Guia de projeto de tanque de mistura: dimensionamento, agitadores, jaquetas, detalhes sanitários

Certa vez, um processador de laticínios recomendou um tanque de mistura de 3.000 L, encheu-o até 2.600 L e ainda esperou 25 minutos para que o leite em pó se dissolva. O tanque não era muito pequeno. O agitador era. Um único impulsor ficou a 900 mm do fundo em um acionamento de velocidade fixa, sem defletores, de modo que a pólvora percorreu um lento vórtice de superfície em vez de ser puxado para baixo e molhado.

Esse caso retoma uma disciplina: o projeto do tanque de mistura é primeiro um problema de fluido e depois um problema de fabricação. Dois vasos com carcaças idênticas podem se comportar de maneira completamente diferente quando o tipo de impulsor, o conjunto do defletor, o nível de enchimento e a superfície da camisa mudam. Trabalhe nas decisões na ordem abaixo e a maioria das surpresas desaparecerá antes que os desenhos sejam divulgados.

Conserte o dever antes que alguém saque o tanque

Anote os dados do processo antes da geometria. Os cinco itens abaixo são os que são ignorados com mais frequência e decidem tudo o que se segue.

Os números que valem a pena registrar primeiro

• Viscosidade à temperatura do processo, não à temperatura ambiente, uma vez que um produto com leitura de 200 cP a frio pode cair para 20 cP a 60 °C.
• Conteúdo de sólidos, tamanho de partícula e diferença de densidade entre pó e líquido, que decidem se você precisa de cisalhamento ou fluxo simples.
• Volume mínimo e máximo do lote, porque um tanque dimensionado para 5.000 L frequentemente mistura mal com 1.000 L.
• Meta de tempo de mistura e homogeneidade, por exemplo, 95% de uniformidade em 10 minutos.
• Taxa de aquecimento ou resfriamento, mais o método de limpeza, pois ambos alteram a parte interna.

Também ajuda a ser preciso sobre o que um tanque de mistura realmente faz : a carcaça armazena o produto, enquanto o impulsor, os defletores e o formato do fundo criam o padrão de fluxo que faz o trabalho. Um tanque especificado apenas pelo volume é um recipiente, não um misturador.

Dimensionamento: Volume, Nível de Preenchimento e Headspace

O volume total e o volume de trabalho são números diferentes e confundi-los é o erro de dimensionamento mais comum. Uma embarcação agitada normalmente opera a 70–80% do seu volume total , com o espaço restante reservado para espuma, respingos e spray ball.

Duas regras práticas decorrem da tabela. Um recipiente com uma altura de líquido acima de aproximadamente 1,5 vezes o seu diâmetro geralmente precisa de dois impulsores em um eixo, e um tanque que funciona consistentemente abaixo de 40% do seu volume de trabalho é um candidato para um recipiente menor ou um agitador de entrada lateral.

Geometria interna e inferior

Os componentes internos são baratos para serem aumentados na fase de desenho e caros para serem adaptados depois que o tanque for conectado.

• Quatro defletores a 90 graus, deslocados da saída, continuam sendo o padrão para serviço de baixa especificidade; eles convertem o turbilhão em rotatividade de cima para baixo.
• Um fundo abaulado com um cone curto drena melhor do que um fundo plano e deixa menos salto entre os lotes.
• Use uma saída nivelada e com drenagem total no ponto mais baixo, em vez de um tubo de cerâmica elevado que retenha o produto.
• A montagem de entrada superior é adequada para embarques de aproximadamente 1 a 30 m³, enquanto os agitadores de entrada lateral ganham seu lugar em tanques altos onde o comprimento do eixo se torna impraticável.

Bolsas de sensores, válvulas de amostra e bicos sobressalentes devem ser projetadas agora. Cada um adicionado posteriormente significa outra solda, outro polimento e outra verificação de limpeza.

Combinando o impulsor com o fluido

A questão central é se o processo precisa de fluxo ou cisalhamento. Líquidos de baixa baixa precisam de rotação em massa, produtos de alta consistência precisam de contato com a parede e líquidos imiscíveis ou pós difíceis de molhar precisam de cisalhamento na ponta da lâmina.

• Abaixo de cerca de 100 cP: impulsores hidrodinâmicos ou de pás transferidos, dimensionados para taxas de bombardeio em vez de potência.
• 100–5.000 cP: turbinas de pás inclinadas com uma relação diâmetro-tanque maior, geralmente em dois estágios.
• Acima de 5.000 cP: âncoras, comportas ou fitas helicoidais próximas à parede, que também melhoram a transferência de calor da camisa.
• Serviço de emulsão e dispersão: cabeças rotor-estator, às vezes operando sob negociação.

Para misturas simples de baixa especialização, um recipiente agitado de parede costuma ser uma resposta mais econômica, com o orçamento economizado indo para defletores e uma caixa de engrenagens de tamanho correto. Um tanque de mistura SS304 de 500 L a 5.000 L cobre uma ampla variedade de lotes de bebidas, molhos e produtos químicos leves quando o agitador é compatível com o fluido.

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Quando o processo realmente precisa de alto cisalhamento

As cabeças do rotor-estator giram em velocidades de ponta de aproximadamente 15–25 m/s e reduções gotículas ou aglomeradas na faixa de 2–50 µm, razão pela qual são especificados para emulsões, gomas e dispersões de pigmentos, em vez de misturas em massa. Eles não são uma cura para o fluxo deficiente: uma cabeça de alto cisalhamento dentro de um tanque sem defletores ainda deixa zonas mortas nos cantos.

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Transferência de calor: jaquetas, bobinas e abordagem de temperatura

Se o produto precisa ser aquecido ou aquecido, a área da camisa é frequentemente o fator limitante, porque uma malha de controle só pode funcionar com a área de superfície que você constrói. As jaquetas Dimple são a escolha usual para vasos de até cerca de 20 m³, as serpentinas half-pipe suportam pressão mais alta e as serpentinas internas adicionam área ao custo do acesso para limpeza.

• Combine com o meio: vapor para aquecimento rápido, água quente para trabalhos suaves, glicol para abaixo do resfriamento da temperatura ambiente.
• Verifique a abordagem de temperatura, uma vez que uma abordagem de 10 °C precisa de muito mais área do que uma abordagem de 40 °C.
• Isola a carcaça e a camisa para reduzir a condensação e estabilizar a temperatura do lote.

Um recipiente encamisado com camisa ondulada e um agitador de velocidade variável lida com a mistura e a rampa de temperatura em uma unidade, o que elimina uma etapa de transferência entre os recipientes e a limpeza que o acompanha.

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Materiais, Acabamento e Limpeza

A seleção da classe segue o produto e os produtos químicos de limpeza, não o hábito. O SS304 cobre a maioria dos produtos lácteos, bebidas e produtos químicos leves, enquanto o SS316L é a escolha mais segura para exposição a cloretos, produtos ácidos, trabalho de alta pureza e vida útil mais longa.

• Um acabamento interno de aproximadamente Ra 0,4–0,8 µm atende à maioria das tarefas sanitárias; o trabalho farmacêutico muitas vezes exige um polimento espelhado.
• Incline a parte inferior em direção à saída e faça o raio dos cantos internos para que o produto não se acumule.
• Verifique a cobertura da esfera de densidade em todo o volume de trabalho, incluindo a parte superior e a parte inferior da cabeça superior.
• Elimine pontos mortos nos bicos dos instrumentos, pois eles são uma fonte comum de descobertas repetidas de contaminação.

Acionamento, Selos e Controle

Torque e fluxo específicos, sem RPM. A caixa de engrenagens deve ter um fator de serviço de pelo menos 1,5 em relação ao torque de mistura calculado, porque o torque de partida em um lote viscoso programado pode ser várias vezes o valor de operação. Para colocação, um selo mecânico sanitário ou um selo labial lavável mantém o transporte por muito tempo do produto.

• Um acionamento de frequência variável permite que um tanque sirva diversas receitas e evite o cisalhamento excessivo de produtos sensíveis ao cisalhamento.
• Células de carga, uma sonda PT100 e um sensor de condutividade ou pH transformam o recipiente em uma etapa de processo monitorada.
• O controle de receitas em um PLC com registro de dados simplifica os registros de lotes e a verificação de limpeza.

Seis erros que aparecem após a inicialização

1. Dimensionando o volume total e depois me quis por que meio lote nunca combinava.
2. Omitindo os defletores em um produto de baixa densidade, forma-se um vórtice superficial e os pós-flutuam.
3. Montar o impulsor muito alto, deixando uma camada de sedimentos que nunca se eleva.
4. Subdimensionando a área da camisa e tentando corrigi-la com uma válvula de controle maior.
5. Ignorando a cobertura CIP para o cabeçote superior e os bicos.
6. Comprando em RPM em vez de torque e fluxo, que aparece mais tarde como sobrecarga do motor em um lote frio e viscoso.

Uma lista de verificação para aprovação antes da fabricação

• Dados de serviço: curva de consistência, sólidos, faixa de lote, meta de tempo de mistura.
• Geometria: volume de trabalho, proporção de altura do líquido, tamanho e contagem do defletor, tipo de impulsor, diâmetro e distância do fundo.
• Transferência de calor: tipo de camisa, área de superfície, meio, abordagem de temperatura, isolamento.
• Materiais e acabamentos: classe, rugosidade superficial, tratamento de solda, orientação para orientação.
• Acionamento e vedações: torque, fator de serviço, tipo de colocação, faixa VFD.
• Instrumentação e limpeza: sensores bicos, dispositivos de frequência, filosofia de controle.

Um bom projeto do tanque de mistura é principalmente uma questão de ordem: definir a função, dimensionar a geometria, escolher o impulsor para o fluido e, em seguida, confirmar se a camisa, o acabamento e o acionamento podem fornecer o que o processo solicitado. Acerte essas quatro etapas e um recipiente de 1.000 L se comportará exatamente como previsto a 600 L, a 60 °C e no décimo ciclo de limpeza.

YME Equipment Co., Ltd construiu vasos sanitários de parede únicos, encamisados, de alto cisalhamento e de mistura a vácuo para laticínios, bebidas, cervejarias, biotecnologia e produtos químicos. Se você tiver dados de serviço e um intervalo de lote, envie-os para a equipe de engenharia e verifique o agitador e a jaqueta em relação aos números antes que os desenhos sejam congelados.