Alfa Laval Mixing. Michael Stenderup Portfolio Manager, Mixers and Agitators

Transkript

1 Alfa Laval Mixing Michael Stenderup Portfolio Manager, Mixers and Agitators

2 Økonomisk påvirkning på mixer-relaterede problemer Estimerede tal: Chemical industry US: Up to US$ 10 billion/year Pharma industry: Costs due to lower yield, scale-up: US$ 600 mio/year Lost opportunity, preventing products comming to market??? ( Tatterson & Calabrese, 1989)

3 Case story Pay-back tid: 1,41 år

4 Hvad er mixing? Brugen af mekanisk genereret flow til at opnå et process-resultat. Kombinere forskellige materialer for at få et homogent product.

5 Mixing processer Mix af blandbare væsker Mix af ikke-blandbare væsker. Faststof-væske opløsning Gas-væske opløsning Faststof-faststof mixing

6 Mix af blandbare væsker Mixing intensitet: fra lav til medium (afhænger af mediets følsomhed og krav til mixing-tid)

7 Væske-væske opløsning Ikke-blandbare væsker (eks. olie/vand) Mixing intensitet: Typisk høj. Afhænger af fordelingen af dråberne.

8 Faststof-væske opløsning Suspension af uopløselige partikler Intensitet afhænger af partiklernes densitet. Lette partikler skal trækkes ned Tunge partikler skal trækkes op

9 Faststof-væske opløsning Opløsning af partikler Mixing intensitet: Medium til høj afhængig af forskel i densitet og tendens til klumpning

10 Gas/væske opløsning for at fjerne en gaskomponent Mixing intensitet: Typisk fra medium til meget høj Gas er lettere end væske så pumpe ned kan give problemer ved store gasmængder.

11 Shear (forskydningskraft) Kraft Hastighed Areal h Shear Rate er størrelsen af deformationen af en væske som funktion af tid. Shear Stress = Kraft Areal N m² Pa Shear Rate = Hastighed Højde m/s m 1 s Viscositet = Shear Stress Shear Rate Pa 1/s

12 Shear Shear rate kan skrives som: Shear rate = k N Hvor k er en konstant som er impeller-specifik og N er omdr. hastigheden. Dvs. langsomtkørende impellere med stor diameter giver lav shear, hurtigkørende små impellere giver højere shear. Meget høj shear kræver en rotor-stator anordning.

13 Klumper Blokerer filtre Ændrer konsistensen anderledes end målet. Ændret smag. Fish eyes = visual effect

14 Vortex Hvad er vortex? Indikerer det god mixing? NEJ, væsken kan cirkulere uden at mixe. Batch rotation.

15 Batch Rotation

16 Vortex Vortex skal generelt undgås, men Kan trække flydende pulvere ned fra overfladen til impelleren Kan mixe to væsker med stor forskel i densitet og/eller viscositet.

17 Intensitet

18 Skum (luft-indtag) Årsager til luft: vortex, åben ventil i in-line mixeren, non-flowing pulvere med skorstens-formation Påvirkning på proces: Tab af pumpe-virkningsgrad, dannelse af klumper Påvirkning af produktet: Risiko for brændt produkt hvis hedeflader (dampkappe), Kritisk for dosering (forkert volumen/vægt).

19 Baffler i tanke med røreværker Forhindre vortex dannelse og transformere rotations-flow til aksielt flow Bruges I turbulente systemer (lav viscositet) når hurtig mixing ønskes. I sanitære processer ofte ikke tilladte, hvorfor røreværkerne installers excentrisk. Bruges ikke hvis flow er laminært (høj viscositet)

20 Bafler

21 Røreværk, impeller typer Radial flow impellere (Rushton turbiner, paddles, flad-blad turbiner) Axial flow impellere (marine propellere, hydrofoil impellere fx. EnSaFoil) Close-clearance impellere (rammerøreværker)

22 Radial flow impellers Radial flow impellere pumper radialt Bruges primært i lav-viscose medier I tanke med bafler. Disk turbiner ofte brugt til gas dispensering

23 Flow pattern from radial flow impellers After Tatterson, 1991

24 Axial flow impellers Axial flow impellers pumper primært vertikalt Bruges oftest til lav-/medium viskose væsker Oftest nedad-pumpende.

25 Flow pattern from axial flow impellers After Tatterson, 1991

26 To vigtige tal Reynolds tal: Er flowet turbulent, laminært eller transitionelt? Power nummer: Forholdet ml. power input, omdr.hast. og impeller diameter. Et højt powernummer giver højt moment og dermed dyr aksel, gearbox, motor, driftsomkostninger.

27 Rengøring problematik

28 Konklusion, røreværker Mixing i H = T tank uden gas dispersion: Vælg impeller med lavt power nummer, eks. EnSaFoil Mixing in høj tank uden gas dispersion: Vælg aksial flow impeller med lavt power nummer, eks. EnSaFoil (nedad pumpning) Mixing og gas dispersering i høj tank: Brug radial flow impeller som nederste impeller for gas dispensering i combination med aksial axial flow hydrofoil impeller, eks EnSaFoil som øvrige impellere.

29 Magnet Mixer UltraPure Male bearing Impeller Weld plate Drive unit

30 Alfa Laval Magnetisk Mixer UltraPure Perfetk afballanceret Løftet fra sit leje Skånsom product-behandling 8 vinger lav shear Høj mixing effekt ved lave hast RPM Mixer til sidste dråbe Minimum af slid Rengøringsvenlig

31 Mixing v.h.a. jet mixer

32 Jet mixer Jet mixere gør brug af væskestrømme indsprøjtet med høj hastighed. Pump External recirculation line

33 Rotary jet mixer Rotary Jet Mixeren er en unik patenteret hygieinisk mixer til mejeri-, fødevare-, læskedrik-, og bryggeribranchen.

34 Mix af blandbare væsker med RJM

35 Mixing med high-shear rotor-stator

36 Virkemåde

37 High shear mixerere En hurtigroterende part, rotoren, monteret I en stator, hvorigennem væsken strømmer. Dette resulterer in en høj hastighedsgradient = høj shear rate og høj local energioverførsel Typisk anvendt til: Mix af væsker med meget forskellige viskositer. Emulgering og homogenisering (eks. olie I vand) Pulver/væske spredning og opløsning. Picture from Silverson

38 Applikationer ved anvendelse af high-shear mixerere Mejeri. Modermælkserstatning, flavoured milk drinks, is-cream-mix, kondenseret mælk, mousses, yoghurter, Læskedrikke Sirupper, drikke med kunstige sødemidler, stabilisatorer, smagsemulsioner. Fødevarer Mayonnaise, sennep, dressinger, tomat sauce, ketchup, jævninger, lage, gels, spiseolier

39