Introducción de mezcla de
polvos y solidos
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| Resumen de la sección |
|---|
| 1. Principios de mezcla |
| 2. Mezcla por lotes versus mezcla continua |
| 3. Mezcladores
comunes Licuadoras Mezcladores de paleta Mezcladores de vaso Mezcladores de arado |
Un proceso de mezcla es el núcleo
de muchos procesos de sólidos a granel. La mezcla de polvo o sólidos
permite obtener una mezcla homogénea de diferentes componentes y
constituir uno de los pasos del proceso que agrega más valor. Sin
embargo, no es fácil mezclar los ingredientes principales de manera
homogénea con ingredientes menores y alcanzar una buena homogeneidad
(medida en la práctica por un coeficiente de variación relativo a uno
de los componentes utilizados como marcador). La siguiente página lo
guiará a través de los principales equipos de mezcla industrial que
existen, sus ventajas y desventajas, y también presentará la noción de
mezcla continua y mezcla por lotes.
La página actual se centra en la mezcla en seco de sólidos.
Los mezcladores a menudo se clasifican gracias al número Froude. Este número adimensional definirá el régimen de mezcla según su valor.
La página actual se centra en la mezcla en seco de sólidos.
1. Principios de mezcla
¿Qué es la mezcla de solidos?
Número de Froude
La mezcla de polvos se basa en el movimiento de las partículas que forman parte de la receta que se va a mezclar. El movimiento puede ser de diferente tipo y diferentes diseños de mezcladores corresponderán a diferentes principios de mezcla.Los mezcladores a menudo se clasifican gracias al número Froude. Este número adimensional definirá el régimen de mezcla según su valor.
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3. Mixer cycle time optimization
4. Batch / continuous mixing
comparison
5. Energy Savings
El número de Froude se define en la ecuación 1 [Perry]:
Ecuación 1: número de Froude
Con
R = radio del mezclador o radio del agitador del mezclador
ω = velocidad angular
Se puede expresar en una forma más conveniente para los mezcladores de polvo que tienen un elemento de mezcla en la ecuación 2:
Ecuación 2: Cálculo del número
de Froude para una licuadora equipada con una herramienta de
mezcla (cinta, paletas ...)
Con
u = elemento de mezcla de velocidad de punta
D = diámetro del elemento mezclador
El número de Froude compara 2 fuerzas: Fr = (fuerzas distintas de la gravedad, principalmente centrífugas) / gravedad
Si Fr <1 significa que las fuerzas de gravedad serán más fuertes que las fuerzas centrífugas, el polvo permanecerá asentado en el mezclador, movido, pero no en una nube
Si Fr> 1 significa que las fuerzas centrífugas tenderán a ser más fuertes que la fuerza de gravedad: el polvo tenderá a suspenderse en el aire en el mezclador.
Entre los mezcladores comunes utilizados industrialmente para la mezcla de polvo, la siguiente tabla propone una clasificación según el número de Froude
Tabla 1: Mezclador clasificado según su número de Froude y principio de mezcla
| Fr | Mixing class | Mixer type | Pros | Cons |
|---|---|---|---|---|
| < 1 | Difusión | Tipo mezcladores de caída libre Licuadoras V Mezcladores de doble cono Batidoras de basura Mezcladores de tambores |
Muy simple Baja energía requerida Mezcla suave Sin elementos de mezcla en el equipo. Confiabilidad Acceso para limpieza |
Mezcla larga No se puede lograr una buena mezcla para polvos de muy diferentes tamaños de partículas. Se pueden experimentar efectos de segregación |
| < 1 | Convección | Mezclador de empuje tipo Licuadoras Mezcladores de tornillo |
En general, se obtienen mejores resultados de mezcla que los
mezcladores de difusión. Insumos de baja energía. Generalmente menos costoso que los mezcladores de paleta o reja |
Mezcla larga Complejidad mecánica Acceso para limpieza Puede dañar el producto con un tiempo de mezcla prolongado |
| > 1 | Convección | Mezcladores de paleta Mezcladoras neumáticas |
Short mixing time Gentle mixing Low energy input Good access for cleaning (some design can be with extractible shafts For paddle mixers, exist in continuous mixing execution For padlle mixers, a liquid injection can be foreseen |
Costo en comparación con tumbadores de difusión /
mezcladores de cinta Si inyección de líquido, con tendencia a la aglomeración - a continuación, necesita algunos elementos de mezclado adicionales en mayor cizallamiento Para lecho fluido generada neumáticamente, se debe prestar atención a los riesgos de segregación debido a multas "flotante" en la parte superior de la mezclador |
| >> 1 | Convección Cizallamiento |
Arado Share Mixers Elementos de mezcla de alto cizallamiento |
Tiempo de mezcla corto Reduce los riesgos de aglomeración de polvo Existe en la ejecución de mezcla continua |
Mayor rotura de polvo. Alta entrada de energía. Costo |
Se podría proponer otro tipo de clasificación dependiendo del tipo de proceso donde se integran los mezcladores: por lotes o continuo. Si el mezclador por lotes probablemente representa la mayoría de las aplicaciones industriales, algunos tipos de mezcladores (mezcladores de paletas) se pueden usar en modo continuo, lo que puede ser útil para algún tipo de procesos.
Tiempo de mezcla
¿Qué es el tiempo de mezcla?
Los siguientes elementos influirán en el tiempo de mezcla. Como regla general, los operadores de mezcladores buscan un tiempo de mezcla lo más corto posible para aumentar la productividad de su línea.
Tabla 2: parámetros que influyen en el tiempo de mezcla
| Parámetro de funcionamiento | Influencia en el tiempo de mezcla | |||||||||||||||||||||||||
| Volumen de mezcla | Un mayor volumen de mezcla provocará un aumento del tiempo de mezclado Pero duplicar el volumen, no significa duplicar el tiempo de mezcla para los mezcladores en Fr> 1, después de un cierto volumen, tiempo de mezclado será casi constante Nota: un mezclador no debe ser demasiado lleno de lo contrario, la mezcla puede llegar a ser imposible | |||||||||||||||||||||||||
| Velocidad de mezcla | Sin embargo, una velocidad de mezcla más alta generalmente proporciona un tiempo de mezcla más corto. Sin embargo, se debe considerar la influencia sobre el polvo (rotura del polvo | |||||||||||||||||||||||||
| Número de Froude | Un mayor número de Fr debería dar un tiempo de mezcla más corto La rotura del polvo será una preocupación cuando Fr >> 1 | |||||||||||||||||||||||||
| Tipo de sólidos | Cuanto más diferentes sean los tamaños de partícula de los componentes de la mezcla, más difícil será mezclar | |||||||||||||||||||||||||
La influencia del número de Froude y el volumen del mezclador se representan en el siguiente gráfico:
Figura 1: Tiempo de mezcla = f
(Fr, Volumen) [Gericke]
El tiempo de mezcla también depende de la secuencia y el lugar de llenado de los ingredientes. En particular, la posición de adición de micro ingredientes es de primordial importancia. En caso de que los micro ingredientes se agreguen al costado de un mezclador, el tiempo de mezclado puede verse muy afectado. Como buena práctica, los procesos deben diseñarse para que los ingredientes pequeños, menores y micro se introduzcan en el medio del mezclador, en cualquier caso en el área "activa" del mezclador (la zona de fluidización, por ejemplo).
2. Lote vs continuo
Diseñar un proceso de mezcla de sólidos por lotes o continuo es una pregunta que se formulará al comienzo del proyecto, ya que los procesos requerirán equipos de proceso muy diferentes.El principio de funcionamiento es radicalmente diferente. Para el lote, habrá una secuencia discontinua de preparación, con la dosificación de los ingredientes, luego la carga al mezclador, luego el mezclado y luego la descarga del mezclador. Esta secuencia se repetirá cada vez que se realice una mezcla. Para un proceso continuo, todo sucede al mismo tiempo y con equipos que difieren del lote en el sentido de que pueden dosificar en continuo los ingredientes al mezclador. El mezclador también puede mover los ingredientes y mezclarlos al mismo tiempo, lo que le permite funcionar continuamente.
La siguiente cuadrícula resume lo que implica cada tipo de proceso con respecto a los parámetros clave de diseño
Tabla 5: comparación del proceso
de mezcla por lotes y continuo
| Variable de proceso | Continuo | Lote |
| Capacidad | De 10 kg / ha muy grande | De muy pequeño a grande |
| Tamaño del mezclador (con salida similar | Menor | Más grande |
| Riesgos de segregación | Menor | Mayor debido a los pasos que siguen a la operación de mezcla (caída repentina del material |
| Requisitos de espacio (con salida similar) | Menor | Más grande |
| Flexibilidad | Inferior (mezclador continuo diseñado para pocos cambios de receta | Mayor (la instalación de mezcla puede comenzar / detenerse bajo demanda |
| Complejidad de recetas | Baja (número limitado de ingredientes | Más alto (el proceso puede acomodar más ingredientes |
| Automatización | Complejo para el control de la pérdida de alimentadores de peso | Generalmente simple |
| Se requiere competencia del personal | Alto debido a los sistemas de dosificación. | Inferior |
| Espacio requerido | Comparativamente bajo | Comparativamente grande |
Los procesos de mezcla continua deben suministrarse continuamente en polvo mediante sistemas de dosificación especiales. Estos sistemas de dosificación están hechos de alimentadores de pérdida de peso. Los alimentadores pueden usar las siguientes unidades de alimentación: transportadores de tornillo, bandejas vibratorias o cintas de pesaje. Cada alimentador está en celdas de carga y debe estar equipado con un sistema de control muy desarrollado que permita medir la pérdida de peso con el tiempo, filtrar perturbaciones y ajustar la velocidad del alimentador para mantener un punto de ajuste determinado en kg / h.
Para un mezclador continuo, la precisión del alimentador influye mucho en la homogeneidad. Un mezclador continuo debe ser capaz de proporcionar una mezcla radial pero también axial. En principio, se lograrán mejores resultados en el flujo del tapón, con una dispersión axial mínima. Sin embargo, si el alimentador continuo no es estable, se observará falta de homogeneidad en la salida del mezclador continuo. En la práctica, se requiere una dispersión axial para hacer frente a las imprecisiones del alimentador.
La baja precisión del alimentador significará que: se requiere dispersión axial, por lo tanto se requiere un mayor volumen de mezcla, por lo que se requiere un mayor tiempo de mezcla.
3. Mezcladores comunes
¿Cómo mezclar polvo?
Los siguientes mezcladores comunes se presentarán a continuación.
| Licuadora de la cinta |
| Mezclador de paletas |
| Mezclador de vaso |
Licuadora de la cinta
Principio de mezcla
Figura 2: licuadora de cinta
Caracteristicas claves
Tabla 3: características del proceso de licuadora de cinta
| Herramienta de mezcla | Cinta |
| Régimen de Froude | menos que 1 |
| Velocidades de mezcla típicas | 50-70 rpm para mezcladores pequeños, 10-20 rpm para grandes volúmenes |
| tamaño | Desde unos 100 la más de 10000 l |
| Tiempo de mezcla típico | Más de 5 minutos |
| Impacto en el producto | Puede ser grave si el tiempo de mezcla es prolongado a alta velocidad |
| Número de rodamientos | 2 - herramienta de mezcla no en voladizo |
| La cubierta superior | Atornillado, con junta |
| Salida | 1 - generalmente redondo, algo de diseño higiénico |
| Limpieza | Limitado, no es un buen acceso |
| Acceso | Generalmente puertas en la parte superior |
Nota: algunos diseños de
licuadoras de cinta se hacen realmente con un eje extraíble. Esto
promueve la capacidad de limpieza pero complica el diseño. La cinta es
de todos modos difícil de limpiar.
Mezcladoras de paletas de doble eje
Principio de mezcla
Caracteristicas claves
Tabla 4: características del proceso del mezclador de paletas
| erramienta de mezcla | Paletas |
| Régimen de Froude | Más de 1 |
| Velocidades de mezcla típicas | 50 rpm para alrededor de 1000 l mezclador |
| tamaño | De unos 100 la 5000 l |
| Tiempo de mezcla típico | 1 a 2 minutos |
| Impacto en el producto | La mezcla es bastante suave, se espera una baja degradación del polvo |
| Número de rodamientos | 1 o 2: la herramienta de mezcla puede estar en voladizo |
| La cubierta superior | Atornillado, con junta o soldado |
| Salida | 1 o 2: diseño higiénico redondo posible, puertas de bomba posibles |
| Limpieza | Bueno, algunos diseños permiten sacar los ejes |
| Acceso | Puertas laterales, algunos de diseño con puerta frontal (en voladizo) |
Mezclador de vaso
Principio de mezcla
Caracteristicas claves
Tabla 5: características del proceso del mezclador de vaso
| Herramienta de mezcla | Contenedor: forma de V, doble cono, tambor, generalmente sin herramienta de mezcla |
| Régimen de Froude | Menos que 1 |
| Velocidades de mezcla típicas | 25 rpm |
| tamaño | De pocos l a 2000 l (cuando los recipientes se mezclan) |
| Tiempo de mezcla típico | 5 a 15 minutos |
| Impacto en el producto | La mezcla es bastante suave (si no se agrega agitador), se espera una baja degradación del polvo |
| Número de rodamientos | El tambor es agitado por un brazo giratorio. |
| La cubierta superior | Sujetado |
| Limpieza | Bueno cuando el contenedor es pequeño, pobre si es más grande, para contenedores grandes se recomienda la dedicación del contenedor a un producto |
| Acceso | El mezclador debe estar protegido por una jaula de seguridad. |
Tipo de licuadora
Los contenedores pueden ser de tamaño muy variable. Los mezcladores más pequeños funcionarán con tambores de unos pocos litros a 200 litros. Esos tambores a menudo están hechos de acero inoxidable y pueden equiparse con deflectores en la cubierta superior. Esos deflectores promueven la mezcla y pueden resultar en una reducción en el tiempo de mezcla.
Los contenedores más grandes generalmente tendrán un fondo cónico. Esos contenedores pueden tener entre 500 y 2000 l de tamaño. Algunos diseños pueden equiparse con un agitador. La mezcla combinará el efecto del agitador con el clásico efecto de avalancha de la rotación del contenedor.
Los contenedores pueden ser de tamaño muy variable. Los mezcladores más pequeños funcionarán con tambores de unos pocos litros a 200 litros. Esos tambores a menudo están hechos de acero inoxidable y pueden equiparse con deflectores en la cubierta superior. Esos deflectores promueven la mezcla y pueden resultar en una reducción en el tiempo de mezcla.
Los contenedores más grandes generalmente tendrán un fondo cónico. Esos contenedores pueden tener entre 500 y 2000 l de tamaño. Algunos diseños pueden equiparse con un agitador. La mezcla combinará el efecto del agitador con el clásico efecto de avalancha de la rotación del contenedor.
Sources
[Perry] : Perry's 8th Edition, Solids Mixing, 21-39
[Gericke] : adapted from Different Methodes of Batch and Continuous Mixing of Solids, Bulk Solids Handling, H.R. Gericke,1993
[Perry] : Perry's 8th Edition, Solids Mixing, 21-39
[Gericke] : adapted from Different Methodes of Batch and Continuous Mixing of Solids, Bulk Solids Handling, H.R. Gericke,1993