Mezcladores Sólido-Líquido (suspensión)
Equipos de mezcla sólido-líquido
¿Cómo mezclar eficientemente un sólido y un líquido?
Pregunta o comentario: Contáctenos en admin@powderprocess.net| Resumen de la sección |
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| 1. Introducción a la suspensión sólido-líquido |
| 2. Suspensión sólido-líquido en tanques agitados |
| 3. Suspensión sólido-líquido con un mezclador en línea de alto corte |
Esta página se centra en equipos de mezcla sólido-líquido. La creación de una suspensión de sólidos en el líquido, también llamada *pulpa* o *lodo*, se realiza mediante equipos como tanques agitados y bombas de alto corte. Aquí se explican los conceptos clave.
1. Introducción a la suspensión sólido-líquido
¿Qué es la mezcla sólido-líquido?
La mezcla sólido-líquido es una operación muy extendida en las industrias de proceso, y sus objetivos pueden ser variados: suspensión simple, floculación, disolución, cristalización, etc.
Entre las tareas realizadas por los mezcladores sólido-líquido, esta página se centra en la creación de una suspensión de sólidos en el líquido, también conocida comúnmente como *pulpa* o *lodo*.
La mezcla de sólidos y líquido para generar una suspensión suele realizarse en los siguientes equipos:
- Tanque agitado
- Bombas de alto corte
Ambos conceptos se explican en esta página.
Esta operación de suspensión suele utilizarse para transportar la mezcla a otra operación unitaria, por ejemplo: molienda. Es importante lograr una buena homogeneidad y una suspensión lo suficientemente estable para evitar la sedimentación de sólidos y el inicio de obstrucciones en tuberías.
El diseño del mezclador dependerá de:
- La fracción de sólidos en la suspensión
- La reología de la suspensión (mezclar partículas sólidas con líquido, especialmente finas, puede generar comportamientos no newtonianos fuertes)
- El tiempo disponible para formar la suspensión, si esta debe permanecer en el tanque durante un tiempo prolongado
- La capacidad de humectación de las partículas, así como su tendencia a flotar
Estos mezcladores se encuentran en múltiples industrias:
- Agricultura / alimentación para mascotas
- Procesamiento de alimentos / panadería
- Industria láctea y nutrición infantil
- Farmacéutica
- Cosmética
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2. Suspensión líquido-sólido en tanques agitados
¿Cómo mezclar sólidos y líquidos?
La forma más simple de mezclador líquido-sólido es un tanque agitado, siguiendo la misma lógica que para la mezcla de líquidos. Sin embargo, la dispersión de sólidos en un líquido presenta desafíos específicos que deben abordarse mediante la selección de agitadores especiales o incluso combinando agitadores.
La elección del agitador dependerá de la dificultad de la mezcla:
- Suspensión sencilla, sin modificación significativa de la viscosidad: no se requiere alto corte; el impulsor es principalmente axial y puede diseñarse para lograr un buen bombeo.
- Suspensión difícil / tendencia a la agregación: el impulsor es radial y debe proporcionar un alto corte a la mezcla.
- Turbina
- Agitadores de rotor/estátor
- Suspensión que genera un cambio fuerte en la viscosidad: puede ser necesario contar con 2 agitadores en el recipiente, cada uno con un propósito. 1 agitador radial que aporta corte y 1 agitador tangencial diseñado para líquidos viscosos, evitando zonas muertas en el tanque y previniendo la sedimentación de partículas.
Los perfiles típicos de mezcladores utilizados para suspensiones sólido-líquido son los siguientes:
| Impulsor |
Características |
| Dispersores de alta velocidad (turbinas) | >1000 rpm Genera un vórtice que arrastra las partículas hacia el impulsor para su dispersión |
| Dispersores de alta velocidad (rotor-estátor) | La combinación de un rotor y un estátor permite aspirar, centrifugar y aplicar un alto corte |
| Mezcladores tangenciales (ancla) | Solo deben usarse para evitar la sedimentación de una suspensión ya formada, no para crearla |
| Hélice / hélice helicoidal |
Flujo axial, permite "elevar" sólidos desde el fondo del tanque si la viscosidad no es excesiva |
| Combinación de móviles | Generalmente, la combinación de un mezclador tangencial y un dispersor. El mezclador tangencial evita zonas muertas, previene la sedimentación, mejora la transferencia de calor en las paredes y devuelve partículas al dispersor. Este último asegura la creación de la suspensión y, en algunos casos, puede apagarse tras formarla. |
| Mezcladores planetarios | Mezcla en tanques pequeños y de fácil acceso. Especialmente útil si la mezcla genera una suspensión muy viscosa |
Puede ser interesante instalar también una bomba de recirculación que ayude a evitar la sedimentación de la suspensión.
La adición de sólidos a líquidos en un tanque agitado puede ser un desafío, especialmente para partículas no solubles que pueden humectarse mal. Uno de los riesgos es que los sólidos permanezcan en la superficie del líquido, tardando mucho en humectarse e incorporarse. [Dickey] ofrece indicaciones sobre cómo gestionar este problema:
- Ajustar el tamaño de partícula de los sólidos, si es posible (evitar que sean demasiado finos)
- Utilizar un tensioactivo para mejorar la humectación, si es viable
- Controlar la velocidad de adición del polvo: lentamente y de manera uniforme, para evitar acumular una capa espesa en la superficie, difícil de mezclar después. La adición también puede realizarse por etapas: añadir, mezclar y repetir...
- La agitación debe arrastrar los sólidos hacia el líquido, lo que puede lograrse con un pequeño vórtice
Un mezclador en línea de alto corte, como el propuesto a continuación, también puede ser una solución en ciertos casos para lograr una humectación rápida y completa. Luego, la mezcla puede enviarse a un tanque agitado para finalizar o simplemente mantenerla libre de segregación.
3. Suspensión sólido-líquido con un mezclador en línea de alto corte
También es posible crear una suspensión sólido-líquido utilizando agitadores de alto corte que funcionan de manera similar a una bomba. Estos sistemas tienen variantes, pero típicamente se usan en la línea de recirculación de un tanque donde se han cargado sólidos en el líquido. Sin embargo, existen diseños donde la bomba puede ubicarse debajo de un tanque lleno de sólidos, permitiendo admitir polvo directamente sin necesidad de humectarlo previamente en un tanque.
