik GDX, prawie wyeliminowały ten problem.

Mieszanie gaz-ciało stałe

Mieszanie gazu z ciałem stałym można przeprowadzić w celu transportu proszków lub drobnych cząstek stałych z jednego miejsca do drugiego lub w celu zmieszania gazowych reagentów ze stałymi cząstkami katalizatora. W obu przypadkach turbulentne wiry gazu muszą zapewniać wystarczającą siłę, aby zawiesić cząstki stałe, które w przeciwnym razie toną pod wpływem siły grawitacji . Rozmiar i kształt cząstek jest ważnym czynnikiem, ponieważ różne cząstki mają różne współczynniki oporu powietrza , a cząstki wykonane z różnych materiałów mają różne gęstości . Powszechną operacją jednostkową stosowaną w przemyśle przetwórczym do oddzielania gazów i ciał stałych jest tzw cyklon , który spowalnia gaz i powoduje osiadanie cząstek.

Mieszanie wielofazowe

Mieszanie wielofazowe występuje, gdy ciała stałe, ciecze i gazy są łączone w jednym kroku. Może to nastąpić jako część katalitycznego procesu chemicznego, w którym odczynniki ciekłe i gazowe muszą być połączone ze stałym katalizatorem (takim jak uwodornienie ); lub w trakcie fermentacji, gdzie drobnoustroje stałe i potrzebne im gazy muszą być dobrze rozprowadzone w płynnym podłożu. Rodzaj stosowanego mieszalnika zależy od właściwości faz. W niektórych przypadkach siłę mieszania zapewnia sam gaz, gdy porusza się on w górę przez ciecz, porywając ciecz wraz z pióropuszem bąbelków. Powoduje to wciąganie cieczy do góry wewnątrz smugi i powoduje opadanie cieczy na zewnątrz smugi. Jeśli lepkość cieczy jest zbyt wysoka, aby to umożliwić (lub jeśli cząstki stałe są zbyt ciężkie), może być potrzebny wirnik, aby utrzymać cząstki stałe w zawiesinie.

Schematyczny rysunek reaktora ze złożem fluidalnym

Podstawowa nomenklatura

W przypadku mieszania cieczy nomenklatura jest raczej znormalizowana:

Średnica wirnika „D” jest mierzona dla mieszadeł przemysłowych jako maksymalna średnica wokół osi obrotu.
Prędkość obrotowa, „N” jest zwykle mierzona w obrotach na minutę (RPM) lub obrotach na sekundę (RPS). Ta zmienna odnosi się do prędkości obrotowej wirnika, ponieważ liczba ta może się różnić wzdłuż punktów układu napędowego.
Średnica zbiornika, „T” Wewnętrzna średnica cylindrycznego naczynia. Większość zbiorników do mieszania, w których umieszczane są mieszalniki przemysłowe, będzie miała kształt cylindryczny.
Moc, „P” To energia wprowadzona do systemu, zwykle przez silnik elektryczny lub silnik pneumatyczny
Wydajność pompowania wirnika, „Q” Ruch płynu wynikający z obrotu wirnika.

Równania konstytutywne

Wiele równań używanych do określania mocy wyjściowej mikserów jest wyprowadzonych empirycznie lub zawiera stałe wyprowadzone empirycznie. Ponieważ miksery działają w trybie turbulentnym, wiele równań to przybliżenia, które są uważane za akceptowalne dla większości celów inżynierskich.

Kiedy wirnik mieszający obraca się w płynie, generuje połączenie przepływu i ścinania. Przepływ generowany przez wirnik można obliczyć za pomocą następującego równania:

${\ Displaystyle Q = Fl * N * D ^ {3}}$

Numery przepływów dla wirników zostały opublikowane w sponsorowanym przez North American Mixing Forum Handbook of Industrial Mixing.

Moc potrzebną do obracania wirnika można obliczyć za pomocą następujących równań:

${\ Displaystyle P = P_ {o} \ rho N ^ {3} D ^ {5}}$ (burzliwy reżim)

${\ Displaystyle P = K_ {p} \ mu N ^ {2} D ^ {3}}$ (Reżim laminarny)

$jest$ funkcją geometrii wirnika; ${\ Displaystyle \ rho}$ to gęstość płynu; ${\ displaystyle N}$ to prędkość obrotowa, zwykle liczba obrotów na sekundę; jest średnicą wirnika; ${\ displaystyle D}$ ${\ displaystyle K_ {p}}$ jest laminarną stałą mocy; i ${\ displaystyle \ mu}$ jest lepkością płynu. Należy zauważyć, że moc mieszadła jest silnie zależna od prędkości obrotowej i średnicy wirnika oraz liniowo zależna od gęstości lub lepkości płynu, w zależności od tego, który reżim przepływu jest obecny. W reżimie przejściowym przepływ w pobliżu wirnika jest turbulentny, dlatego stosuje się turbulentne równanie mocy.

Czas potrzebny do wymieszania płynu z dokładnością do 5% końcowego stężenia można obliczyć za pomocą następujących korelacji: ${\ displaystyle {\ theta _ {95}}}$

${\ Displaystyle {\ theta _ {95}} = {\ Frac {5,40} {P_ {o} ^ {1 \ ponad 3} N}} ({\ frac {T}{D}})^{2}}$ (burzliwy reżim)

${\ Displaystyle {\ teta _ {95}} = {\ Frac {34596} {P_ {o} {1 \ ponad 3} N^{2}D^{2}}}({\frac {\mu}}{\rho}})({\frac {T}{D}})^{2}} (region przejściowy$ )

${\ Displaystyle {\ teta _ {95}} = {\ Frac {896 * 10 ^ {3} K_ {p} ^ {- 1,69} {N}}}$ (reżim laminarny)

Granica przejściowa / turbulentna występuje w ${\ Displaystyle P_ {o} ^ {1 \ ponad 3} Re = 6404}$

Granica laminarna / przejściowa występuje w ${\ Displaystyle P_ {o} ^ {1 \ ponad 3} Re = 186}$

Mieszanie laboratoryjne

Mieszadło magnetyczne

W skali laboratoryjnej mieszanie uzyskuje się za pomocą mieszadeł magnetycznych lub zwykłego wytrząsania ręcznego. Czasami mieszanie w naczyniach laboratoryjnych jest dokładniejsze i następuje szybciej niż jest to możliwe na skalę przemysłową. Mieszadła magnetyczne to mieszadła promieniowe, które powodują obracanie się ciała stałego w mieszanym płynie. Jest to dopuszczalne na małą skalę, ponieważ naczynia są małe i dlatego mieszanie zachodzi szybko (krótki czas mieszania). Istnieje wiele konfiguracji prętów mieszających, ale ze względu na mały rozmiar i (zwykle) niską lepkość płynu możliwe jest użycie jednej konfiguracji do prawie wszystkich zadań związanych z mieszaniem. Cylindryczny pręt mieszający może być używany do zawieszania ciał stałych, jak pokazano na rysunku jodometria , deaglomeracja (przydatna do przygotowania pożywki mikrobiologicznej z proszków) oraz mieszanie ciecz-ciecz. Inną osobliwością mieszania laboratoryjnego jest to, że mikser spoczywa na dnie naczynia, a nie jest zawieszony w pobliżu środka. Ponadto naczynia używane do mieszania laboratoryjnego są zazwyczaj bardziej zróżnicowane niż naczynia używane do mieszania przemysłowego; na przykład kolby Erlenmeyera lub kolby Florence mogą być użyte oprócz bardziej cylindrycznej zlewki .

Mieszanie w mikroprzepływach

Po zmniejszeniu do mikroskali mieszanie płynów zachowuje się radykalnie inaczej. Zwykle ma to rozmiary od kilku (2 lub 3) milimetrów do zakresu nanometrów. W tym zakresie rozmiarów normalna adwekcja nie zachodzi, chyba że jest wymuszona przez gradient ciśnienia hydraulicznego. Dyfuzja jest dominującym mechanizmem, dzięki któremu spotykają się dwa różne płyny. Dyfuzja jest stosunkowo powolnym procesem. Dlatego wielu badaczy musiało wymyślić sposoby na zmieszanie dwóch płynów. Obejmowało to skrzyżowania Y, skrzyżowania T, skrzyżowania trójkierunkowe i projekty, w których interfejs obszar między dwoma płynami jest zmaksymalizowany. Poza samym połączeniem dwóch płynów, ludzie wykonali również skręcające się kanały, aby zmusić te dwa płyny do wymieszania. Obejmowały one wielowarstwowe urządzenia, w których płyny korkowałyby, urządzenia zapętlone, w których płyny przepływałyby wokół przeszkód, oraz urządzenia faliste, w których kanał zwężałby się i rozszerzał. Dodatkowo wypróbowano kanały z elementami na ścianach, takimi jak wycięcia lub gaje.

Jednym ze sposobów sprawdzenia, czy mieszanie zachodzi w wyniku adwekcji czy dyfuzji, jest znalezienie liczby Pecleta . Jest to stosunek adwekcji do dyfuzji . Przy wysokich liczbach Pecleta (> 1) dominuje adwekcja. Przy niskich liczbach Pecleta (<1) dominuje dyfuzja.

Liczba Peclet = (prędkość przepływu × droga mieszania) / współczynnik dyfuzji

Przemysłowy sprzęt do mieszania

Na skalę przemysłową wydajne mieszanie może być trudne do osiągnięcia. Projektowanie i ulepszanie procesów mieszania pochłania wiele wysiłku inżynieryjnego. Mieszanie na skalę przemysłową odbywa się partiami (mieszanie dynamiczne), inline lub za pomocą mieszadeł statycznych . Ruchome mieszalniki są napędzane silnikami elektrycznymi , które pracują ze standardowymi prędkościami 1800 lub 1500 obr./min, czyli zwykle znacznie szybciej niż to konieczne. Skrzynie biegów służą do zmniejszania prędkości i zwiększania momentu obrotowego. Niektóre zastosowania wymagają użycia mieszalników wielowałowych, w których do całkowitego wymieszania produktu stosuje się kombinację typów mieszadeł.

Oprócz wykonywania typowych operacji mieszania wsadowego, niektóre mieszanie można wykonywać w sposób ciągły. Korzystając z maszyny, takiej jak urządzenie do ciągłego przetwarzania, jeden lub więcej suchych składników i jeden lub więcej płynnych składników można dokładnie i konsekwentnie dozować do maszyny i obserwować ciągłą, jednorodną mieszaninę wychodzącą z maszyny. Wiele gałęzi przemysłu przestawiło się na ciągłe mieszanie z wielu powodów. Niektóre z nich to łatwość czyszczenia, mniejsze zużycie energii, mniejsza powierzchnia, wszechstronność, kontrola i wiele innych. Mieszalniki do pracy ciągłej, takie jak dwuślimakowy procesor do pracy ciągłej, również mają zdolność obsługi bardzo dużych lepkości.

Turbiny

Poniżej przedstawiono wybrane geometrie turbin i wartości mocy.

Wybrane geometrie turbin i numery mocy
Nazwa	Numer mocy	Kierunek przepływu	Kąt ostrza (stopnie)	Liczba ostrzy	Geometria ostrza
Turbina Rushtona	4.6	Promieniowy	0	6	Płaski
Turbina z łopatkami skośnymi	1.3	Osiowy	45–60	3–6	Płaski
Hydropłat	0,3	Osiowy	45–60	3–6	Zakrzywiony
Śmigło morskie	0,2	Osiowy	Nie dotyczy	3	Zakrzywiony

Wirnik osiowy (po lewej) i wirnik promieniowy (po prawej).

Różne typy wirników są używane do różnych zadań; na przykład turbiny Rushtona są przydatne do rozpraszania gazów w cieczach, ale nie są zbyt pomocne w rozpraszaniu osiadłych ciał stałych w cieczach. Nowsze turbiny w dużej mierze wyparły turbinę Rushtona do mieszania gazu z cieczą, takie jak turbina Smitha i turbina Bakkera. Liczba mocy jest empiryczną miarą wielkości momentu obrotowego potrzebnego do napędzania różnych wirników w tym samym płynie przy stałej mocy na jednostkę objętości; wirniki o wyższych numerach mocy wymagają większego momentu obrotowego, ale pracują z mniejszą prędkością niż wirniki o niższych numerach mocy, które pracują z niższym momentem obrotowym, ale z wyższymi prędkościami.

Miksery o małym prześwicie

Istnieją dwa główne typy mieszalników o małym prześwicie: kotwice i spiralne wstęgi. Miksery kotwiczne wywołują rotację ciał stałych i nie sprzyjają mieszaniu pionowemu, ale spiralne wstęgi tak. Mieszadła o małym prześwicie są stosowane w reżimie laminarnym, ponieważ lepkość płynu pokonuje siły bezwładności przepływu i zapobiega porywaniu przez płyn opuszczający wirnik płynu znajdującego się obok niego. Spiralne mieszalniki wstęgowe są zwykle obracane, aby popychać materiał przy ścianie w dół, co pomaga w cyrkulacji płynu i odświeżaniu powierzchni przy ścianie.

Dyspergatory o wysokim ścinaniu

Dyspergatory o wysokim ścinaniu powodują intensywne ścinanie w pobliżu wirnika, ale stosunkowo niewielki przepływ w większości naczynia. Takie urządzenia zazwyczaj przypominają piły tarczowe i obracają się z dużą prędkością. Ze względu na swój kształt mają stosunkowo niski współczynnik oporu powietrza i dlatego wymagają stosunkowo niewielkiego momentu obrotowego do obracania się z dużą prędkością. Dyspergatory wysokoobrotowe służą do tworzenia emulsji (lub zawiesin) niemieszających się cieczy i rozdrabniania ciał stałych.

Miksery statyczne

Mieszadła statyczne stosuje się, gdy zbiornik mieszający byłby zbyt duży, zbyt wolny lub zbyt kosztowny do zastosowania w danym procesie.

Płynne gwizdki

Gwizdki cieczowe to rodzaj mieszalnika statycznego , który przepuszcza płyn pod wysokim ciśnieniem przez otwór, a następnie przez ostrze. Powoduje to narażenie płynu na silne turbulentne i może powodować mieszanie , emulgowanie , deaglomerację i dezynfekcję.

Inny

Przemysłowy mikser łopatkowy

Przemysłowy mikser łopatkowy.

Blender przemysłowy V.

Przemysłowy Blender Wstęgowy.

Przemysłowy blender z podwójnym stożkiem.

Przemysłowy mieszalnik/granulator z wysokim ścinaniem.

Blender bębnowy

Mieszalnik dwuwałowy do materiałów o wysokiej lepkości

wstęgowe
Mieszarki wstęgowe są bardzo powszechne w przemyśle przetwórczym do wykonywania operacji mieszania na sucho. Mieszanie odbywa się dzięki 2 spiralom (wstędze) naspawanym na wałki. Obie spirale przesuwają produkt w przeciwnych kierunkach, osiągając w ten sposób wymieszanie (patrz zdjęcie blendera wstęgowego).
Blender V
Blender dwuślimakowy ciągły
Ciągły procesor
Blender stożkowy
Blender śrubowy
Blender dwustożkowy
Podwójna planetarna
Mikser o wysokiej lepkości
Przeciwbieżne
Podwójny i potrójny wał
Mikser próżniowy
Stojan wirnika o wysokim ścinaniu
Imponujący mikser
Miksery dyspersyjne
Wiosłować
Mikser strumieniowy
Miksery mobilne
Blendery bębnowe
Mikser mieszający
Mikser poziomy
Kombinacja mieszania ciepła/zimna
Mikser pionowy
Turbomikser
Mieszalnik planetarny

Mieszalnik planetarny to urządzenie służące do mieszania produktów okrągłych, w tym klejów , farmaceutyków , żywności (w tym ciasta ), chemikaliów , elektroniki , tworzyw sztucznych i pigmentów .

Ten mikser jest idealny do mieszania i ugniatania lepkich past (do 6 milionów centypuazów ) w warunkach atmosferycznych lub próżniowych. Pojemności wahają się od 0,5 pinty amerykańskiej (0,24 l; 0,42 imp pt) do 750 galonów amerykańskich (2800 l; 620 imp gal). Dostępnych jest wiele opcji, w tym płaszcze do ogrzewania lub chłodzenia, podciśnienia lub ciśnienia, napędy o zmiennej prędkości itp.

Każde z ostrzy obraca się wokół własnej osi , a jednocześnie wokół wspólnej osi, zapewniając w ten sposób całkowite wymieszanie w bardzo krótkim czasie.
Mikser Banbury
Mikser Banbury to marka wewnętrznego mieszalnika wsadowego , nazwana na cześć wynalazcy Fernleya H. Banbury'ego . Znak towarowy „Banbury” jest własnością firmy Farrel Corporation . Mieszalniki wewnętrzne, takie jak mieszalnik Banbury, są używane do mieszania lub mieszania gumy i tworzyw sztucznych. Pierwotny projekt pochodzi z 1916 roku. Mikser składa się z dwóch obracających się spirali łopatki o kształcie owalnym zamknięte w segmentach cylindrycznych obudów. Te przecinają się, pozostawiając grzbiet między ostrzami. Ostrza mogą mieć rdzeń do cyrkulacji ogrzewania lub chłodzenia. Jego wynalazek spowodował znaczne oszczędności pracy i kapitału w przemyśle oponiarskim, eliminując początkowy etap mielenia gumy na rolkach. Stosowany jest również do wzmacniania wypełniaczy w systemie żywicznym.
ResonantAcoustic Mixer
Rezonansowe miksowanie akustyczne wykorzystuje wibracje i energię fal dźwiękowych do mieszania proszków, past, płynów i dowolnych ich kombinacji. Czyni to z większą szybkością, jakością i powtarzalnością niż urządzenia do mieszania z mechanicznym mieszaniem.

Zobacz też

Linki zewnętrzne