EuroScale – une approche logique du mixage

La procédure de conception Euromixers EuroScale a été développée pour permettre de relier les problèmes de mélange au niveau d’agitation requis de manière simple et quantifiable.

Les applications couvertes comprennent le mouvement de fluide pour favoriser le contact d’une phase liquide, solide ou gazeuse avec une phase liquide continue. Les différences dans les interactions de chacune de ces phases avec la phase liquide continue constituent la base des trois principales catégories de mélange.

Mélange liquide

Contact liquide-liquide pour tout mélange
en phase liquide

Suspension de solides

Contact liquide-solide pour la suspension
de solides dans une phase liquide

Dispersion de gaz

Contact liquide-gaz pour la dispersion de gaz
dans une phase liquide

Les procédures EuroScale impliquent: – l’identification de l’objectif de mélange, l’analyse des données de processus pertinentes et l’optimisation de la solution de mélange en utilisant une combinaison de logiciels spécialisés développés en interne et d’une expérience pratique. Les principales catégories sont résumées ci-dessous ainsi que la définition, le paramètre de difficulté et les données de processus nécessaires à une description complète du problème de mélange.

Mélange liquide

Mélange de deux ou plusieurs composants liquides miscibles dans une composition plus uniforme.
La difficulté d’un problème de mélange peut être qualifiée par les disparités entre les viscosités des composants et leurs densités. Les données de processus nécessaires pour calculer le temps de mélange et fournir la solution de mélange comprennent:

  1. Taille du lot et dimensions du réservoir.
  2. Viscosités liquides composant.
  3. Densité des composants liquides.
  4. Rapport ou quantité relative de
    composants liquides.
  5. Niveau de mélange à l’échelle européenne.

Suspension de solides

Mise en suspension de particules solides dans un liquide pour former une suspension. La difficulté d’un problème de mélange peut être qualifiée par le taux de sédimentation des solides dans le liquide. Les données de processus dont nous avons besoin pour calculer le taux de sédimentation et fournir la solution de mélange comprennent:

1. Taille du lot et dimensions du réservoir.
2. Densité relative du liquide et du solide.
3. viscosité du liquide.
4. % en poids de solides dans la suspension.
5. Taille moyenne des particules.
6. Niveau de suspension à l’échelle européenne.

Dispersion de gaz

Dispersion de gaz dans un liquide pour former une dispersion de gaz.
La difficulté d’un problème de mélange peut être qualifiée par le taux de barbotage de gaz dans le liquide. Les données de processus dont nous avons besoin pour calculer le taux de barbotage et fournir la solution de mélange comprennent:

1. Taille du lot et dimensions du réservoir.
2. Densité du liquide et du gaz.
3. viscosité du liquide.
4. Volume d’entrée de gaz en L/s ou en m3/h.
5. Taux de réaction gaz-liquide, s’il est connu.
6. Niveau de dispersion à l’échelle européenne.

Taille du lot – est définie comme le volume de travail du liquide dans le réservoir. Elle peut varier dans le temps, par exemple lors du remplissage ou de la vidange d’un récipient. Normalement, un rapport hauteur du lot à hauteur du réservoir> 0,2 est recommandé. Il est également important de connaître l’orientation et la géométrie du réservoir pour pouvoir déterminer plus précisément le type, le nombre, la taille et l’emplacement idéaux de la roue pour l’application. Les données de fonctionnement, telles que les températures et les pressions, doivent également être spécifiées pour évaluer et rendre avec précision une sélection de machine qui aidera à maintenir les conditions critiques du processus. Dans de nombreuses applications, les trois phases liquide, solide et gaz seront en contact avec un autre liquide. Dans de tels cas, l’échelle européenne peut être utilisée pour chaque catégorie et pour le problème de mélange le plus difficile et donc maîtrisant utilisé pour la sélection d’équipement.

EuroScale – Expliqué

Lorsque vous résolvez un problème de mélange, il est essentiel d’obtenir le résultat souhaité. Cependant, il est souvent difficile de l’exprimer avec précision ou de l’associer à une turbine spécifique. Avant de considérer les différentes options de mélangeur, il est nécessaire de disposer d’une réponse de processus appropriée pour pouvoir déterminer la solution de mélange optimale.

Mélange liquide  – L’intensité du mélange est liée à la vitesse superficielle du fluide dans un lot. Il s’agit d’une valeur de vitesse moyenne utilisée dans les calculs d’écoulement de fluide en raison de la complexité de la distribution de la vitesse dans un système de mélange par lots.

La vitesse superficielle peut être calculée comme suit:


Vb (m/min) – Vitesse superficielle du lot de fluide
Q (m3) – Débit volumétrique du lot de fluide
A(m3) – Surface en coupe transversale du lot de fluide

En tenant compte des analyses théoriques, des résultats expérimentaux et de la vaste expérience pratique, nous savons également que le fait de mélanger l’intensité et donc la vitesse du fluide comme variable de mise à l’échelle génère un succès supérieur à > 90% à l’échelle de la production. Par conséquent, la réponse du processus de mélange liquide est basée sur la vitesse superficielle dans le lot. Plus la disparité des viscosités des composants liquides et des densités est grande, plus la vitesse superficielle est élevée et plus l’échelle de mélange est élevée.

L’idée d’une échelle de 1 à 10 a été proposée comme méthode simple et utile pour aider les clients à spécifier l’intensité de mélange requise.

Le taux de décharge volumétrique d’une turbine fonctionnant à une vitesse donnée mesurée sur la turbine divisée par le volume de travail total du produit dans la cuve (Q/V) quantifie le niveau de mélange en termes de renouvellement des cuves. Il s’agit d’un critère simple mais largement utilisé pour le calibrage du mélangeur dans l’industrie. Il est défini comme le nombre de fois que le contenu liquide total d’un réservoir est entièrement distribué dans le volume du lot par unité de temps. À partir du chiffre d’affaires, le temps de mélange peut être dérivé, ou le temps de mélange requis avant que le lot n’atteigne une homogénéité complète pour les systèmes liquides miscibles. Maintenant que les paramètres de mélange essentiels ont été identifiés, le tableau ci-dessous montre la relation entre la vitesse superficielle et le niveau EuroScale et comment les performances de mélange peuvent être décrites à mesure que l’échelle augmente.

Exemple basé sur:

  • Diamètre du réservoir 1500mm avec un volume de travail de 3m3.
  • Basé sur un système liquide à deux composants.
  • Le rapport de concentration du composant de faible viscosité au composant de viscosité élevée est de 5:1.
  • Les S.G et viscosités de milieu de gamme ont été utilisés pour chaque niveau de l’échelle européenne.
EuroScaleVitesse superficielle (m/min)Performance du processusChiffre d’affaires (min-1)Temps de mélange  (min)
1 1.8 Doux Mélangeant
très lent à l’ écoulement de l’ esprit avec l’ objectif de motion.Process de surface components.Flat miscible: Mélange pour compléter la gamme de homogeneity.Limiting: Différences dans S.G < 0.1 Viscosity rapports < 100
Exemple pour l’échelle de mélange 2:
S.G moyen = 1.05 Viscosité moyenne = 50cPQ / V = 2.4
5
2 3.7
3 5.5 Mélange d’intensité
moyenne Débit moyen avec viscosités moyennes typiques. Suffisant pour la plus large gamme d’applications dans les industries de process. Mouvement de la surface ondulante à faibles viscosités. Objectif du processus: Assembler pour compléter l’homogénéité Etendue limiteEtendue limitante: Différences de S.G < 0.4 Vitesse de rotation < 7,500
Exemple pour l’échelle de mélange 4:
S.G moyen = 1.2 Viscosité moyenne = 740cPQ / V = ​​4.1
15
4 7.3
5 9.2
6 11.0 Mélange à haute intensité
Débit élevé avec composants difficiles à mélanger. Strac mouvement de surface rapide à basses viscosités. Objectif du processus: Mélanger pour obtenir une homogénéité complète Étendue limiteEtendue limite: Différences de S.G < 0.6 Rapports de viscosité < 50,000
Exemple pour l’échelle de mélange 7:
S.G moyen = 1.3 Viscosité moyenne = 4,250 cPQ / V = ​​5.3
25
7 12.8
8 14.6
9 16.5 Agitation violente
Débit extrêmement élevé pour les applications très difficiles. Surging mouvement de surface à faible viscosité. Objectif du processus: Mélanger pour compléter l’homogénéité Plage limite Etendue limite: Différences de S.G < 1.0 Ratios de viscosité < 100,000
Exemple pour l’échelle de mélange 9:
volume de charge = 3 m³G S.G moyen = 1.5 Viscosité moyenne = 15,000 cPQ / V = ​​3.6
65
10 18.3

Clé de table avec définitions

Objectif du processus:
Atteindre le résultat souhaité.

Homogénéité complète:
Le degré d’homogénéité que nous définissons comme «complet» est basé sur une équation empiriquement dérivée qui calcule le temps nécessaire pour mélanger les fluides à 5% près de la concentration finale, c’est-à-dire à plus de > 95% d’homogénéité.

Plage limite:
Basé sur un système liquide à plusieurs composants avec des différences de S.G et de rapports de viscosité se situant dans les limites de chaque échelle.

Comme vous pouvez le constater dans l’exemple ci-dessus, l’intensité du mélange augmente; d’augmenter l’échelle de mélange; le chiffre d’affaires augmentera généralement en raison d’une augmentation de la quantité de fluide dans le réservoir. Cependant, l’augmentation de la viscosité moyenne réduit la capacité de la turbine à pomper efficacement le fluide, ce qui aboutit finalement à un taux de rotation inférieur pour le cas de 15,000 cP.

Par conséquent, il convient de noter que le nombre de renouvellements de réservoirs dépend de la quantité d’action du mélangeur plutôt que de l’intensité du mélange, où un mélange à faible vitesse avec une grande roue peut produire un taux de rotation plus élevé que le mélange à grande vitesse avec une petite roue. La transition vers un mélange à basse vitesse devient de plus en plus importante pour mélanger des fluides de viscosité élevée dans un régime laminaire pouvant être sensible au cisaillement, y compris des fluides à rhéologie complexe. Une combinaison de chaque type de mélange est requise dans un système à un seul lot; mélange à grande échelle pour le mouvement d’un fluide en vrac et mélange à petite échelle pour une homogénéisation à fort cisaillement. On en déduit que le temps de mélange, qui découle du chiffre d’affaires, augmentera en raison de l’augmentation de la viscosité. Il est à noter que les temps de mélange admissibles sont généralement plus longs pour un mélange à viscosité élevée. l’objectif de l’échelle de mélange ici est de maintenir le temps de mélange dans une limite raisonnable pour un maximum de rendement tout en évitant une sélection peu pratique et surdimensionnée du mélangeur. En fin de compte, la réponse que nous devons tirer de l’expérience pratique d’un ingénieur des applications de mixage avec une large gamme d’applications de processus ou, dans le cas d’un nouveau processus de mélange, des tests pilotes peut constituer la base du choix et de la mise à l’échelle des équipements.

Suspension de Solides

La réponse du processus pour la suspension de solides est relativement facile à quantifier et peut être définie en termes de niveaux de suspension et de distribution de solides dans un lot liquide. Il existe un niveau distinct auquel la plupart des solides sont soulevés dans le fluide; Ceci est connu comme la hauteur des nuages ​​et est exprimé en pourcentage de la hauteur du lot de liquide. Le liquide situé au-dessous de cette hauteur est riche en solides, tandis qu’au-dessus, il est peu peuplé par quelques particules solides. Maintenant que nous avons identifié les paramètres de mélange essentiels, le tableau ci-dessous montre la relation entre la hauteur du nuage et le niveau européen, ainsi que la description des performances de mélange à mesure que l’échelle augmente. Le chiffre d’affaires a été calculé pour l’ensemble d’exemples de conditions en tant que point de comparaison.

Exemple basé sur: 
Un réservoir de 2500 mm de diamètre avec un volume utile de 8.8m3 avec 5% de solides avec une taille de particule moyenne = 100um.
Liquide S.G pris à 1.0, Solid S.G à 3.0 et la viscosité du liquide à 1cP.
La vitesse de la roue est la seule variable pour laquelle le diamètre de la roue est recommandé à D/T = 0.3 pour la viscosité du liquide.

EuroScaleNiveau de suspensionL’altitude des nuages (%)Chiffre d’affaires (min-1)

1

Sur la suspension inférieure

Pour une utilisation dans des applications où une faible suspension est requise. Principalement utilisé pour maintenir les solides en mouvement afin d’éviter toute accumulation au fond du réservoir.

41.6

2.2

2

3

Suspension du bas

Suffisant pour la plus large gamme d’applications de suspension de solides où tous les solides doivent être complètement suspendus au fond du réservoir.

59.4

3.1

4

5

6

Homogénéité du fond 80%

Pour les applications où une hauteur de suspension supérieure à celle du lot est requise.

80.2

4.2

7

8

9

Homogénéité du fond

Pour les applications où les solides doivent être suspendus uniformément dans tout le volume du lot.

100

5.3

10

Comme vous pouvez le constater dans l’exemple ci-dessus, l’intensité du mélange augmente; d’augmenter l’échelle de mélange; la vitesse d’agitation augmente
afin que les solides soient suspendus à des hauteurs de nuage plus grandes. Cela augmente à son tour le chiffre d’affaires dû à une augmentation de la quantité
de fluide dans le réservoir.

On peut déduire d’autres tests que:

  • Lorsque le pourcentage de solides et la taille des particules augmentent, une plus grande vitesse d’agitation est nécessaire
    pour atteindre le niveau de suspension requis.
  • Lorsque le volume du lot augmente, la vitesse d’agitation restera constante pour atteindre le niveau de suspension requis.
    Toutefois, le taux de renouvellement est plus faible.
  • Lorsque la viscosité du liquide augmente, la vitesse d’agitation augmente pour lutter contre la plus grande résistance à l’écoulement.
    Par conséquent, le chiffre d’affaires augmente, car il faut maintenant plus de chiffres d’affaires pour le même niveau de suspension.

Dispersion de gaz

La réponse du processus pour la dispersion de gaz est relativement facile à quantifier et peut être basée sur la vitesse superficielle du gaz du lot,
calculée en prenant le débit volumétrique du gaz et en le divisant par la surface en coupe transversale du réservoir.

L’objectif du processus est généralement le transfert de masse. Le temps de cycle du lot pour une dispersion complète peut être contrôlé en produisant une taille de bulle requise qui affectera le taux de transfert de masse. Cela déterminera le temps de réaction gaz-liquide où une dispersion plus fine, c’est-à-dire des bulles plus petites, est nécessaire pour les réactions plus lentes.

Nous avons trois catégories simples pour décrire la réponse du processus à la dispersion de gaz:

  • Faible dispersion de gaz  – La turbine est inondée et il y a peu de dispersion lorsque le gaz s’écoule à travers la turbine.
  • Dispersion élevée de gaz  – Le gaz est entièrement dispersé dans la paroi du réservoir.
  • Dispersion uniforme du gaz  – Le gaz est entièrement dispersé dans la paroi du réservoir et circule sous la turbine.
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