Index¶
Samenvatting¶
Procestechniek beschrijft wat er tijdens het mengen met een product gebeurt. Waar de hoofdstukken over materialen, onderdelen en producten vooral ingaan op de opbouw van een menginstallatie, richt procestechniek zich op de fysische en chemische processen die plaatsvinden in de tank.
Het begrijpen van procestechniek is essentieel voor het ontwerpen van een goede menginstallatie. De keuze van een impeller, het toerental, de tankgeometrie en het benodigde motorvermogen zijn namelijk volledig afhankelijk van het gewenste procesresultaat.
In dit hoofdstuk worden de belangrijkste procestechnische begrippen behandeld die een rol spelen bij industriële mengprocessen.
Theorie¶
Wat is procestechniek?¶
Procestechniek houdt zich bezig met de vraag:
"Wat moet er met het product gebeuren?"
Voorbeelden hiervan zijn:
- homogeniseren;
- dispergeren;
- emulgeren;
- gasdispersie;
- fermentatie;
- oplossen;
- suspenderen;
- warmteoverdracht.
Het gewenste proces bepaalt uiteindelijk hoe een menginstallatie wordt ontworpen.
Van producteigenschappen naar mengproces¶
Voordat een menginstallatie kan worden ontworpen, moeten de eigenschappen van het product bekend zijn.
Belangrijke procesgegevens zijn onder andere:
- viscositeit;
- dichtheid;
- temperatuur;
- druk;
- deeltjesgrootte;
- dichtheidsverschillen;
- schuimvorming;
- gevoeligheid voor shear.
Deze eigenschappen bepalen welke mengtechniek geschikt is.
Stromingspatronen¶
Een impeller brengt een vloeistof niet willekeurig in beweging.
Afhankelijk van het ontwerp ontstaat een specifiek stromingspatroon.
De belangrijkste stromingsvormen zijn:
- axiale stroming;
- radiale stroming;
- tangentiële stroming.
Het stromingspatroon bepaalt hoe snel en hoe efficiënt een product wordt gemengd.
Baffles¶
Baffles spelen een belangrijke rol bij veel mengprocessen.
Zij:
- voorkomen een draaikolk;
- verbeteren de circulatie;
- verhogen de mengefficiëntie;
- verkorten vaak de mengtijd.
De combinatie van impeller en baffles bepaalt voor een groot deel de prestaties van de installatie.
Veelvoorkomende mengprocessen¶
Afhankelijk van het doel van het proces kan een menginstallatie worden ontworpen voor:
- homogeniseren;
- dispergeren;
- emulgeren;
- gasdispersie;
- oplossen;
- suspenderen;
- warmteoverdracht;
- fermentatie.
Sommige installaties voeren meerdere van deze processen tegelijkertijd uit.
Procesparameters¶
Tijdens het mengen spelen verschillende procesvariabelen een rol.
Belangrijke parameters zijn:
- toerental;
- mengtijd;
- vermogen;
- temperatuur;
- druk;
- viscositeit;
- dichtheid;
- shear.
Het aanpassen van één parameter heeft vaak invloed op meerdere andere aspecten van het proces.
Procesdoel bepaalt het ontwerp¶
Een veelgemaakte fout is te denken dat een menginstallatie altijd hetzelfde werkt.
In werkelijkheid wordt vrijwel ieder ontwerp afgestemd op het procesdoel.
Bijvoorbeeld:
- een fermentor vraagt een andere impeller dan een verfmenger;
- een hoogviskeus product vraagt een andere stroming dan water;
- een emulsie vraagt meer shear dan een homogenisatieproces.
Daarom begint ieder ontwerp met een analyse van het gewenste proces.
Simuleren en optimaliseren¶
Bij complexe processen worden steeds vaker simulaties gebruikt.
Met behulp van Computational Fluid Dynamics (CFD) kan vooraf worden onderzocht:
- hoe de vloeistof stroomt;
- waar dode zones ontstaan;
- hoe lang homogenisatie duurt;
- hoe gasbellen zich gedragen;
- hoe warmte wordt verdeeld.
Hierdoor kan een ontwerp worden geoptimaliseerd voordat de installatie wordt gebouwd.
Onderwerpen in dit hoofdstuk¶
In dit hoofdstuk worden onder andere de volgende onderwerpen behandeld:
Stromingsleer¶
- Axiale stroming
- Radiale stroming
- Tangentiële stroming
- Baffles
Producteigenschappen¶
- Dichtheid
- Viscositeit
- Shear
- Reynoldsgetal
Mengprocessen¶
- Homogeniseren
- Dispergeren
- Emulgeren
- Gasdispersie
- Fermentatie
- Oplossen
- Suspenderen
Procesoptimalisatie¶
- Mengtijd
- Vermogen
- Warmteoverdracht
- Massaoverdracht
- CFD-simulaties
Samen vormen deze onderwerpen de theoretische basis voor het ontwerpen, analyseren en optimaliseren van industriële mengprocessen.
Praktijk bij Jongia¶
Binnen Jongia vormt procestechniek het uitgangspunt van vrijwel ieder project. Engineers beginnen niet met de keuze van een impeller of motor, maar met het analyseren van het proces dat de klant wil uitvoeren. Pas wanneer duidelijk is wat het gewenste eindresultaat is, wordt bepaald welke mengtechniek daarvoor het meest geschikt is.
Tijdens de engineering worden producteigenschappen, procescondities en klantwensen gecombineerd om een installatie te ontwerpen die niet alleen technisch goed functioneert, maar ook efficiënt, betrouwbaar en onderhoudsvriendelijk is. Voor complexe toepassingen worden regelmatig CFD-simulaties en praktijkproeven ingezet om de prestaties van het ontwerp te valideren.
Deze procesgerichte aanpak zorgt ervoor dat iedere menginstallatie optimaal aansluit op de specifieke toepassing van de klant.
Veelgemaakte fouten¶
- Denken dat een menginstallatie het uitgangspunt is. In werkelijkheid bepaalt het proces welke installatie nodig is.
- Alle aandacht richten op de impeller. Ook tankgeometrie, baffles, toerental en producteigenschappen zijn bepalend voor het resultaat.
- Producteigenschappen onderschatten. Viscositeit, dichtheid en sheargevoeligheid hebben grote invloed op het ontwerp.
- Verschillende mengprocessen door elkaar halen. Homogeniseren, dispergeren, emulgeren en gasdispersie hebben ieder een eigen doel en vragen vaak om een andere aanpak.
- Vergeten dat procestechniek een samenspel is van meerdere disciplines. Een succesvol mengproces ontstaat door de juiste combinatie van mechanica, stromingsleer, materiaalkunde en proceskennis.