Jak mieszać ciecz w zbiorniku bez mieszadła mechanicznego? Dysze eżektorowe w praktyce
Utrzymanie jednorodnej cieczy w zbiorniku nie zawsze wymaga zastosowania klasycznego mieszadła z silnikiem i wirnikiem. W wielu procesach głównym zadaniem jest zapewnienie ciągłej cyrkulacji medium, połączenie różnych cieczy albo utrzymanie cząstek stałych w zawiesinie. W takich zastosowaniach alternatywą może być mieszanie hydrauliczne wykorzystujące pompę i zanurzone dysze eżektorowe.
Jak działa taki system? Kiedy warto go rozważyć i od czego zależy dobór liczby oraz rozmieszczenia dysz?
Dlaczego ciecz w zbiorniku wymaga mieszania i cyrkulacji?
Celem mieszania nie zawsze jest jedynie połączenie dwóch składników. W wielu procesach technologicznych równie ważne jest utrzymanie odpowiednich warunków w całej objętości zbiornika.
Brak odpowiedniej cyrkulacji może prowadzić m.in. do rozwarstwienia cieczy o różnych właściwościach, sedymentacji cząstek stałych, tworzenia się osadów na dnie lub występowania różnic temperatur pomiędzy poszczególnymi strefami zbiornika.
Dlatego system mieszania może realizować kilka różnych zadań: mieszać składniki, utrzymywać zawiesinę, wymuszać cyrkulację albo kierować osad w stronę określonej części zbiornika.
To rozróżnienie jest bardzo ważne przy doborze rozwiązania. Inaczej projektuje się układ, którego zadaniem jest tylko cyrkulacja jednorodnej cieczy, a inaczej system mający przeciwdziałać opadaniu cząstek stałych na dno.
BETE wymienia wśród typowych zastosowań dysz eżektorowych m.in. cyrkulację, mieszanie, utrzymywanie ciał stałych w zawiesinie oraz przemieszczanie osadów z dna zbiornika.
Jak działa dysza eżektorowa do mieszania cieczy?
Dysza eżektorowa wykorzystuje energię cieczy doprowadzanej przez pompę do zasysania dodatkowej ilości medium bezpośrednio ze zbiornika. Dzięki temu wymusza intensywniejszą cyrkulację bez stosowania ruchomych elementów wewnątrz zbiornika.
Dysza TurboMix pracuje całkowicie zanurzona w cieczy. Medium tłoczone przez pompę przyspiesza wewnątrz dyszy, a powstająca strefa obniżonego ciśnienia powoduje zasysanie cieczy znajdującej się wokół eżektora. Strumień napędowy i zassana ciecz łączą się wewnątrz dyszy, po czym zostają skierowane ponownie do zbiornika.
W efekcie rzeczywista objętość cieczy opuszczającej dyszę może być 3-5 razy większa od strumienia cieczy napędowej dostarczanej przez pompę. Nie oznacza to, że pompa zwiększa swoją wydajność ani że proces mieszania jest automatycznie „3-5 razy skuteczniejszy”. Dodatkowa część przepływu pochodzi z cieczy zasysanej bezpośrednio ze zbiornika.
Najczęściej stosowany jest układ recyrkulacyjny typu pump-around. Pompa pobiera medium ze zbiornika, a następnie kieruje je do jednej lub kilku dysz zanurzonych w cieczy. Strumienie z dysz wprawiają zawartość zbiornika w ruch i tworzą wymuszoną cyrkulację.
Możliwy jest również układ, w którym do dyszy doprowadzane jest nowe medium procesowe. W takim przypadku jego mieszanie z zawartością zbiornika rozpoczyna się już w obrębie eżektora.
Dysza eżektorowa czy mieszadło mechaniczne?
Dysze eżektorowe mogą być alternatywą dla mieszadła mechanicznego w określonych aplikacjach, ale nie należy traktować ich jako uniwersalnego zamiennika każdego systemu mieszania.
BETE wskazuje, że wiele zastosowań związanych m.in. z utrzymywaniem cieczy niemieszających się lub cząstek stałych w zawiesinie może być realizowanych za pomocą pompy i zanurzonych dysz zamiast klasycznych elementów mieszających.
| Cecha | Dysze eżektorowe | Mieszadło mechaniczne |
|---|---|---|
| Elementy ruchome w zbiorniku | Brak | Wirnik i wał mieszadła |
| Źródło energii | Pompa tłocząca ciecz | Silnik napędzający mieszadło |
| Sposób wymuszania ruchu | Strumienie cieczy i efekt eżektorowy | Ruch wirnika |
| Możliwość działania w kilku strefach | Kilka odpowiednio rozmieszczonych dysz | Zależna od konstrukcji mieszadła |
| Typowe zadania | Cyrkulacja, blending, zawiesiny, przemieszczanie osadu | Zależne od konstrukcji i technologii mieszadła |
| Dobór | Hydraulika + geometria zbiornika + wymagania procesu | Parametry medium + geometria + wymagania procesu |
Istotną zaletą rozwiązania eżektorowego jest brak ruchomych elementów wewnątrz zbiornika. Sama dysza TurboMix ma prostą konstrukcję, a BETE określa ją jako rozwiązanie wymagające minimalnej konserwacji.
Nie oznacza to jednak, że wystarczy znać objętość zbiornika, aby zdecydować o zastąpieniu istniejącego mieszadła. W każdym przypadku trzeba określić wymagany efekt procesu, właściwości medium, dostępne parametry hydrauliczne i geometrię instalacji.
Jak dobrać i rozmieścić dysze mieszające w zbiorniku?
Dobór dysz eżektorowych powinien zaczynać się od określenia zadania procesu, a nie od wyboru konkretnego rozmiaru dyszy.
BETE wskazuje kilka podstawowych grup danych potrzebnych przy projektowaniu takiego systemu.
| Co trzeba określić? | Dlaczego jest to ważne? |
|---|---|
| Cel mieszania | Inaczej projektuje się cyrkulację, mieszanie, utrzymywanie zawiesiny i przemieszczanie osadu |
| Wielkość i kształt zbiornika | Wpływają na liczbę, lokalizację i kierunek pracy dysz |
| Poziom cieczy | Określa warunki pracy oraz obszar, w którym trzeba zapewnić cyrkulację |
| Dostępne miejsca montażu | Mogą ograniczać możliwe rozmieszczenie eżektorów |
| Przepływ pompy | Decyduje o ilości cieczy napędowej dostępnej dla dysz |
| Różnica ciśnień ΔP | Wpływa na przepływ przez TurboMix i jego charakterystykę |
| Medium i materiał wykonania | Muszą być uwzględnione pod kątem warunków procesu |
Szczególnie ważne jest ΔP, czyli różnica ciśnień na dyszy. Producent definiuje ją jako ciśnienie na wejściu do TurboMix pomniejszone o ciśnienie procesu po zewnętrznej stronie dyszy. Dlatego przy doborze nie należy posługiwać się wyłącznie maksymalnym ciśnieniem pompy.
Znaczenie ma również kierunek strumienia. Przy mieszaniu cieczy lub utrzymywaniu zawiesiny producent zaleca umieszczenie dyszy w dolnej części zbiornika po jednej jego stronie i skierowanie strumienia ku przeciwnej stronie oraz w stronę najwyższego poziomu cieczy. Takie ustawienie pomaga wytworzyć ruch obejmujący większą część objętości zbiornika.
Jeżeli zadaniem systemu jest przemieszczanie osadu po dnie, producent rekomenduje kierowanie strumienia w dół pod kątem około 10-20° oraz zastosowanie odpowiedniej liczby eżektorów, aby objąć działaniem wymaganą powierzchnię dna.
To pokazuje, dlaczego przypadkowe rozmieszczenie kilku dysz może nie dać oczekiwanego efektu. Liczy się nie tylko ich łączny przepływ, ale również kierunek strumieni i sposób, w jaki tworzą one cyrkulację w konkretnej geometrii zbiornika.
TurboMix jest dostępny w różnych wykonaniach materiałowych, m.in. z polipropylenu wzmacnianego włóknem szklanym, mosiądzu, stali węglowej oraz stali nierdzewnej 316. Dobór materiału powinien być dostosowany do medium i warunków konkretnego procesu.
Jak wygląda kompletny system mieszania z dyszami BETE TurboMix?
W najprostszym układzie system może składać się ze zbiornika, pompy recyrkulacyjnej, instalacji rurowej oraz jednej lub kilku odpowiednio rozmieszczonych dysz eżektorowych TurboMix BETE.
W większych lub bardziej wymagających instalacjach pojedyncza dysza może jednak nie być wystarczająca. Możliwe jest zastosowanie wielu eżektorów rozmieszczonych na instalacji w taki sposób, aby wytworzyć wymagany kierunek cyrkulacji w całym zbiorniku.
Producent oferuje również możliwość wykonania rozwiązań dopasowanych do konkretnej aplikacji. BETE może projektować lance mieszające oraz kompletne zespoły rurowe przeznaczone do montażu śrubowego lub spawanego.
Dobór systemu nie powinien więc sprowadzać się do pytania: „jaką dyszę zastosować do zbiornika o pojemności 10 m³?”. Potrzebna jest informacja o geometrii zbiornika, właściwościach cieczy, zadaniu procesu, dostępnej pompie, przepływie, ciśnieniu oraz możliwych punktach montażu.
Dopiero na tej podstawie można określić odpowiedni model TurboMix, liczbę dysz oraz sposób ich rozmieszczenia.
Jeżeli szukasz rozwiązania do mieszania, cyrkulacji lub utrzymywania zawiesiny w zbiorniku, skontaktuj się z PNEUMA. Na podstawie parametrów instalacji pomożemy dobrać dysze mieszające BETE oraz konfigurację odpowiednią do konkretnego procesu.
