Welkom bij

---

Vaste-vloeistofmengers (suspensies)

Apparatuur voor vaste-vloeistofmenging

Hoe meng je efficiënt een vaste stof en een vloeistof?

Vraag of opmerking? Neem contact met ons op via admin@powderprocess.net

---

Sectie-overzicht
1. Inleiding tot vaste-vloeistof-suspensies
2. Vaste-vloeistof- suspensies in geroerde tanks
3. Vaste-vloeistof- suspensie met een inline hoog-schaar-menger

---

Deze pagina richt zich op apparatuur voor vaste-vloeistofmenging. Het creëren van een suspensie van vaste stoffen in de vloeistof, ook wel slurry genoemd, wordt uitgevoerd met behulp van vaste-vloeistof-mengapparatuur zoals geroerde tanks en hoog-schaar-pompen. Belangrijke concepten worden hier uitgelegd.

1. Inleiding tot vaste-vloeistof-suspensies

Wat is vaste-vloeistofmenging?

Vaste-vloeistofmenging is een veelvoorkomende bewerking in de procesindustrie, waarbij de doelstellingen van een dergelijke processtap kunnen variëren: eenvoudige suspensie, vlokkeling, oplossing, kristallisatie, enz.

Van al deze taken die door vaste-vloeistofmengers worden uitgevoerd, richt deze pagina zich op het creëren van een suspensie van vaste stoffen in de vloeistof. Een dergelijke vaste-stof-vloeistof-suspensie wordt vaak ook slurry genoemd.

Het mengen van vaste stoffen en vloeistoffen om een suspensie te genereren, gebeurt vaak in de volgende apparatuur:

• Geroerde tank
• Hoog-schaar-pompen

Beide concepten worden op deze pagina uitgelegd.

Een dergelijke suspensie-operatie wordt vaak gebruikt om het mengsel naar een volgende bewerkingsstap te transporteren, bijvoorbeeld: malen. Het is dan belangrijk om een goede homogeniteit te hebben en een voldoende stabiele suspensie, zodat vaste stoffen niet bezinken en leidingen beginnen te verstoppen.

Het ontwerp van de mixer hangt af van:

• De fractie vaste stoffen in de suspensie
• De reologie van de suspensie (het mengen van vaste-stofdeeltjes met vloeistof, met name fijnstof, kan leiden tot sterk niet-Newtoniaans gedrag)
• De beschikbare tijd om de suspensie te maken, als de suspensie lang in de tank moet blijven
• Hoe de deeltjes kunnen worden bevochtigd, en of er een neiging is dat deze deeltjes drijven

Dergelijke mengers worden in tal van industrieën toegepast:

• Landbouw / huisdiervoeding
• Voedselverwerking / bakkerij
• Zuivelindustrie en zuigelingenvoeding
• Farmaceutica
• Cosmetica

2. Vaste-vloeistof-suspensie in geroerde tanks

Hoe meng je vaste stoffen en vloeistoffen?

De eenvoudigste vorm van een vaste-vloeistofmenger is een geroerde tank volgens hetzelfde principe als voor het mengen van vloeistoffen. Het dispergeren van vaste stoffen in een vloeistof brengt echter specifieke uitdagingen met zich mee die moeten worden aangepakt door het kiezen van speciale roerwerken of zelfs door het combineren van roerwerken.

De keuze van het roerwerk hangt af van hoe moeilijk het mengsel is:

• Eenvoudige suspensie, geen wijziging van de viscositeit van het mengsel: er is geen hoge schuifkracht nodig, de roerkop is voornamelijk axiaal en kan worden ontworpen voor een goede pompwerking.
• Moeilijke suspensie / neiging tot aggregatie: de roerkop is radiaal en moet veel schuifkracht leveren aan het mengsel.
• Turbines
• Rotor-/stator-roerwerken
• Suspensie die leidt tot een sterke verandering in viscositeit: het kan nodig zijn om 2 roerwerken in het vat te hebben die twee doelen dienen: 1 radiaal roerwerk dat schuifkracht levert en 1 tangentiële roerkop ontworpen voor viskeuze vloeistoffen, om dode zones in de tank te voorkomen en te zorgen dat de deeltjes niet bezinken.

Typische mixerprofielen die worden gebruikt voor vaste-vloeistof-suspensies zijn de volgende:

Roerkop	Kenmerken
Hogesnelheidsdispergeerapparaten (turbines)	>1000 tpm Creëert een werveling die deeltjes naar de roerkop trekt voor dispersie
Hogesnelheidsdispergeerapparaten (rotor-stator)	De combinatie van een rotor en een stator maakt het mogelijk om vloeistof aan te zuigen, te centrifugeren en vervolgens een sterke schuifkracht toe te passen
Tangentiële mengers (anker)	Alleen te gebruiken om te voorkomen dat een suspensie bezinkt, niet om de suspensie te creëren
Propeller / Helix	Axiale stroming, maakt het mogelijk om vaste stoffen vanaf de bodem van de tank "op te tillen" als de viscositeit niet te hoog is
Combinatie van roerwerken	Meestal de combinatie van een tangentiële mixer en een dispergeerapparaat. De tangentiële mixer voorkomt dode zones in de menger, vermijdt sedimentatie, verbetert de warmteoverdracht aan de wand en voert deeltjes terug naar het dispergeerapparaat. Het dispergeerapparaat zorgt voor het creëren van de suspensie. In sommige gevallen kan het worden uitgeschakeld nadat de suspensie is gevormd.
Planetaire mengers	Mengen in kleine tanks, gemakkelijk toegankelijk. Bijzonder interessant als het mengsel een zeer viskeuze suspensie vormt

Het kan interessant zijn om ook een recirculatiepomp te installeren die helpt om bezinking van de suspensie te voorkomen.

Het toevoegen van vaste stoffen aan vloeistoffen in een geroerde tank kan uitdagend zijn. Dit geldt met name voor niet-oplosbare deeltjes die mogelijk goed nat worden met de betrokken vloeistof. Een van de risico's is dat de vaste stoffen op de vloeistof blijven drijven en veel tijd nodig hebben om nat te worden en vervolgens in de vloeistof te worden opgenomen. [Dickey] geeft enkele aanwijzingen over hoe dit probleem te beheersen:

• De deeltjesgrootte van de vaste stoffen aanpassen, indien mogelijk (niet te fijn)
• Een oppervlakteactieve stof gebruiken om de bevochtiging te verbeteren, indien mogelijk
• De toevoegsnelheid van het poeder aanpassen, vrij langzaam en regelmatig, om te voorkomen dat er een dikke laag product op de vloeistof komt die achteraf moeilijk te mengen is. De toevoeging kan ook stapsgewijs gebeuren: toevoegen, mengen, dan opnieuw toevoegen...
• De roering moet de vaste stoffen in de vloeistof trekken, wat kan worden bereikt door een kleine werveling

Een inline-schaarmenger, zoals hieronder voorgesteld, kan in sommige gevallen ook een oplossing bieden voor een complete en snelle bevochtiging van deeltjes. Het mengsel kan vervolgens naar een geroerde tank worden gestuurd om af te werken of simpelweg om segregatie te voorkomen.

3. Vaste-vloeistof-suspensie met een inline hoog-schaar-menger

Het is ook mogelijk om een vaste-vloeistof-suspensie te creëren met behulp van hoog-schaar-roerwerken die een functie hebben vergelijkbaar met een pomp. Deze systemen hebben verschillende varianten, maar kunnen typisch worden gebruikt in de recirculatieleiding van een tank waarin vaste stoffen in de vloeistof zijn geladen. Er bestaan echter uitvoeringen waarbij de pomp onder een tank met vaste stoffen kan worden geplaatst, waardoor poeder direct in de pomp kan worden toegevoerd zonder dat het eerst in een tank hoeft te worden bevochtigd.

Bron

[Dickey] "Aanpak van moeilijke mengproblemen", AICHE, 2015