Geavanceerd technologiecentrum

Procestechnologie

Vloeistof in één fase mengen (L-L)

Bij het mengen van vloeistoffen in één fase worden twee mengbaar vloeistoffen gemengd tot één vloeibaar mengsel. De intensiteit van het mengen van twee vloeistoffen hangt af van de vloeibare volumefracties in het eindproduct, de dichtheid en de viscositeit van de vloeistoffen. De moleculen van de twee vloeistoffen lossen in elkaar op, waardoor één homogene fase ontstaat. Afhankelijk van de menggraad kunnen twee vloeistoffen in verschillende mate gemengd worden. Een typische toepassing van dit type systeem is het mengen van verschillende benzinegrondstoffen om het juiste reactiemengsel te verkrijgen.

Meerfasig vloeibaar mengen/emulgeren (L – L)

Emulsificatie is het proces waarbij twee niet-mengbare vloeistoffen met elkaar worden vermengd. Vloeistoffen zijn vaak onmengbaar door de polariteit van de betrokken moleculen. Water is bijvoorbeeld een zeer polaire vloeistof, terwijl hexaan zeer apolair is vanwege de koolstofketen. De moleculen van de verschillende vloeistoffen hebben de neiging om bij elkaar te blijven in plaats van één mengsel te vormen. Twee niet-mengbare vloeistoffen kunnen worden gemengd door een van de vloeistoffen te veranderen in een fase van extreem kleine deeltjes. Deze deeltjes worden gedispergeerd over de andere continue vloeistoffase om een homogene meerfasenstroom te produceren. Deze meerfasenstromen vereisen continu mengen omdat de deeltjes de neiging hebben om te agglomereren en zich af te scheiden van de continue vloeibare fase. Voorbeelden van emulgeerprocessen zijn de productie van mayonaise en melk.

Oplossen van vaste stoffen (S – L)

In dit proces worden vaste stoffen opgelost in een vloeistof om een nieuwe oplossing van oplosmiddel en opgeloste moleculen te creëren. Vaak wordt in deze processen een molecuul gesplitst in de bijbehorende ionen. De ionen worden gestabiliseerd door het oplosmiddel om een oplossing te vormen. Mixers hebben een dubbele functie in dit soort systemen. Mixers kunnen kristallen/poeders klieven, waardoor het contactoppervlak tussen oplosmiddel en vaste stof toeneemt. Daarnaast kan de mixer de vaste en opgeloste moleculen verdelen over de oplosmiddelfase om een uniforme concentratie te verkrijgen. Voorbeelden van toepassingen zijn het oplossen van glucose kristallen en het oplossen van zouten.

Gasverspreiding (G – L)

Een dispersie kan ook bestaan uit een gasfase gesuspendeerd in een vloeibare continue fase. Het gas wordt op de bodem van de tank in de vloeibare fase geblazen. Gasdispersie kan het contactoppervlak tussen gas en vloeistof vergroten door de gasbellen op te splitsen in meerdere kleinere belletjes. De menger verdeelt het gas ook gelijkmatig over de vloeibare fase. Daarnaast zorgt de menger voor een gelijkmatige verdeling over de vloeistoffase en kan het de contacttijd verlengen door de geïnduceerde stromingsprofielen. Deze systemen worden vaak toegepast bij meerfasige reacties van gassen en vloeistoffen. Gewoonlijk lost het gas op in de vloeistof zodat het kan reageren met de reactant in de vloeistof. Het contactoppervlak en de contacttijd zijn belangrijk omdat de beperking van de massaoverdracht vaak ligt in de overdracht van gas naar vloeistof.

Warmte- en energieoverdracht

Alle andere beschreven processen zijn voorbeelden van mengers die oplossingen bieden voor problemen met massaoverdracht. Mengers kunnen echter ook helpen bij de overdracht van energie (warmte). Dit is vooral het geval in vloeibare fases, waar de warmteoverdracht aanzienlijk kan worden verbeterd door te roeren. In een stilstaande vloeistof vindt energieoverdracht plaats door diffusie en vrije convectie in de fase. Roeren van de vloeibare fase induceert stromingsprofielen, wat de energieoverdracht stimuleert door de toevoeging van geforceerde convectiefenomenen aan het systeem. Bovendien wordt vloeistof snel vervangen in het overdrachtsgebied door de stromingsprofielen die de vloeistof herverdelen door de tank.

Meerfasige menging (G – L – S)

Driefasensystemen bestaan uit een vaste, vloeibare en gasfase. In deze driefasensystemen kunnen ook mixers worden toegepast. Het mechanisme en het doel van het mengen blijven hetzelfde als bij een tweefasensysteem. Het voegt echter een extra ontwerpelement toe voor mengers, omdat men moet optimaliseren voor meerdere fasen. Een typische toepassing van een driefasensysteem is een slurryhydrogenatiereactor in het Fischer Tropsch-proces. Gasvormige waterstof wordt door de vloeibare koolwaterstoffase geblazen. De koolwaterstoffen en waterstof reageren samen op het oppervlak van een vaste katalysator tot hogere koolwaterstoffen.