استاتیک میکسر

چند نکته درباره میکس کردن

• اختلاط 2 ماده ویسکوز، از اختلاط یک ماده با ویسکوزیته بالا و یک ماده با ویسکوزیته پایین آسان‌تر است
• برای مخلوط کردن، و هموژنایز کردن دو رویه کاملا متفاوت داریم
• استاتیک میکسر نسبت به میکسر دینامیک خرابی و رسیدگی کمتری دارد

معرفی استاتیک میکسر

• استاتیک میکسر (به انگلیسی: Static mixer) ابزاری به منظور همزدن و مخلوط کردن مواد سیال است
• از این ابزار در ابعاد مختلف به منظور همزدن مایعات و گاز ها استفاده می‌شود
• ساختار کلی این ابزار شامل یک لوله می‌باشد که داخل آن یک پره مارپیچی قرار دارد که با چرخش این پره سیالات ورودی مخلوط می‌شوند
• معمولا این وسیله را از موادی چون:PVDF، فولاد ضدزنگ، پلی‌پروپیلن و تفلون می سازند
• تجهیزاتی برای انجام عمل اختلاط بین سیالهای مختلف می باشند
• در این نوع از میکسر، قطعات مکانیکال و الکتریکال استفاده نمی شود و تنها از انرژی جنبشی سیال ورودی برای انجام عمل اختلاط استفاده می کنند

کاربرد استاتیک میکسر

• در داخل این میکسرها المانهایی با اشکال هندسی مشخص وجود دارند که
• با توجه به نوع سیال ورودی عمل اختلاط را انجام می دهند.
• انرژی انجام اختلاط در این گونه از میکسرها از افت فشار رانشی سیالی که توسط محرکهای مختلف مانند پمپ، توربو شارژ و…. تولید می شوند بدست می آید.
• تعداد المانهائی که در این میکسرها نصب می گردد متناسب با نوع سیال و میزان اختلاط مورد نیاز مشخص می شود.
• بدیهی است با افزایش تعداد المانها کیفیت و شدت اختلاط افزایش یافته و به همان نسبت میزان انرژی مورد نیاز نیز افزایش خواهد یافت.
• امروزه به دلیل مزایای بسیار زیاد این نوع تجهیزات استفاده از آنها بسیار متداول شده است.
• و میکسرهای استاتیکی به عنوان جایگزین مناسبی برای میکسرهای دینامیکی و راکتورها مطرح هستند.
• محدوده استفاده از این میکسرها در صنعت بسیار وسیع بوده
• و می توان برای رژیم های فرایندی آرام و آشفته بکار برد.

تست هیدرو استاتیک

• معمولا برای صنایع نفت و گاز فشار کاری استاتیک میکسر بسیار مهم است
• این فشار به تست نیز نیاز دارد تا صحت سنجی شود
• معمولا پس از ساخت، در کارخانه با فشار بالاتر تست میکنیم
• فرمول فشار معمولا 1.5 برابر فشار دیزاین است
• در فشار های بسیار بالا، این فرمول ضریب کمتری میگیرد

استاتیک میکسر کوچک

• در سایز پایین، بیشترین توجه باید به خوردگی باشد
• در این سایز، اجزا بسیار نازک بوده
• خراشیدگی و خوردگی بیشترین خرابی را ایجاد میکند
• در مرحله دوم، انتخاب نوع استاتیک میکسر
• در مرحله سوم انتخاب تعداد المان قرار میگیرد

استفاده از PVDF

• این متریال با اصطکاک بسیار کم با سیال کمترین خوردگی را دارد
• همچنین به همین علت، افت فشار را بسیار کاهش میدهد

استفاده از PTFE

• این متریال نیز تمام مزایایی PVDF را دارد
• اما محدودیت PTFE در جوش دادن است
• تمام اتصالات در این مورد رزوه ای میشود

تراشکاری نهایی ساختار داخلی

این مرحله اهمیت بسیار زیادی در صحیح جازدن دارد

رعایت دقیق تلورانس ها به جلوگیری از لرزش ها و ارتعاشات کمک میکند

باید توجه داشت المان ها اول به هم متصل شده سپس جا میروند

استاتیک میکسر گازی (گاز در گاز)

این نوع با هدف های مختلفی تولید میشود

• حذف یونها و آلودگی ها،
• نقش کاتالیزوری و تصفیه هوای خروجی
• کاهش یا افزایش دمای هوای خروجی

کیفیت ساخت

با توجه به اهمیت

انواع استاتیک میکسر

• خورشیدی (Helical)
• الپتیکال (Elliptical)

سازندگان استاتیک میکسر

• شرکت مهار فن ابزار
• سوئز SUEZ
• Primix  پریمیکس
• نوردسان Nordson
• فلوییتک Fluitec
• لایتنین SPX Flow Lightnin
• سولزر Sulzer

جنس و متریال های ساخت استاتیک میکسر

عوامل تعیین کننده جنس میکسر

• استحکام
• سازگاری و مقاومت شیمیایی

جنس های مختلف

• فولاد – به راحتی دچار زنگ زدگی می شود
• فولاد ضد زنگ – برای کلر و برخی اسیدها مناسب نیست
• فولاد با روکش پلاستیکی – با اسیدها و کلر سازگار است
• PVC برای مواد شیمیایی در دمای زیر 80 سلسیوس
• PVDF برای اسیدسولفوریک و واکنش گرماده تا 180 سلسیوس
• PTFE برای واکنش های گرماده و اکستریم تا دمای 250 سلسیوس

استاتیک میکسر خورشیدی (Helical)

• این نوع از میکسرهای استاتیکی یکی از پر مصرف ترین انواع میکسرها در دنیا هستند
• این نوع میکسر به علت دارا بودن المانهای پیچشی با شکل هندسی خواص باعث تغییر رژیم سیال شده
• و با ایجاد سه طیف متفاوت از دینامیک سیالات، عمل اختلاط را تسریع می دهد

میکسرهای الپتیکال (Elliptical):

• این نوع از میکسر استاتیک، نسبتا کمتر استفاده میشود
• برای سیال های با ویسکوزیته پایین مناسب است
• در این نوع میکسر، المانهایی به شکل نیم دایره با زاویه 90 درجه نسبت به هم در لوله قرار گرفته
• و باعث تغییر رژیم جریان و اختلاط می شود

استاتیک میکسر المان متقاطع

سخت‌ترین اختلاط‌ها در صنعت ، فرایندهایی هستند که در آن‌ها اختلاف زیادی بین کمیت‌های فیزیکی مواد وجود دارد.

این تفاوت‌ها را می‌توان به 3 بخش ذیل تقسیم کرد:

• اختلاف زیاد در میزان جریان عبوری
• اختلاف زیاد در مقدار دانسته
• اختلاف زیاد در مقدار ویسکوزیته

این همزن استاتیک در دوسری 18 پره‌ای و 24 پره‌ای به ترتیب برای ویسکوزیته های پایین و بالا طراحی گردیده‌اند.

مکانیزم عملکرد در این همزن

• تولید تقسیم‌های متوالی در جهت‌های معکوس و  ایجاد جریان‌های متقاطع پیوسته هست
• که منجر به اختلاط سیالات در سریع‌ترین زمان و کوتاه‌ترین طول می‌شود.
• به علت طراحی بسیار خاص و دقیق این همزن ، زمان RTD به‌شدت کاهش می‌یابد
• و همچنین استحکام فیزیکی همزن نیز به علت اتصالات چندگانه بسیار بالا هست.
• این همزن‌ها در محدوده وسیعی از متر یال‌ها مانند فولادهای ضدزنگ تا سوپر آلیاژها قابلیت تولید دارند
• المان این همزن‌ها نیز می‌توانند در دو مدل جوشی و متحرک سفارش گذاری شوند.

ویژگی‌های این همزن‌ها عبارت‌اند از

1. بالاترین قدرت اختلاط در بین همزن‌های استاتیک
2. مناسب برای سیالات با ویسکوزیته های پایین تا بسیار بالا
3. کوتاه‌ترین طول همزن در مقایسه با سایر همزن‌های استاتیک
4. قابلیت اختلاط سیالات با اختلاف ویسکوزیته حدوداً 1 میلیون برابری
5. قابلیت اختلاط سیالات با اختلاف حجم 100000 برابری
6. مناسب برای اختلاط‌های پلیمری بسیار داغ
7. قابلیت تولید تا سایز 24 اینچ

 استاتیک میکسر الپتیکال

• بسیار پر کاربرد است
• معمولا برای سیال های ویسکوز استفاده میشود

محاسبه میزان همزنی در استاتیک میکسر الپتیکال

• اصول کارکرد این همزن برای جریان‌های آرام ( Laminar ) با عدد رینولدز کمتر از 2300 بر پایه تقسیم و
• برای جریان‌های آشفته (Turbulent) با عدد رینولدز بیشتر از 4000 بر مبنای تبدیل و وارونه کرد هست.

مکانیزمهای استاتیک میکسر الیپتیکال

1) تقسیم جریان

• به ازای هر المان سیال به دولایه مجزا تقسیم می‌شود
• تعداد کل تقسیمات بعد از گذشتن از n المان برابر است با فرمول دو بتوان n
• یعنی با 18 المان در همزن، سیال به 262144 قسمت تقسیم می‌شود

2) تبدیل جریان

• دیواره مارپیچی المان‌ها باعث می‌گردد تا سیال‌هایی که در مرکز قرار دارند
• به سمت دیواره و سیال‌هایی که در دیواره قرار دارند به سمت مرکز حرکت کنند
• این امر باعث به وجود آمدن اختلاف سرعت در مولکول‌های سیال شده
• و باعث قیچی شدن سیال می‌شود

3) وارونه کردن

• جهت حرکت سیال از المانی به المان دیگر 180 درجه تغییر می‌کند.
• این وارونه کردن جهت حرکت باعث به وجود آمدن اغتشاش در سیال شده
• این کار شدت اختلاط را افزایش می‌دهد

 کاربرد استاتیک میکسر الیپتیکال

• تصفیه آب و فاضلاب
• اختلاط گاز با مایع و مایع با مایع
• انجام واکنش شیمیایی با گرانروی پایین و بالا
• تولید امولسیون روغن با آب
• تولید سوخت بیو دیزل
• مخلوط کردن آنتی‌اکسیدان‌ها با افزونه‌های دیگر
• تزریق لخته ساز در مسیر
• اصلاح ویسکوزیته
• کنترل PH
• همگن‌سازی خطوط به‌منظور نمونه‌برداری.
• اختلاط دو یا چند رزین مایع

متریال های میکسر استاتیک الیپتیکال

• جنس بدنه : استیل 304 یا 316
• فلنج : استاندارد ASME ، DIN ، JIS.
• نوع فلنج : Welding Neck- Slip ON.

آپشن های استاتیک میکسر الیپتیکال

• ساخت المان ها از نوع کشویی
• ساخت المان از PTFE خالص
• پوشش المان ها از نوع PE و FEP
• نصب نقاط تزریق قبل از میکسر

کاربرد میکسر استاتیک

آب و فاضلاب

• فرایندهای انعقاد، به عنوان مثال برای حذف فسفر از فاضلاب
• دوزینگ مواد شیمیایی
• نمونه برداری نمایشگر
• هوادهی آب آشامیدنی
• کنترل Ph
• ضدعفونی آب آشامیدنی، به عنوان مثال دی کلراسیون و تزریق کلر
• از بین بردن Flocculants و مخلوط کردن با آب، فاضلاب و یا لجن
• تزریق و مخلوط کردن ازن
• نمک زدایی از سیستم آب معدنی اسمز معکوس

صنایع نفت و گاز و پتروشیمی

• اندازه گیری میزان آب نفت خام در خطوط لوله
• خالص سازی نفت خام با آب
• رقیق سازی پلویاکریلامید برای بهبود بازیافت
• مخلوط کردن مواد افزودنی به بنزین یا روغن سوخت
• تنظیم ویسکوزیته روغن سوخت سنگین با نفت گاز

صنایع با فرآیند مداوم

• پلاستیک، الیاف
• کنترل PH
• رزین ها، چسب ها، اپوکسی ها
• رنگ ها، سخت کننده ها
• پاک کننده ها

متریال میکسر استاتیک

• فولاد کربن
• فولاد ضد زنگ
• آلیاژ های ترکیبی
• Grp
• upvc
• cpvc
• ptfe

مزایای استاتیک میکسر

• راندمان بالای مخلوط سازی، بنابراین مصرف مواد شیمیایی برای فرآیند تصفیه و تشکیل مواد جانبی می تواند به طور چشمگیری کاهش یابد
• نیاز به مخازن، همزن ها، قطعات متحرک و قدرت محرکه مستقیم را از بین می برند و با مصرف انرژی پایین بسیار موثر عمل می کنند
• انرژی مورد نیاز برای مخلوط کردن به طور موثر با افت فشار از جریان سیال از طریق عناصر استخراج می شود
• همیشه در سیستم های موجود بدون کاهش ظرفیت پمپ های موجود نصب می شوند
• نصب بسیار آسان است، به غیر از مهارت های فنی مهندسی، مهارت های ویژه ای لازم نیست
• دارای قطعات متحرک نیستند و عملا نیاز به نگهداری ندارند
• در تمام اندازه های استاندارد لوله در دسترس هستند
• در صورت طراحی کانال های باز، در هر اندازه ای بدون محدودیت در دسترس هستند
• هر میکسر استاتیک به دقت طراحی شده است تا نیازهای خاص هر برنامه را برآورده کند

انواع میکسر استاتیک

• میکسر های استاتیک در هزاران کارخانه و کارگاه در سراسر جهان نصب شده،
• که بالاترین استاندارد بازدهی، قابلیت اطمینان و راندمان مخلوط کردن را ارائه می دهد.
• استاتیک میکسرها در گروهها و دسته بندیهای زیر تقسیم می شوند:

میکسر های کانال (channel mixers)

• در کارهای تصفیه سازی جدید نصب شده و یا در تأسیسات موجود و تکمیل شده اضافه می شوند،
• آنها به سرعت میزان بالایی از عملیات اختلاط را انجام داده و کارآیی قابل توجهی دارند.
• میکسر های کانال طیف گسترده ای از نرخهای جریان را پوشش می دهد
• و برای دوزهای مختلف مواد شیمیایی ایده آل است.
• صرفه جویی در مصرف مواد شیمیایی را در نتیجه صرفه جویی اقتصادی و محیط زیست نیز مزیت دیگر استاتیک میکسرها می باشد.

تصویر پیش توزیع میکسر استاتیک WVM:

• تب قبل از توزیع قبل از اینکه دوباره با استفاده از نرم افزار CFM (محاسبه سیالات محاسباتی) مدل شود
• در آزمایشگاه Chemineer بصری مدل سازی و بهینه سازی شد.
• مواد افزودنی تزریق شده در دیواره لوله توسط برگه پیش توزیع به شکل نعل اسبی پخش می شوند:

استفاده از زبانه پیش توزیع

• اجازه می دهد تا از ساده ترین انژکتورها استفاده شود
• یا یک نازل فلنج دار یا یک رئیس رزوه دار که می تواند خط تزریق مواد شیمیایی به آن متصل شود.
• در صورت لزوم اتصالات تزریق اختصاصی با دستگاه خاموش خروجی شرکتی نیز می تواند به رئیس دیواری نصب شود.
• تب قبل از توزیع برای بهبود کیفیت مخلوط قابل اندازه گیری (CoV) حداقل 10٪
• در طیف گسترده ای از سرعت جریان در مقایسه با استفاده از انژکتور اسپارگر چند سوراخ نشان داده شد.
• بهبود در اختلاط در تعداد کم رینولدز (سرعت 0.1 متر در ثانیه) بیشترین بود.

عناصر اختلاط WVM

• بانک عناصر اختلاط WVM با توجه به برگه پیش توزیع در یک راستا با یکدیگر اما خارج از مرکز قرار گرفته اند.
• نعل اسب افزودنی توزیع شده پس از آن توسط نوک اولین بانک از عناصر WVM گرفتار شده
• و به گردابهای چرخشی محوری در پشت آنها کشیده شده است.
• هر عنصر دو گرداب ایجاد می کند و بنابراین هر بانک هشت مورد را ایجاد می کند.
• بانکهای متوالی گردابها را در طول طول مخلوط کن و برای برخی از طول پایین دست حفظ و تشدید می کنند.

از دست دادن فشار در سراسر مدل های WVM

• می توان با همبستگی حاصل از تحقیق انجام شده
• توسط گروه BHR برای تعیین عوامل اصطکاک برای هر مدل WVM و برای طیف وسیعی از اعداد مختلف رینولدز
• و بانک های عناصر مخلوط پیش بینی کرد. کیفیت مخلوط قابل اندازه گیری (ضریب تنوع یا CoV) در طول همان برنامه آزمون
• در همان دامنه های تعداد رینولدز و تعداد بانک عناصر ، و استفاده از روش های LIF (فلورسانس ناشی از لیزر) ب
• رای اندازه گیری همگنی شعاعی تعیین شد.
• جدول زیر مقایسه طول ، افت فشار بین مدلهای مختلف WVM
• برای دستیابی به همان رقم CoV 0.05 (5٪) در 3 قطر پایین دست از خروجی میکسر است.

میکسر WVM KENICS

• تحقیقات بازار ما به ما نشان داد که میکسر Kenics HEV به دو دلیل اصلی – از دست دادن سر پایین و ساختار باز و غیر مسدود کننده – مورد علاقه صنعت بود.
• از طرف دیگر ، HEV به انژکتورهای نسبتاً طولانی و گران قیمت احتیاج دارد و برای شرایط دبی بسیار پایین مناسب نیست.
• پروژه ای برای ایجاد مزایای کلیدی HEV اما امکان ارائه گزینه های انعطاف پذیرتر متناسب
• با شرایط مختلف جریان و با بهبود طراحی تزریق افزودنی و هزینه های ساخت کمتر در سال 2002 به پایان رسید
• و عملکرد آن توسط گروه BHR (1). طیف جدیدی از میکسرها WVM (Water Vortex Mixer) نامیده می شود.
• اکنون سه طرح مختلف WVM در دسترس است.
• این موارد باعث می شود که پارامترهای اصلی طراحی طول و افت فشار برای دستیابی به یک CoV خاص (2) در یک زمان خاص بهینه شود:

WVM چگونه به نظر می رسد و چگونه کار می کند؟

• میکسرهای WVM از یک نقطه تزریق افزودنی دیواری ساده
• یک زبانه پیش توزیع بلافاصله در پایین دست نقطه تزریق و بانک عناصر مخلوط شکل ذوزنقه ای تشکیل شده اند.
• تعداد بانک عناصر مخلوط بسته به کیفیت مخلوط مورد نیاز برای فرآیند متفاوت است.
• ابعاد ، زاویه حمله و فاصله عناصر اختلاط ذوزنقه ای بین مدل های WVM A ، B و C متفاوت است.
• برگه قبل از توزیع و طرح نقطه تزریق برای همه مدل های WVM یکسان است.

میکسرهای لوله ای (pipe mixers)

در جنسهای فولاد ضد زنگ (stainless steel)، pvc، pp، فولاد کربنی،

و به صورت ثابت و با قابلیت جابه جایی موجود است. با پوششهای گرم و خنک کننده،

انژکتور، نقاط نمونه گیری و تجهیزات ابزار دقیق ساخته شده

و مناسب برای همه صنایع در طیف گسترده ای از اندازه ها: از 10 تا 300 سانتی متر ساخته می شوند.

سیستم های پراکنده کننده گاز(gas dispersion systems)

از دو میکسر متفاوت استفاده می کند، یکی برای تشکیل حباب های گاز و دیگری برای ارائه زمان تماس و انتقال کارآمد توده یا حجم.