Guía de diseño de tanques de mezcla: dimensionamiento, agitadores, chaquetas, detalles sanitarios

Una vez, un procesador de procesadores pidió un tanque de mezcla de 3000 L, lo llenó hasta 2600 L y aún así esperó 25 minutos para que se disolviera la leche en polvo. El tanque no era demasiado pequeño. El agitador lo era. Un único impulsor se encontró a 900 mm del fondo en un accionamiento de velocidad fija, sin deflectores, por lo que el polvo se movía en un lento vórtice superficial en lugar de ser arrastrado hacia abajo y humedecido.

Ese caso resume la disciplina: El diseño del tanque de mezcla es, en primer lugar, un problema de fluidos y, en segundo lugar, un problema de fabricación. Dos recipientes con carcasas idénticas pueden comportarse de manera completamente diferente una vez que cambian el tipo de impulsor, el conjunto de deflectores, el nivel de llenado y la superficie de la camisa. Siga las decisiones en el orden siguiente y la mayoría de las sorpresas desaparecerán antes de que se publiquen los dibujos.

Arregle el deber antes de que alguien saque el tanque

Escriba los datos del proceso antes de la geometría. Los cinco elementos siguientes son los que se omiten con mayor frecuencia y deciden todo lo que sigue.

Los números que vale la pena fijar primero

• Viscosidad a temperatura de proceso, no a temperatura ambiente, ya que un producto con una lectura de 200 cP en frío puede caer a 20 cP a 60 °C.
• El contenido de sólidos, el tamaño de las partículas y la diferencia de densidad entre el polvo y el líquido, que deciden si necesita corte o flujo simple.
• Volumen de lote mínimo y máximo, porque un tanque de 5.000 L muchas veces mezcla mal a 1.000 L.
• Objetivo de tiempo de mezcla y homogeneidad, por ejemplo, 95% de uniformidad en 10 minutos.
• Tasa de calentamiento o enfriamiento, más el método de limpieza, ya que ambos cambian las partes internas.

También ayuda a ser preciso acerca de ¿Qué hace realmente un tanque de mezcla? : la carcasa almacena el producto, mientras que el impulsor, los deflectores y la forma del fondo crean el patrón de flujo que realiza el trabajo. Un tanque especificado únicamente por volumen es un contenedor, no un mezclador.

Dimensionamiento: volumen, nivel de llenado y espacio libre

El volumen total y el volumen de trabajo son números diferentes y confundirlos es el error de tamaño más común. Un recipiente agitado funciona normalmente. 70-80% de su volumen total , reservando el espacio restante para la espuma, las salpicaduras y la bola rociadora.

De la tabla se desprenden dos reglas prácticas. Un recipiente con una altura de líquido superior a aproximadamente 1,5 veces su diámetro generalmente necesita dos impulsores en un eje, y un tanque que funciona constantemente por debajo del 40 % de su volumen de trabajo es candidato para un recipiente más pequeño o un agitador de entrada lateral.

Partes internas y geometría inferior

Los componentes internos son económicos de agregar en la etapa de dibujo y costosos de actualizar una vez que se conecta el tanque.

• Cuatro deflectores a 90 grados, desplazados de la salida, siguen siendo los predeterminados para trabajos de baja viscosidad; Convierta el remolino en un movimiento de arriba a abajo.
• Un fondo abombado con un cono corto drena mejor que un fondo plano y deja menos talón entre tandas.
• Utilice una salida de drenaje completa en el punto más bajo en lugar de un tubo de inmersión elevado que atrape el producto.
• El montaje de entrada superior se adapta a recipientes de aproximadamente 1 a 30 m³, mientras que los agitadores de entrada lateral ganan su lugar en tanques altos donde la longitud del eje se vuelve poco práctica.

Ahora se deben sacar los bolsillos de los sensores, las válvulas de muestra y las boquillas de repuesto. Cada uno añadido posteriormente significa otra soldadura, otro pulido y otra revisión de limpieza.

Hacer coincidir el impulsor con el fluido

La pregunta central es si el proceso necesita flujo o cizallamiento. Los líquidos de baja viscosidad necesitan una rotación a granel, los productos de alta viscosidad necesitan contacto con la pared y los líquidos inmiscibles o los polvos difíciles de humedecer necesitan cizallamiento en la punta de la cuchilla.

• Por debajo de aproximadamente 100 cP: impulsores de hidroala o de pala inclinada, dimensionados para la velocidad de bombeo en lugar de los caballos de fuerza.
• 100–5000 cP: turbinas de palas inclinadas con una mayor relación diámetro-tanque, a menudo en dos etapas.
• Por encima de 5.000 cP: anclajes, compuertas o cintas helicoidales pegadas a la pared, que también mejoran la transferencia de calor de la chaqueta.
• Servicio de emulsión y dispersión: cabezales rotor-estator, a veces funcionando al vacío.

Para una mezcla simple de baja viscosidad, un recipiente agitado de pared simple suele ser la respuesta más económica; el presupuesto ahorrado se destina a deflectores y una caja de engranajes del tamaño correcto. Un tanque de mezcla SS304 de 500 L a 5000 L cubre una amplia gama de lotes de bebidas, salsas y productos químicos ligeros cuando el agitador se adapta al fluido.

Tanque de mezcla de una sola capa SS304 de 500 L a 5000 L para detergentes Tanque de mezcla de acero inoxidable para lotes de detergentes, bebidas y productos químicos ligeros de baja viscosidad, con agitación de ancla o paleta personalizable y capacidades de 500 a 5000 L. Ver producto →

Cuando el proceso realmente necesita un alto cizallamiento

Los cabezales del rotor-estator giran a velocidades máximas de aproximadamente 15 a 25 m/s y reducen las gotas o aglomerados en el rango de 2 a 50 µm, razón por la cual se especifican para emulsiones, gomas y dispersiones de pigmentos en lugar de mezclas en masa. No son una cura para el flujo deficiente: un cabezal de alto corte dentro de un tanque sin deflectores aún deja zonas muertas en las esquinas.

Tanque emulsionante de alto cizallamiento de 3000 RPM con sistema rotor-estator Homogeneizador de rotor-estator de alto cizallamiento para emulsiones estables, cremas y reducción de partículas, con piezas de contacto SS316L y velocidades de hasta 3000 RPM. Ver producto →

Transferencia de calor: chaquetas, bobinas y enfoque de temperatura

Si el producto debe calentarse o enfriarse, el área de la chaqueta suele ser el factor limitante, porque un circuito de control solo puede funcionar con el área de superficie que usted construye. Las camisas con hoyuelos son la opción habitual para recipientes de hasta aproximadamente 20 m³, los serpentines de medio tubo soportan presiones más altas y los serpentines internos añaden área a costa del acceso de limpieza.

• Haga coincidir los medios: vapor para un calentamiento rápido, agua caliente para un trabajo suave, glicol para enfriar por debajo de la temperatura ambiente.
• Compruebe el régimen de temperatura, ya que un régimen de 10 °C requiere mucho más espacio que uno de 40 °C.
• Aísle la carcasa y la chaqueta para reducir la condensación y estabilizar la temperatura del lote.

Un recipiente con camisa con hoyuelos y un agitador de velocidad variable maneja tanto la mezcla como la rampa de temperatura en una sola unidad, lo que elimina un paso de transferencia entre recipientes y la limpieza que viene con él.

Recipiente de mezcla térmica con camisa con hoyuelos de 1000 L para calentamiento uniforme Recipiente con camisa de hoyuelos para jarabes y resinas químicas, que utiliza control de temperatura PLC, sensores PT100 y aislamiento de lana de roca para reducir los puntos calientes durante el calentamiento. Ver producto →

Materiales, acabados y facilidades de limpieza.

La selección del grado sigue el producto y los productos químicos de limpieza, no el hábito. SS304 cubre la mayoría de los productos lácteos, bebidas y productos químicos ligeros, mientras que SS316L es la opción más segura para la exposición al cloruro, productos ácidos, trabajos de alta pureza y una vida útil más larga.

• Un acabado interno de aproximadamente Ra 0,4–0,8 µm se adapta a la mayoría de las tareas sanitarias; El trabajo farmacéutico a menudo requiere un pulido de espejo.
• Incline la parte inferior hacia la salida y redondee las esquinas internas para que el producto no se acumule.
• Verifique la cobertura de la bola de rociado en todo el volumen de trabajo, incluida la cubierta superior y la parte inferior del cabezal superior.
• Elimine los tramos muertos en las boquillas de los instrumentos, ya que son una fuente común de hallazgos repetidos de contaminación.

Accionamiento, Sellos y Control

Especifique torque y flujo, sin RPM. La caja de engranajes debe tener un factor de servicio de al menos 1,5 frente al par de mezcla calculado, porque el par de arranque en un lote viscoso sedimentado puede ser varias veces mayor que el de funcionamiento. Para sellar, un sello mecánico sanitario o un sello de labios que se puede lavar mantiene el lubricante alejado del producto.

• Un variador de frecuencia permite que un tanque sirva varias recetas y evita el corte excesivo de productos sensibles al corte.
• Las celdas de carga, una sonda PT100 y un sensor de conductividad o pH se convierten en el recipiente en un paso de proceso monitoreado.
• El control de recetas en un PLC con registro de datos simplifica los registros de lotes y la verificación de limpieza.

Seis errores que aparecen después del inicio.

1. Calcule el tamaño según el volumen total y luego preguntese por qué la mitad del lote nunca se mezcla.
2. Omitir los deflectores en un producto de baja viscosidad, por lo que se forma un vórtice en la superficie y los polvos flotan.
3. Montar el impulsor demasiado alto del fondo, dejando una capa de sedimento que nunca se levanta.
4. Reduzca el tamaño del área de la chaqueta y luego intente corregirla con una válvula de control más grande.
5. Ignorando la cobertura CIP para el cabezal superior y las boquillas.
6. Comprar en RPM en lugar de torque y flujo, lo que aparece más tarde como sobrecarga del motor en un lote frío y viscoso.

Una lista de verificación para aprobar antes de la fabricación.

• Datos de servicio: curva de viscosidad, sólidos, rango de lotes, objetivo de tiempo de mezcla.
• Geometría: volumen de trabajo, relación de altura del líquido, tamaño y número de deflectores, tipo de impulsor, diámetro y distancia desde el fondo.
• Transferencia de calor: tipo de camisa, área de superficie, medio, aproximación de temperatura, aislamiento.
• Materiales y acabado: calidad, rugosidad superficial, tratamiento de soldadura, pendiente al drenaje.
• Accionamiento y sellos: torque, factor de servicio, tipo de sello, rango VFD.
• Instrumentación y limpieza: boquillas sensoras, dispositivos de pulverización, filosofía de control.

Un buen diseño del tanque de mezcla es principalmente una cuestión de orden: fijar el trabajo, dimensionar la geometría, elegir el impulsor para el fluido, luego confirmar que la camisa, el acabado y la transmisión puedan entregar lo que solicite el proceso. Siga esos cuatro pasos correctamente y un recipiente de 1000 L se comportará exactamente como se predijo a 600 L, a 60 °C y en el décimo ciclo de limpieza.

YME Equipment Co., Ltd construye recipientes sanitarios de pared simple, con camisa, de alto cizallamiento y de mezcla al vacío para productos lácteos, bebidas, cervecería, biotecnología y productos químicos. Si tiene datos de derechos y un rango de lotes, enviarlos al equipo de ingeniería y haga que verifiquen el agitador y la chaqueta con los números antes de congelar los dibujos.