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Per la produzione di sospensioni, emulsioni e anche di miscele di sostanze solide, viene utilizzata la miscelazione. Questo processo, inoltre, viene utilizzato nelle industrie chimiche per attivare processi di trasferimento di massa e di calore. In aggiunta, un’intensa miscelazione è necessaria per lo svolgimento di molti processi chimici continui.
Esistono diversi tipi di miscelazione e di attrezzature per il suo svolgimento, a seconda dello stato di aggregazione dei materiali da miscelare. La reazione chimica e la miscelazione sono processi che possono verificarsi sia separatamente che congiuntamente, nonché coincidere per tempo e luogo di svolgimento. Per lo svolgimento separato del processo di miscelazione vengono utilizzati i miscelatori, mentre per lo svolgimento simultaneo della miscelazione e della trasformazione chimica vengono utilizzati apparecchi reattivi dotati di miscelatori.
A seconda del materiale di lavoro in cui avviene il processo, si distinguono diversi tipi di mescolamento (miscelazione):
Nella tecnologia chimica viene attivamente utilizzato il metodo di mescolamento delle sostanze, presenti in diversi stati di aggregazione, con l'obiettivo di ottenere:
Lo stato fisico e le proprietà fisiche delle sostanze di mescolamento, nonché i requisiti rispetto i composti da ottenere, definiscono i metodi di miscelazione e, di conseguenza, il tipo di struttura del dispositivo di miscelazione. In ogni caso, il compito dell’attrezzatura di miscelazione consiste nella produzione di una miscela omogenea con il minimo consumo di energia e i massimi indici di rendimento.
I metodi più comuni di miscelazione di materiali liquidi nell'industria sono:
Indipendentemente dal metodo, il processo di miscelazione del liquido consiste nello spostamento ripetuto delle sue particelle relativamente l'una all'altra. Il complesso movimento del liquido, che si verifica durante la rotazione del miscelatore, è costituito da tre direzioni:
A seconda del tipo di miscelatore, le proporzioni degli elementi di movimento delle sostanze da mescolare possono variare.
Miscelando due o più sostanze si dovrebbe ottenere una miscela i cui componenti siano al massimo uniformemente distribuiti. Si noti che le sostanze, contenute nella miscela, si distribuiscono reciprocamente ma non si uniscono chimicamente.
Nella fase iniziale del processo di miscelazione i componenti sono separati l'uno dall'altro o solo leggermente mescolati. Dopo un lungo periodo di miscelazione, avviene un’intensa e reciproca distribuzione che porta ad ottenere una distribuzione generale uniforme.
Con il mescolamento di sostanze è possibile ottenere una varietà di composti: omogenei e eterogenei. I composti omogenei sono caratterizzati dal fatto che in essi si verifica la rottura dei componenti in minuscole particelle (atomi o molecole) e la loro distribuzione è uniforme l'una rispetto all'altra.
Ai composti omogenei si riferiscono:
I composti eterogenei sono caratterizzati dalla presenza in essi di componenti sotto forma di gocce o polvere con una determinata granulosità. In questo modo si distribuiscono l’uno nell’altro. Qui rientrano le polveri, le sospensioni, le emulsioni, sostanze nebulizzate, ecc.
I composti sono ampiamente utilizzati nell’industria:
Lo stato fisico delle sostanze durante la miscelazione determina la modalità di miscelatura:
Vengono utilizzati recipienti simili nell'industria chimica per la miscela di sostanze e le reazioni allo stato liquido. La miscelazione avviene a condizioni ambientali o ad una temperatura di massimo 150º. I recipienti possono essere fatti di acciaio legato o non legato, smaltato, con rivestimento in gomma.
Una componente fondamentale di tale recipiente o contenitore è il miscelatore, cioè il suo meccanismo di rotazione; così come sono importanti i meccanismi integrati e montati, come ad esempio, il termometro, il manometro e gli altri strumenti di misura.
Il contenitore per la miscelazione si presenta come un recipiente cilindrico con un fondo e un coperchio di forma convessa, in cui sono presenti alcuni fori (bocchettoni), dotati di flange.
La flangia centrale: è portante, su di essa si trova un tettuccio con il miscelatore. Per il controllo visivo possono essere utilizzati dei vetri di ispezione. I divisori di flusso, che possono essere installati all'interno del contenitore, vengono diversamente chiamati rompitori di flusso. Insieme al miscelatore mescolano più intensamente i componenti. Di solito si utilizzano da 2 a 4 di questi divisori. Nel fondo del serbatoio di solito vengono disposti i bocchettoni di scarico. Il contenitore con il miscelatore viene installato su piedini, attacchi o su un anello di supporto.
Per le reazioni che si verificano quando la pressione è alta e ad una modalità di lavoro discontinua, si applicano recipienti speciali denominati autoclavi con agitatore.
La sua principale differenza da un normale serbatoio con agitatore consiste nel fatto che le pareti, il fondo, le pareti delle flange, i bocchettoni sono stati progettati con l'utilizzo di elementi più spessi. Il recipiente che funziona sotto alta pressione il più delle volte non ha i bocchettoni di scarico.
Lo svuotamento avviene per ribaltamento o aspirazione attraverso il foro (bocchettone) sul coperchio. I prodotti pastosi delle reazioni vengono rimossi con una pala o dei raschietti. La pressione arriva nel recipiente mediante la tubazione di mandata attraverso il bocchettone di mandata. Il materiale utilizzato nella produzione di recipienti di questo tipo è acciaio ad alta resistenza, spesso inossidabile.
La miscelazione, come processo, risolve una serie di diversi problemi di carattere tecnologico. Questi sono:
La miscela viene ottenuta con la miscelazione ed è l’operazione tecnologica più semplice e diffusa. La ridistribuzione di grandi frazioni di sostanze avviene sulla base di un flusso di circolazione a spirale intorno al miscelatore e di un flusso verticale composto da tutto il contenuto del serbatoio. Nella zona dei divisori di flusso e sulle estremità del miscelatore possono generarsi flussi turbolenti con fluttuazioni e vortici. Si crea un vortice, all'interno del quale attraverso la diffusione, i componenti si mescolano a livello molecolare. Anche i movimenti di flusso turbolento agevolano la miscelazione.
Per la valutazione della miscelazione viene usato l’indicatore M che indica il grado di distribuzione uniforme nell'intervallo da 0 a 1. Con una miscelazione a zero il grado di miscelazione M è di 0, invece è 1 in caso di distribuzione perfetta ed uniforme. Durante la miscelazione il valore di M cresce a partire da 0. Inizialmente molto velocemente, in seguito la crescita rallenta. Al termine del tempo di miscelazione si avvicina a M = 1.
Il tempo necessario di mescolamento, per ottenere una miscelazione ottimale, dipende dalla viscosità dei componenti, dal tipo di miscelatore usato e dalla velocità di rotazione. La regola è una: minore è la viscosità dei componenti di miscelazione e maggiore è la velocità di rotazione della girante, minore è la durata del processo di miscelazione.
Si distinguono per il breve tempo di miscelazione gli agitatori ad elica, i mescolatori a dischi e i miscelatori a piastre inclinate. In caso di materiali di lavoro viscosi il miscelatore più adatto è quello a spirale.
La diluizione
Il processo di dissoluzione implica la distribuzione di una sostanza solida in un liquido. Con ciò il solido si disgrega in atomi, ioni o molecole.
La condizione per questo processo è il parametro della solubilità di una sostanza solida in un liquido che caratterizza il processo di diluizione. Quando si aggiunge una piccola porzione di una sostanza in un liquido, la sostanza si dissolve completamente. Con un’ulteriore aggiunta la dissoluzione risulta più lenta e in seguito la sostanza solida smette del tutto di sciogliersi. Quando la quantità di sostanza in un liquido diventa massima, la soluzione diventa satura.
La corrispondente concentrazione della soluzione si chiama concentrazione di saturazione. Con l'ulteriore aggiunta di sostanza, la dissoluzione non avviene ed essa rimane nel liquido in sospensione o si deposita come sedimento.
A temperature più elevate si scioglie più sostanza solida rispetto che a temperature più basse. Questa dipendenza della concentrazione di saturazione dalla temperatura viene espressa dalla curva di saturazione – diluizione.
La concentrazione di saturazione passa per tutti i punti della curva, cioè ha luogo l'equilibrio tra diluizione e di cristallizzazione. La velocità con cui si instaura l’equilibrio di dissoluzione aumenta grazie alla miscelazione. A seguito della miscelazione la concentrazione non aumenta.
La dispersione, l’emulsione.
Con dispersione si intende una precisa triturazione e miscelazione di sostanze solide, liquide o gassose in un liquido che non discioglie queste sostanze. La sostanza è presente nel liquido in forma di minuscole particelle. Si forma un composto chiamato dispersione.
A seconda dello stato di aggregazione della sostanza nella zona di dispersione, si distinguono:
La miscelazione meccanica è prodotta da miscelatori che sono costituiti da una o più coppie di pale. Le pale sono fissate su un albero che ruota da un motore elettrico o di trasmissione (vengono utilizzati con trasmissione ad ingranaggio, a frizione o a vite senza fine.)
La miscelazione o la circolazione nel miscelatore capacità possono essere gestiti mediante insufflazione di aria, vapore o gas solubili. In questo caso si parla di miscelazione pneumatica o mescolamento pneumatico.
Questo metodo trova applicazione quando insieme alla miscela si presuppone lo svolgimento di carbonatazione o il riscaldamento di vapore caldo. Per la miscelazione pneumatica sono adatti solo liquidi a bassa viscosità. Quando la viscosità è più alta, la circolazione naturale non funziona.
I serbatoi per la miscelazione pneumatica hanno sul fondo dei dischi forati, degli ugelli, degli iniettori o tubi, tramite cui viene passato il gas.
Una delle modalità per la miscelazione di materiali liquidi consiste nel farli passare attraverso la loro fase gassosa dispersa. Questo processo è chiamato gorgogliamento, mentre il dispositivo per la sua attuazione «gorgogliatore». Questo metodo è il più semplice e trova applicazione nei casi in cui uno delle sostanze da miscelare è un gas o aria. Il gorgogliamento, inoltre, è adatto in caso di riscaldamento con un vapore «acre» insieme all’agitazione.
L’apparecchiatura per il gorgogliamento si presenta come un serbatoio, sul fondo del quale è calato un tubo con molti fori, attraverso il quale viene fornita la fase gassosa. Una corrente d'aria ascendente trascina con sé le particelle di liquido, per cui nasce il flusso, la cui velocità aumenta con l'aumento della velocità di movimento dell'aria. Per l'uniformità e l'intensità di miscelazione, i gorgogliatori sono dotati di un set di tubi orizzontali.
Per fare in modo che l'aria in uscita dai buchi dei tubi forati abbia la stessa resistenza idraulica, cosa necessaria per la sua distribuzione uniforme, i tubi sono montati rigorosamente in orizzontale. I fori nei tubi devono andare lungo la linea della clochea per assicurare un intenso mescolamento della fase liquida. Viene scelto il minor diametro possibile dei fori, cosa che favorisce anche una distribuzione più equivalente della fase gassosa. Per evitare l'intasamento dei fori, in generale vengono fatti di 3 – 6 mm.
Se il liquido di mescolamento è chimicamente attivo o favorisce la distruzione dell’agitatore meccanico, è opportuno utilizzare il gorgogliamento. Tuttavia, durante il gorgogliamento insieme all'aria possono essere coinvolti vapori essenziali e gas dal liquido, provocando l'insorgenza di processi indesiderati: l’ossidazione o la catramatura del liquido di mescolamento. È inoltre importante notare che il gorgogliamento consuma più energia rispetto al mescolamento meccanico.
Il mescolamento a gorgogliamento si applica:
Sono generalmente considerati dei vantaggi del mescolamento a gorgogliamento:
Il fabbisogno di energia nel mescolamento a gorgogliamento.
In condizioni di gorgogliamento libero, il getto di gas passa attraverso la griglia forata e uscendo dai fori si rompe in bolle. Le bolle spingono il liquido in avanti e sui lati, coinvolgendo gli strati vicini grazie all'azione della rarefazione tangenziale e della tensione che sorge dietro la bolla. La pressione esterna idrostatica scende e una bolla sale. La bolla cresce in dimensioni, perde la forma sferica e la traiettoria del suo movimento diventa verticale.
Tutti i processi riportati, in combinazione con l’unione delle bolle, forniscono un incremento d’intensità della miscelazione dal basso verso l'alto. Dopo che le bolle di gas cadono nello spazio libero della macchina, il liquido si dirige verso il basso. In questo modo, la miscelazione e la circolazione dei fluidi rappresentano la trasmissione di energia (quantità di moto) dal gas al liquido. La tipologia preferita di miscelatori gorgogliatori sono dispositivi con grande altezza dello strato di liquido. La quantità di lavoro, che può essere passata dal gas al liquido di mescolamento, è calcolata secondo la seguente formula:
L = p1·Vп·ln(p1/p0)
p1 – pressione del gas di gorgogliamento in uscita dal gorgogliatore.
p0 – pressione finale del gas in uscita dallo strato miscelato.
Vn – consumo di gas di gorgogliamento.
Un grande ruolo nel dispositivo di gorgogliamento è giocato dalla scelta del diametro del tubo. Maggiore è il diametro del tubo, minore è la turbolenza del flusso ma più intensa la circolazione. Il rapporto ottimale tra i fattori fornisce un’alta intensità durante la miscelazione.
L’agitazione artificiale di un flusso viene utilizzata per la miscelazione di liquidi e gas nelle tubazioni. Con questo scopo, all'interno di una tubazione, vengono installate parti statiche che assicurano il cambiamento della direzione e della velocità del flusso:
L'uso di semibarriere e diaframmi con fori sfalsati fornisce una ripetuta contrazione ed espansione del flusso, con conseguente cambio della direzione del flusso. Gli inserti a vite con alternanza di direzione dell’andatura della vite (a sinistra e a destra) avvitano il flusso più volte e in diverse direzioni. I miscelatori ad iniezione si applicano in combinazione con gli inserti a vite.
La circolazione della sostanza in un circuito chiuso può fornire un'efficace miscelazione. Questo processo si realizza mediante una centrifuga o una pompa a getto, che agisce in qualità di agitatore localizzato.
La miscelazione tramite la circolazione di un liquido avviene in due modi. Nelle grandi apparecchiature che lavorano con il liquido, i cui componenti hanno diversa densità, gli strati inferiori vengono assorbiti dalla pompa centrifuga. Lo strato più pesante passa attraverso la pompa e attraverso la bocca di mandata esso viene fornito nel tubo di circolazione, che attraverso lo spruzzatore fuoriesce nell'apparecchio su una superficie libera a livello del liquido. Quanto aumenta il rendimento della pompa, tanto aumenta la circolazione del liquido in volume di miscelazione.
Il contenuto del serbatoio viene in esso mescolato tramite dispositivi speciali: i miscelatori. La viscosità del materiale di miscelazione, l'obiettivo del processo di miscelazione oppure la durata della miscela, determinano la scelta dei miscelatori.
Il lavoro dei miscelatori dipende, in generale, dal fabbisogno di energia e dall'efficienza di miscelazione. Le condizioni reali di lavoro dei miscelatori possono essere riportate con regole generali e formule.
Se guardiamo alla miscelazione dal punto di vista dell’idrodinamica, possiamo descriverla come un deflusso esterno di corpi con un flusso di liquido. Se qualsiasi corpo solido si muove lentamente in qualsiasi tipo di liquido viscoso, allora supererà solo la forza di attrito con la formazione di uno strato limite. La pressione del flusso viene trasmessa attraverso uno strato limite. Con l'aumento della velocità comincia ad avere particolare importanza la forza di inerzia. Con ciò questo strato limite viene rimosso dalla superficie di un corpo solido e dà luogo a dei vortici. Quando la piastra piatta si muove in un fluido con la formazione di vortici, tale processo è simile al lavoro delle pale del mescolatore nelle stesse condizioni idrodinamiche.
La velocità dei bordi della pala di solito è massima (equazione Brunelli) ma la pressione è inferiore rispetto che nell'area del liquido prima della piastra. La differenza delle pressioni sulla lama provenienti dal flusso viene superata con la spinta dell'albero del miscelatore.
L'effetto della forza di gravità in presenza di ondulazioni sulla superficie di un liquido solitamente viene ignorata, dato che le pale di solito si trovano in profondità nel liquido. Con questo il criterio di Froude può essere escluso dall'equazione. I valori normali del criterio cambiano a seconda di come si muove il liquido in fase di mescolamento.
In avviamento si verifica il superamento delle forze di inerzia del liquido. Questo è richiesto per poter prelevare il liquido dallo stato di quiete e anche superare la forza di attrito che insorge.
Nп = Nи·Nт
Per calcolare la potenza dei mescolatori si tiene conto della resistenza nella macchina, ad esempio, sulle pareti divisorie, nelle serpentine, ecc. Queste resistenze addizionali aumentano il consumo di energia in fase di mescolamento. Ad esempio, in presenza di una serpentina, la potenza può aumentare di 2 o più volte.
È importante notare che:
Il componente principale di un mescolatore è il suo meccanismo di rotazione, costituito da un’unità di azionamento con motore e riduttore e elementi della lanterna: il gruppo cuscinetto, il manicotto e le guarnizioni. Il motore è l'elemento principale dell'unità di azionamento e, di solito, viene selezionato asincrono trifase con rotore cortocircuitato. Esso soddisfa i requisiti di azionamento, è strutturalmente semplice, affidabile e non ha bisogno di frequente manutenzione. In quanto motore asincrono, ha un numero di giri costante e con la commutazione dei poli passa a diverse velocità di rotazione. La variazione elettronica di frequenza porta alla regolamentazione del numero di giri.
Il motore elettrico può funzionare a trasmissione ad ingranaggi, a trasmissione a cinghia o a combinazione, costituita da entrambe le trasmissioni. La velocità di rotazione del mescolatore necessaria e l’altezza di montaggio determinano la progettazione dell'unità di azionamento.
Il meccanismo di azionamento con trasmissione a cinghie multiple e motore, posizionati lateralmente, assicura un’altezza di montaggio minima. Tale unità ha un avviamento dolce e lo slittamento ad ogni accelerazione. Gli azionatori con trasmissione ad ingranaggi hanno un numero di giri costante. Se il motore è posto sopra il riduttore, allora si avrà bisogno di un’altezza considerevole.
In qualità di frizione vengono utilizzati diversi manicotti: rigidi, elastici, a flangia o a disco sulle giunture. I cuscinetti combinati fungono da supporto, mentre come guarnizione dell'albero vengono selezionate delle guaine o una normale premistoppa (con liquido denso).
Durante la miscelazione, nel serbatoio con il mescolatore, i flussi si sovrappongono. Si muovono in direzione orizzontale e verticale. Qualsiasi mescolatore può creare intorno a sé flussi orizzontali di gradi diversi.
Durante la rotazione del miscelatore, il liquido, che si trova vicino al suo asse, viene coinvolto nel flusso rotatorio e viene respinto verso l'esterno dalle forze centrifughe. Il liquido si muove a spirale dal centro di rotazione alle pareti del serbatoio. Al divisore di flusso, il liquido ruota e devia dal flusso verticale o verso l'alto oppure verso il basso. In seguito la direzione verticale del flusso di liquido dipende dal tipo di miscelatore selezionato.
Se si ha un miscelatore radiale (a griglia, a dischi), allora il liquido scorre in direzione radiale dal miscelatore alle pareti del serbatoio.
Vicino all'asse del miscelatore insorge uno scaricamento a causa della corrente del liquido in direzione radiale. Perciò l’aspirazione del liquido va verso l’alto e verso il basso. In questo modo, nel serbatoio con il mescolatore si crea un flusso verticale, il liquido circola in verticale. Nella rotazione, ad esso si sovrappone la parte del contenuto del serbatoio coinvolta, a vantaggio del vortice nella zona dei divisori di flusso e dei dischi dello stesso mescolatore.
I miscelatori assiali (ad elica, a spirale) forniscono un forte flusso in direzione verticale.
Il miscelatore di tipo elicoidale ha la larghezza delle pale di circa il 30 % del diametro del serbatoio, il suo materiale di riempimento viene pompato attraverso l’asse del miscelatore verso il basso; sul fondo si gira al contrario e si solleva di nuovo lungo il perimetro del serbatoio.
Il diametro della spirale dello stesso miscelatore è pari al 90% del diametro dello stesso serbatoio. Qui il liquido sale attraverso la circonferenza della spirale e scende lungo l'asse del miscelatore. I miscelatori assiali creano un flusso vorticoso debole intorno all’asse. Il mescolamento avviene grazie al flusso verticale.
Alcuni mescolatori (con piastre inclinate, ad elica, controcorrente) hanno il flusso misto: radiale-assiale.
Tra i miscelatori meccanici lenti rientrano i dispositivi: a pale, laminari, ad ancora e ad ancora con pale.
I miscelatori a pale.
Sono il tipo più semplice tra i miscelatori, con lame di forma piatta realizzate in acciaio a barre o angolare. Essi vengono installati perpendicolari o inclinati.
I miscelatori a pale si presentano come un asse su cui è fissata una serie di pale verticali di forma rettangolare. Tra i formati standard rientrano:
H/D = 0,8-1,3; d/D = 0,7-0,9; b/D = 0,06-0,1; h1/D = 0,1; h2/d = 2; h3/D = 0,3.
Н – altezza del liquido nel dispositivo
D – diametro del dispositivo
d – diametro del miscelatore
b – altezza delle pale
h1 – distanza dal fondo del dispositivo al miscelatore
h2 – altezza delle piastre verticali
h3 – distanza tra i miscelatori
Nei dispositivi, caratterizzati da una grande altezza, sull’albero vengono montate alcune coppie di pale. Le date pale sono girate una rispetto all’altra con un angolo di 90° e la distanza tra loro è di 0.3 fino a 0.8 d. In tali dispositivi, il liquido si muove soprattutto in modo radiale. Le pale rotanti lo coinvolgono nel loro movimento e la superficie libera del liquido assume una forma, che è vicino al paraboloide di rotazione. La componente assiale del moto del fluido è trascurabile.
Per eliminare l'eccessiva profondità dell'imbuto si applicano i seguenti provvedimenti:
|Tipo di mescolatore||d/D||b/d||h1/D||e/D||f/D|
|Laminare||0,5||0,9 – 1,0||0,1||-||-|
|Ad ancora||0,9 – 0,98||0,5 – 0,9||0,01 – 0,05||0,06||-|
|Laminare-ancorata||0,9 – 0,98||0,5 – 0,9||0,01 – 0,05||0,06||0,15|
Con l'obiettivo di migliorare il processo di miscelazione molto spesso si utilizzano miscelatori a griglia, dotati di pale di tipo orizzontale e verticale.
La pala orizzontale piatta, in tali mescolatori, ha un raggio di curvatura che corrisponde al raggio di curvatura della sottoscocca dell’apparecchio.
Se la pala piatta si trova sotto un determinato angolo, in direzione del suo asse di rotazione, appaiono allora ulteriori flussi verticali. La loro direzione dipende dall'angolo di inclinazione delle pale.
Per creare dei flussi incrociati e garantire una miscelazione intensa, il miscelatore viene dotato di diverse coppie di pale con inclinazione in direzioni opposte. Con questo scopo, inoltre, sulle pareti del miscelatore possono essere installati dei divisori riflettenti.
I miscelatori laminari hanno una bassa velocità di rotazione: 20-80 giri/minuto. In determinate condizioni la velocità può essere aumentata. Se si dota il miscelatore laminare di pale inclinate e l’apparecchio di divisori riflettenti, allora risulta possibile un efficiente scioglimento e un’efficiente sospensione di uno spettro maggiore delle sostanze.
I miscelatori laminari sono relativamente semplici dal punto di vista costruttivo e si distinguono per le spese per la loro fabbricazione relativamente basse.
I miscelatori laminari
I miscelatori laminari si presentano come degli apparecchi di mescolamento a pale caratterizzati da una grande altezza della lama. Questi dispositivi vengono sempre utilizzati in apparati dotati di alette riflettenti, poiché essi trasmettono la rotazione ad una grande quantità di liquido. L'intensità del processo di miscelazione può essere migliorata attraverso l’apertura di fori sulle lame. I dispositivi di miscelazione laminari sono utilizzati per lavorare con liquidi poco viscosi (fino a 50 Pa·s) e non sono in grado di mescolare sospensioni.
I miscelatori ad ancora
Nei mescolatori ad ancora il materiale di miscelazione, in generale, compie un movimento tangenziale. Apparecchi di questo tipo lavorano con sostanze la cui viscosità è maggiore o uguale a 100 Pa·s. Nei mescolatori ad ancora le alette riflettenti si trovano al di sopra mescolante. La loro velocità periferica corrisponde alla velocità delle pale e non è superiore a 1 m/s.
Se durante la miscelazione è necessario rimuovere il sedimento dal fondo o dalle pareti del serbatoio, per migliorare il processo di scambio termico tra il materiale di lavoro e la parete, allora si applicano i miscelatori ad ancora.
Il miscelatore epicicloidale
Per avere la possibilità di mescolare in modo intenso il liquido in un serbatoio di grande diametro, si usano miscelatori epicicloidali. Il miscelatore di tipo epicicloidale compie una rotazione intorno al proprio asse ma si muove anche attorno alla circonferenza, il cui centro coincide con l'asse del dispositivo. Il movimento del miscelatore a pale è complesso e fornisce un'intensa agitazione del liquido. Il numero di alberi nel miscelatore ne determina il tipo. Può essere singola, doppia o tripla.
Sulla parte inferiore dell'albero è fissata la forcella (3). La forcella ruota liberamente nell'altra estremità dell'albero, nel suo cuscinetto (4). Il cuscinetto, a sua volta, è collegato rigidamente con la rotella dentellata (5) che è innestata con la ruota (2). Su questo stesso albero sono montate anche le pale (6).
I miscelatori ad elica vengono attivamente utilizzati per lavorare con i liquidi, la cui viscosità non è superiore ai 10 Pa·s. La velocità periferica di tali dispositivi raggiunge i 10 m/s. Le pale sono i principali elementi di lavoro e il loro numero può variare da 2 a 6 pezzi. Sono fissati al manicotto e possono modificare l'inclinazione. Esternamente il mescolatore ad elica appare come un’elica navale o l'elica di un aereo. Il miscelatore è fissato all'albero, che si collega con il motore elettrico. Durante la rotazione il miscelatore produce un movimento radiale e assiale del materiale di lavoro, causando la formazione di flussi di circolazione. Una caratteristica importante del dispositivo miscelatore è il volume di circolazione del liquido per unità di tempo (effetto di pompaggio, Vm). Questo indice dipende dalla viscosità della sostanza e diminuisce con il suo aumento.
Il vuoto che si crea nel processo di rotazione della sostanza, nella parte centrale dell’apparecchio, viene eliminato con l'aiuto di alette riflettenti. È possibile aumentare notevolmente l'effetto di pompaggio e il movimento assiale del liquido, se si posiziona il miscelatore all'interno del cilindro coassiale (alla fine ne risulta la somiglianza con la pompa di flusso assiale).
Tra i formati standard dei miscelatori ad elica ci sono:
d/D = 0,15-0,4; s/d = 1-2; h2/D = 0,8-1,6; h1/d = 1,2-2,0.
D – diametro del dispositivo
d – diametro del miscelatore
h1 – distanza dal fondo del dispositivo al miscelatore
h2 – altezza della piastra verticale
s – passo dell’elica
In presenza di una grande altezza del volume della sostanza mescolata, sull'albero vengono montate un paio di eliche. Nello spazio tra le eliche si verifica una miscelazione particolarmente grazie all’incontro del movimento di due flussi: di aspirazione e di scarico.
I miscelatori ad elica.
I miscelatori di questo tipo sono ampiamente utilizzati per garantire un’intensa circolazione nel processo di miscelazione di liquidi.
Il diametro della vite varia da 1/3 a 1/4 del diametro dell'apparecchio utilizzato per la miscelazione. Esistono due tipi di viti: la destra, con una rotazione in senso orario, e la sinistra, con una rotazione in senso antiorario. Il passo della vite può essere costante o variabile.
La vite (elica) con passo variabile favorisce, con la sua rotazione, una miscelazione intensa ma solo nel raggio di azione della vite. In presenza della miscelazione del liquido a pieno volume è meglio utilizzare un miscelatore dotato di eliche a passo costante. Tali eliche (a forma di elica nautica) mescolano intensivamente il liquido grazie a diverse velocità dei getti di liquido e diverse direzioni del movimento al momento dell'impatto sul fondo del serbatoio o sulla superficie libera.
Con l'intento di migliorare la circolazione del liquido, l’elica può essere installata su un diffusore (una coppa a forma di cilindro). I diffusori si applicano negli apparecchi con tubi oppure serpentine, ma anche in apparecchi dove il rapporto tra altezza e diametro si presenta come un grande numero.
Per un più intenso processo di miscelazione lungo tutta l'altezza di distribuzione del liquido, vengono utilizzati miscelatori di tipo elicoidale che hanno un paio di viti e un diffusore a forma di serpentina. Le spirali della serpentina sono strettamente a contatto l'una con l'altra. Con l'aiuto di questo diffusore è facilmente regolabile la temperatura di miscelazione.
I miscelatori ad elica possono avere velocità di rotazione di 400 – 1750 giri al minuto. Quando si tratta di miscelazione di liquidi viscosi (500 centipoise e più), di liquidi con particelle e di liquidi che formano schiuma, il miscelatore deve ruotare con una velocità di 150 – 400 giri al minuto. I miscelatori ad elica possono essere utilizzati nei processi di miscelazione di liquidi con viscosità fino a 4000 centipoise, tuttavia, l'efficacia di tale miscelazione non sarà elevata.
Dato che le dimensioni dell'elica sono relativamente piccole, questo tipo di miscelatori si montano di solito su apparecchi di piccolo volume. Sugli apparecchi voluminosi le eliche vengono montate in modo inclinato rispetto all'asse della macchina (con un angolo di 10 – 15°) per l'accelerazione e l'intensificazione del processo di miscelazione.
I miscelatori ad elica sono per quel che riguarda la loro struttura costruttiva, con un basso costo di produzione, veloci e consumano poca potenza durante il funzionamento.
Nel campo dell'industria chimica questi mescolatori si usano nella miscelazione di liquidi poco viscosi, nel processo di preparazione di emulsioni e anche per l’intorbidimento di depositi di soluzioni contenenti non più del 10% di fase solida.
È meglio mescolare i liquidi viscosi con miscelatori a fascette, dato che durante la rotazione liberano le pareti del serbatoio dalla massa incrostata.
Per ottenere le emulsioni, si utilizza un apparecchio a parte costituito da un set di dischi con fori in rilievo che sono montati su un’asta e oscillano. I bordi dei fori adiacenti si piegano in direzioni opposte. In questo modo il liquido, a causa delle oscillazioni e passando più volte attraverso i fori nelle due direzioni, si mescola e si divide in piccole gocce.
I miscelatori ad elica si applicano:
I miscelatori a turbina.
Anche i miscelatori a turbina sono veloci e sono costituiti da un insieme di pale verticali e di forma rettangolare, fissate radialmente sul disco orizzontale disco o sul mozzo. Quando la ruota a pale ruota, nel centro si crea una depressione e alla periferia un eccesso di pressione. Il liquido rigettato verso le pareti dell'apparato si divide in due flussi: superiore e inferiore, i quali vengono risucchiati dalla parte centrale della ruota. In questo modo, si verificano due flussi di circolazione che rafforzano l’agitazione del liquido. Maggiore è la viscosità della sostanza, meno intenso è il processo di miscelazione.
I miscelatori a turbina sono dotati di alette riflettenti. Se necessario, la ruota a pale può essere installata all'interno del tubo coassiale oppure le pale vengono sistemate ad un angolo di 45°C rispetto all'asse dell'albero. Questo tipo di miscelatori lavora con sostanze, il cui indice di viscosità non è superiore ai 100 Pa·s (se la viscosità è superiore, è allora necessario utilizzare pale curvate a spirale o a cerchio).
Rientrano nelle misure standard dei miscelatori a turbina:
d/D = 0,7-0,35; b/d = 0,2-0,3; d/b = 1,0; h1/D = 0,5-1,0
D – diametro dell’apparecchio
d – diametro del miscelatore
b – altezza della pala
h1 – distanza dal fondo dell’apparato al miscelatore
s – passo dell’elica
I miscelatori a turbina vengono utilizzati attivamente per la dispersione di liquidi e di gas nei liquidi e anche per la miscelazione di sostanze con viscosità superiore ai 10 Pa·s.
Se il rapporto tra l'altezza dello strato di liquido nell'apparecchio e il diametro dell'apparecchio è più di due (H/D>2), allora sull'albero si montano alcuni miscelatori a turbina. Per lavorare con liquidi caratterizzati da un alto livello di viscosità si applicano:
Di solito, il mescolatore a turbina include diverse piccole turbine (ruote centrifughe), fissate su su un albero di tipo verticale. In ogni turbina ci possono essere 6 – 16 pale e più. Girando, la turbina di tipo chiuso aspira attraverso il foro centrale il liquido, il quale è attirato dalla forza centrifuga sui canali interni.
Nei mescolatori a turbina la direzione del movimento del liquido cambia in modo regolare: da verticale a radiale. Ha luogo la perdita di energia cinetica del flusso, anche se non è significativa. I flussi di liquido con grande velocità lasciano ruota, diffondendosi in numerose direzioni e causando una forte agitazione dell’intero volume del liquido.
Per quel che riguarda il costo i miscelatori a turbina superano quelli ad elica. Vengono utilizzati al posto dei miscelatori ad elica quando i liquidi di miscelazione hanno un alto indice di viscosità oppure il contenitore per la miscelazione ha una forma specifica. Ad esempio, se l'altezza del vaso è troppo bassa, cosa che non consente di installare un miscelatore ad elica.
I miscelatori a turbina servono:
Essi sono utilizzati insieme:
I miscelatori speciali.
Insieme ai miscelatori a funzionamento standard vengono anche applicati miscelatori con progettazioni speciali.
Per la preparazione di un’emulsioni o di una sospensione, nonché per lo svolgimento di reazioni tra un gas e un liquido, si consiglia di utilizzare miscelatori a tamburo. Questi miscelatori sono dotati di un tamburo con pale, costruito a forma di ruota per criceti.
I miscelatori di questo tipo mescolano in modo ottimo un liquido nelle seguenti proporzioni:
Per la preparazione di un’emulsione o di una sospensione viene scelta un’altezza di riempimento nel serbatoio dieci volte più grande della misura del diametro del tamburo. Il processo di miscelazione del liquido e del gas richiede un’altezza del serbatoio molto maggiore.
Differente attrezzatura
Diventando il vostro distributore ufficiale di miscelatori (attrezzature di miscelazione), l’azienda “Intech GmbH” LLC (ООО «Интех ГмбХ») individuerà gli acquirenti dei vostri prodotti sul mercato russo e svolgerà con i clienti le trattative tecnico-commerciali al fine di stipulare i contratti per la fornitura dei vostri macchinari.
Nel caso dello svolgimento di gare di appalto l’azienda raccoglie elabora tutti i documenti necessari per la partecipazione, stipula i contratti per la fornitura dei vostri macchinari provvede alla registrazione del contratto di fornitura e allo sdoganamento dei miscelatori (attrezzature di miscelazione), registra presso le banche russe la documentazione prevista dal controllo valutario e necessario per poter effettuare i pagamenti in valuta estera.
All'occorrenza la nostra azienda è disposta a sviluppare anche i progetti per integrare il vostro macchinario con gli impianti già esistenti o con quelli in fase di realizzazione.
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