Diseño de Sistemas de Agitación y Mezcla
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ESCUELA POLITECNICA NACIONALINGENIERIA QUIMICA
Lorena JaramilloEnero 2015
La preparación mezclas Sólidos,Líquidos y Gases, escencial en procesos desde preparación de materia prima hasta mezcla final de productos
Agitación objeto:
Homogenizar un fluido y sus componentes
Mezclar sustancias, líquidas o sólidas
Mejorar operaciones de transferencia de masa y calor
SISTEMAS DE MEZCLADO Y AGITACIÓN
• Mezcla de líquidos
• Mezcla de gases
• Mezcla de sólidos
SISTEMAS DE MEZCLADO Y AGITACIÓN
• Mezcla de líquidos: tener en cuenta lossiguientes factores
Operación: continuo y discontinuo
Naturaleza proceso: líquido miscible,inmiscible, disolución, dispersión
Grado de mezcla requerido
Propiedades físicas líquidos viscosidad
Mezcla asociada a Rx
Transferencia Q
SISTEMAS DE MEZCLADO Y AGITACIÓN
Mezcla de líquidos:
Mezcladores en línea:
T, mezclado por inyección, mezclador estático
SISTEMAS DE MEZCLADO Y AGITACIÓN
MEZCLA DE LÍQUIDOS:
Tanque agitado: mezcla de líquidos viscosos y preparación de disoluciones
• Dispersión de G en L
• Disolución
• Emulsificación
• Dispersión de L en L
• Suspensión S en L
• Reacciones químicas.
SISTEMAS DE MEZCLADO Y AGITACIÓN
Tanques agitados Patrones flujo
Axial (A) radial (B)
SISTEMAS DE MEZCLADO Y AGITACIÓN
Tanques agitados Patrones flujo
Generan corrientes en dirección radial tangencial
Aspas 90 ° plano de rotación, pueden ser: turbinas o agitadores de ancla
• Mezclado deficiente a diferentes alturas.
• Formación de vórtices (se instalan deflectores)
SISTEMAS DE MEZCLADO Y AGITACIÓN
SISTEMAS DE MEZCLADO Y AGITACIÓN
• Agitadores de flujo aspas forman un ángulo < 90 ° respecto plano de rotación, hélices marinas, turbinas de aspas inclinadas, agitadores helicoidales, agitadores de hojas.
SISTEMAS DE MEZCLADO Y AGITACIÓN
Existen varios modelos de agitadores pero los más comunes son tres, agitadores de paleta, de turbina, de hélice y helicoidal
SISTEMAS DE MEZCLADO Y AGITACIÓN
a) agitador de hélice, b) agitador de turbina yc) agitador helicoidal.
Selección agitador
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ESQUEMA DEL SISTEMA DE AGITACIÓN
SISTEMAS DE MEZCLADO Y AGITACIÓN
DT
H
E
W
L
DA
Determinar las dimensiones para el sistema deagitación del reactor tipo batch para el tanque demetóxido en produccion de biodieselD= 0,44 m
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EJEMPLO DIMENSIONAMIENTO SISTEMA AGITACION
Estructura
EL RECIPIENTE
• Se prefiere un fondo torisférico
• Cuando se usa un solo impulsor (impeller) se utiliza una altura del líquido igual al diámetro del tanque.
• Por factores económicos y de manufactura se suelen utilizar relaciones H/D mayores.
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Deflectores
• Usados para mejorar la mezcla y evitar vórtices Wf=Di/12
• No se necesitan con Reynolds turbulentos
• Cuando hay sólidos o cuando se usa una chaqueta de calentamiento, se colocan separados de las paredes a 1/6Wf.
• No son necesarios cuando la agitación se coloca fuera del centro (ri/2 ó ri/4). Bajas viscosidades.
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Tipos de impulsores• El impulsor rotativo en un fluido imparte flujo y corte
(cizalla, shear), el corte que ejerce una porción de fluido desplazándose sobre otra.
• Se clasifican de acuerdo al tipo de flujo que domina en la operación del impulsor: radiales o axiales.
• Si se desean flujos especialmente axiales (suspensión de sólidos) se colocan tubos de aspiración, y cuando se necesita flujos especialmente radiales se utilizan impulsores que tengan rotor y stator
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Three-blade mixing propeller
• Turbulencia máxima (Ni = 1800 rpm, μ < 4000 cP) Pueden tener dientes o perforaciones en las hojas
para provocar acción de ruptura.
Tipos de impulsores
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Turbina con cuchillas planas (Paletas)• Se usan para la mayoría de servicios hasta 100000 cP
• Reynolds moderados.
• Cuchillas inclinadas 45º se utilizan para servicios de transferencia de calor con chaquetas o serpentines internos.
Tipos de impulsores
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Turbina rushton
• Se usan en servicios donde hay riesgo de ensuciamiento de las paredes.
Tipos de impulsores
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Turbina de cuchillas curvas
• Se usan para dispersar materiales fibrosos sin ocasionar ensuciamiento.
• Son útiles para levantar lodos sedimentados.
Tipos de impulsores
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Shrouded turbine (turbina envuelta)• Flujo principalmente axial.
• Alta cizalla o corte.
• Se usa para emulsificaciones y dispersión.
Tipos de impulsores
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Turbinas dentadas• Alta cizalla o corte.
• Se usa para emulsificacionesy dispersión.
• No se necesitan deflectores.
Tipos de impulsores
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Paletas para altas viscosidades(ancora)• Tipo ancla• Tipo puerta• Materiales viscosos, superficie raspada• Bajas velocidades 5 – 20 rpm, baja cizalla
Tipos de impulsores
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Tornillos y cintas helicoidales
• Materiales muy viscosos
• Bajas velocidades 5 – 20 rpm, baja cizalla
• Transferencia de calor
Tipos de impulsores
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