Teoria del mesclat: definició, grau i mecanismes de mescla

MP07- Formulació i Preparació de Mescles

UF2- Tècniques de barrejat i preparació de mescles

NF2- Tecniques de preparació de mescles

Teoria del mesclat

1. Mescla definició.
2. Teoria del mesclat.
3. Grau de mescla.
4. Influencia del temps de mescla.
5. Mecanismes de mesclat.
6. Aparells de mescla. Mescladors.
1. Classificació segons l'estat dels components de la mescla.
1. Mescladors solids amb solids.
2. Mescladors liquid amb líquid.
3. Mescladors gasos amb liquids.
4. Mescles de masses viscoses.
2. Classificació segons la mecanica del mesclador.
1. Mesclador de flux o corrent.
2. Mescladors de paletes o braços.
3. Mesclador d'hèlix o helicoidal.

Institut Comte de Rius 1 CFGS Química IndustrialMP07- Formulació i Preparació de Mescles. UF2- Tècniques de barrejat i preparació de mescles. NF2- Tecniques de preparació de mescles.

Teoria del Mesclat

Mescla definició

L'objectiu fonamental de l'operació de mesclat és aconseguir la maxima interposició entre diversos components i una distribució el més homogenia possible dels mateixos.

Exemples de mescles:

• Mescla de particules solides (mescla de solids polvoritzats prèviament).
• Sistemes colloïdals: solids insolubles en un liquid, mescles de liquids immiscibles.
• Dispersions de particules en un medi semi-solid (preparació de pastes i cremes).

Teoria del mesclat

Mescla aleatoria: es aquella en la qual la probabilitat que una partícula d'un determinat component es trobi en una mostra es proporcional al nombre de particules del mateix en la mescla total.

Mescla ordenada: és aquella en la qual els components no son independents uns dels altres. Es donen entre solids altament cohesius en els quals un d'ells actua com a portador de les particules de l'altre sòlid.

Grau de mescla

La variabilitat es quantifica mitjançant la desviació estandard de mitjana d'un nombre de mostres suficientment alt.

Índex de mesclat: Parametre utilitzat per caracteritzar el grau de mescla assolit, és a dir, el grau d'homogeneïtat.

Desviació estandard:

x= proporció del component analitzat en cada mostra.

o=1 E(x-x)2 i=1 n-1 n

n=nombre de mostres analitzades.

Valors màxims i mínims:

Mescla binaria. Particules esferiques de la mateixa mida.

Desviació maxima: sistema totalment desmesclat.

00 = x(1-x)

Institut Comte de Rius 2 CFGS Química IndustrialMP07- Formulació i Preparació de Mescles. UF2- Tècniques de barrejat i preparació de mescles. NF2- Tecniques de preparació de mescles.

Desviació minima: sistema completament aleatoritzat (mesclat).

x (1-x) N

Índex de mescla:

M1 =0. Om − 2 2 M = 0 2 2 2 − 0 ∞ Logo2 - Logom M3 \ Logo2 - Logo2

Índex de mescla: condicions

• Número de mostres elevat i representatiu >10 de diferents zones del dispositiu.
• Escala de mostreig adient a l'ús posterior.
• La presa de mostra no ha de provocar la segregació dels components.

Influencia del temps de mescla

Etapes de mesclat:

1. Expansió del llit: es necessita espai lliure al mesclador.
2. Aplicació de forces de cisalla.
3. Aparició de fenòmens de segregació o desmesclat.

Mecanismes de mesclat

Mesclat convectiu: en el que un grup de particules d'un component es trasllada en bloc a regions ocupades per un altre.

Mesclat difusional: quan es produeix la transferencia de particules aïllades d'un component a regions ocupades per un altre

Cisalla: aquesta categoria no deixa de ser una variant de la convectiva.

Institut Comte de Rius 3 CFGS Química IndustrialMP07- Formulació i Preparació de Mescles. UF2- Tècniques de barrejat i preparació de mescles. NF2- Tecniques de preparació de mescles.

Aparells de mescla. Mescladors

La mescla de gasos amb gasos es molt senzilla no necessita aparells. La mescla de liquids amb liquids o gasos es un problema mes corrent i està mes estudiat. La mescla de liquids amb solids, pot efectuar-se de la mateixa forma que liquids amb liquids si la quantitat de solid és petita. Si la relació és gran llavors el proces és similar a solids amb solids.

L'operació de mesclat implica una varietat molt gran d'aparells. L'unica mescla en la qual la llista d'aparells és relativament petita és la de liquids amb líquids.

Classificació segons l'estat dels components de la mescla

Mescladors sòlids amb sòlids

Es pot parlar de dos grans tipus de mescladors:

• Immobils o estàtics.
• Mobils, de contenidor mobil, giratoris o de caiguda lliure. Dintre d'aquesta categoria es distingeixen per la seva forma:
  • En V.
  • Cúbics.
  • Cilíndrics.
  • Troncocònics.

5 (A) (B) (C) (D)

Institut Comte de Rius 4 CFGS Química IndustrialMP07- Formulació i Preparació de Mescles. UF2- Tècniques de barrejat i preparació de mescles. NF2- Tecniques de preparació de mescles.

Mescladores mobils

Els mescladors mobils operen, sobretot, per difusió. Els troncocònics s'utilitzen per a la producció industrial i els mescladors en V per treballs de petita o mitjana escala.

És costum dividir aquests aparells en a) simples i b) complexos, si incorporen algun agent agitador, com un eix de pales, o similar, per agilitzar el procés.

Dins dels avantatges d'aquests aparells es troba la facilitat per la carrega i descarrega, la facilitat per netejar-los i el minim manteniment.

Mescladores immobils

Els mescladors immobils poden portar el recipient en posició horitzontal o vertical. La majoria disposen de pales internes per agilitzar la mescla.

En el grup dels horitzontals es troben els mescladors de cintes. Porten dues cintes helicoidals que giren sobre el mateix eix a l'interior de la cambra de mesclat. La primera es mou a poc a poc en un sentit i l'altra gira rapidament en direcció contraria. S'obté així una mescla convectiva.

Un altre tipus de mescladors horitzontals porten un agitador d'aspa en forma de Z i produeixen, a més, un efecte de pastat. Hi ha models amb dues Z.

Ejes de rotación Barras de agitación

Institut Comte de Rius 5 CFGS Química IndustrialMP07- Formulació i Preparació de Mescles. UF2- Tècniques de barrejat i preparació de mescles. NF2- Tecniques de preparació de mescles.

El mesclador estatic amb contenidor troncoconic, orbital i amb cargol intern, es molt utilitzat. Disposa d'un recipient cònic de mesclat, en el qual s'introdueix un cargol sense fi, que fa un moviment planetari. Els components es mesclen per difusió i convecció.

Cubeta + Motor Pala de mezclado Recorrido rotatorio del borde de la pala Tornillo giratorio Recorrido rotatorio del eje de la pala Cuerpo del mezclador Figura 13.11 Mezclador planetario visto desde arriba, mostrando el recorrido de la pala.

Existeixen mescladors estatics molt senzills amb parets incompletes que actuen com a deflectors. El mecanisme de la mescla és convectiu i s'utilitza per materials que poden segregar-se amb facilitat.

Mescladors líquid amb líquid

L'equip per aquesta operació està normalitzat i compren agitadors amb pales de tipus helix marina i de turbina. El agitadors amb pales planes s'utilitzen molt poc, únicament per treballs petits. Els agitadors de tipus helix marina son els més importants.

L'agitador vertical (o talla-corrents) central no es considera adequat perquè tendeix a produir un moviment de rotació pura i remolins per sota de l'agitador, els quals poden originar una entrada d'aire en l'agitador. Una millor solució és instal·lar agitadors al voltant del dipòsit. Quan es mesclen liquids, aquests agitadors van directament units a la parets del dipòsit; però si hi ha solids en suspensió es deixa una petita ranura entre el paret i el talla-corrents.

També és molt utilitzat la instal·lació de l'agitador excentric , be vertical o inclinat. Tant l'angle que forma amb la vertical com la distancia al centre son critics.

Mescladors gasos amb liquids

Aquesta operació es porta a terme usualment injectant gas per sota d'un agitador de turbina. Introduir el gas per sota d'un agitador d'hèlix no és útil, ja que el flux que surt d'ell és axial i descendent.

Institut Comte de Rius 6 1 CFGS Química IndustrialMP07- Formulació i Preparació de Mescles. UF2- Tècniques de barrejat i preparació de mescles. NF2- Tecniques de preparació de mescles.

Mescles de masses viscoses

Per masses molt espesses és molt corrent utilitzar una pastera. Consisteix en una recipient obert, amb el fons semicilíndric, dintre de la qual giren dos braços o dos ganivets en forma de Z. Els ganivets estan col·locats i conformats de manera que el material que gira cap a dalt per un dels ganivets és immediatament girat cap a baix per l'altre.

Aquestes màquines es fabriquen en grans dimensions i poden projectar-se per consumir grans potències. Poden portar una camisa per escalfar o refredar i poden anar també tancades per retenir dissolvents volatils. Sempre treballen en carregues i per això van muntades de forma que puguin buidar-se per mitja de gats actuats mecanicament.

Una modificació d'aquesta maquina es el mesclador Banbury, actualment utilitzat per mesclar i tallar cautxú. És una máquina excessivament pesada, amb dos ganivets o paletes que giren cadascuna en l'interior d'un envoltori cilíndric. La paleta (perpendicular a l'eix) té forma de pera. Degut al gran consum de potencia d'aquesta maquina, les parets dels envoltoris cilíndrics van refredant-se per ruixadors d'aigua.

Classificació segons la mecanica del mesclador

Mesclador de flux o corrent

S'introdueixen els materials mitjançant una bomba i la mescla es produeix per interferencia dels seus fluxos o corrents. Només s'utilitza en sistemes continus o circulant per a la barreja de liquids o fluids miscibles.

• Mescladors de raig.
• Injectors.
• Mescladors de columnes amb orificis o de turbulencia.

Mescladors de paletes o braços

Consisteixen en una o diverses paletes horitzontals o inclinades unides a un eix horitzontal, vertical o inclinat que gira axialment dintre d'un recipient. D'aquests manera el mesclat es empes o arrossegat al voltant del recipient seguint una trajectòria circular.

• Mescladors de braços rectes o paletes en forma de rems.
• Mescladors de rasclet.
• Paletes amb llenguetes o dits fixos intercalats.

Institut Comte de Rius 7 CFGS Química Industrial