Suspenderen¶
Samenvatting¶
Suspenderen is het in beweging houden van vaste deeltjes in een vloeistof, zodat zij niet naar de bodem zakken of bovenop de vloeistof blijven drijven. Het doel is een gelijkmatige verdeling van de vaste stof gedurende het gehele proces te behouden. Anders dan bij oplossen blijven de vaste deeltjes als afzonderlijke deeltjes aanwezig.
Suspenderen is een veelvoorkomende processtap in de voedingsmiddelenindustrie, chemische industrie, farmaceutische industrie, mijnbouw en waterbehandeling. Voorbeelden zijn het mengen van pigmenten, kristallen, mineralen, katalysatoren en poeders in een vloeistof.
Binnen Jongia worden menginstallaties ontworpen om voldoende stroming te creëren zodat de vaste deeltjes continu in suspensie blijven, zonder onnodig veel energie te verbruiken of het product te beschadigen.
Theorie¶
Wat is suspenderen?¶
Bij suspenderen worden vaste deeltjes verdeeld in een vloeistof en voortdurend in beweging gehouden.
De deeltjes:
- lossen niet op;
- blijven als afzonderlijke vaste deeltjes bestaan;
- worden door de stroming gedragen.
Een goed gesuspendeerd product bevat overal ongeveer dezelfde concentratie vaste stof.
Wat is een suspensie?¶
Een suspensie is een mengsel van:
- een vloeistof;
- vaste deeltjes.
Voorbeelden zijn:
- zand in water;
- pigment in verf;
- cacao in melk;
- actieve kool in een vloeistof;
- kristallen in een procesoplossing.
Omdat de vaste stof niet oplost, bestaat altijd de kans op bezinking.
Waarom suspenderen?¶
Suspenderen wordt toegepast om:
- bezinking te voorkomen;
- een homogeen product te behouden;
- reacties gelijkmatig te laten verlopen;
- een constante productkwaliteit te realiseren;
- een gelijkmatige toevoer naar een volgende processtap mogelijk te maken.
Veel industriële processen zijn afhankelijk van een stabiele suspensie.
Bezinking¶
Vaste deeltjes zijn vaak zwaarder dan de vloeistof.
Daardoor zakken zij onder invloed van de zwaartekracht naar de bodem.
De snelheid waarmee dit gebeurt hangt af van:
- de deeltjesgrootte;
- het dichtheidsverschil;
- de viscositeit van de vloeistof;
- de stroming in de tank.
Een menginstallatie moet voldoende energie leveren om deze bezinking tegen te gaan.
Just Suspended Speed (Njs)¶
Een belangrijk begrip bij suspenderen is de Just Suspended Speed (Njs).
Dit is het laagste toerental waarbij:
- geen vaste deeltjes langer op de bodem blijven liggen;
- alle deeltjes regelmatig van de bodem worden opgenomen.
Onder dit toerental ontstaat bezinking.
Boven dit toerental blijven de deeltjes in suspensie.
In de praktijk wordt vaak een iets hoger toerental gekozen om een veiligheidsmarge aan te houden.
Invloed van deeltjesgrootte¶
Grotere deeltjes:
- bezinken sneller;
- vragen meer stroming;
- vereisen meestal een hoger toerental.
Kleinere deeltjes blijven gemakkelijker in suspensie.
Invloed van dichtheid¶
Hoe groter het verschil tussen de dichtheid van de vaste stof en de vloeistof, hoe moeilijker het wordt om de deeltjes in suspensie te houden.
Bij zware materialen zoals:
- metalen poeders;
- mineralen;
- zand;
is meer mengenergie nodig dan bij lichte organische materialen.
Invloed van viscositeit¶
Viscositeit heeft twee tegengestelde effecten.
Een hogere viscositeit:
- remt de bezinking van deeltjes;
- maakt het tegelijkertijd moeilijker om de vloeistof te laten circuleren.
Daarom verandert ook de optimale impellerkeuze.
Geschikte impellers¶
Voor suspenderen worden meestal impellers gebruikt die een sterke axiale stroming creëren.
Veel toegepaste typen zijn:
- Hydrofoil;
- Propeller;
- Pitched Blade.
Deze impellers pompen de vloeistof naar de bodem, waardoor deeltjes worden opgenomen en opnieuw door de tank worden verdeeld.
Down Pumping¶
Bij veel suspensieprocessen wordt gekozen voor down pumping.
De impeller pompt de vloeistof naar beneden.
Hierdoor ontstaat een krachtige stroming langs de tankbodem die bezonken deeltjes losmaakt en opnieuw in suspensie brengt.
Dit is één van de meest gebruikte stromingspatronen voor suspenderen.
Suspenderen versus oplossen¶
Deze begrippen worden vaak met elkaar verward.
| Suspenderen | Oplossen |
|---|---|
| Vaste deeltjes blijven bestaan | Deeltjes verdwijnen volledig |
| Kans op bezinking | Geen bezinking meer |
| Vormt een suspensie | Vormt een oplossing |
| Stroming blijft nodig | Na oplossen is mengen vaak minder kritisch |
Bij suspenderen blijven de vaste deeltjes altijd aanwezig.
Suspenderen versus dispergeren¶
Ook suspenderen en dispergeren verschillen van elkaar.
| Suspenderen | Dispergeren |
|---|---|
| Voorkomen van bezinking | Verdelen van deeltjes |
| Gericht op in beweging houden | Gericht op gelijkmatig verspreiden |
| Deeltjes zijn vaak al verdeeld | Deeltjes worden actief verdeeld of verkleind |
In veel processen worden beide technieken gecombineerd.
Praktijk bij Jongia¶
Binnen Jongia worden veel menginstallaties ontworpen voor processen waarbij vaste stoffen langdurig in suspensie moeten blijven. Engineers bepalen op basis van de eigenschappen van de vaste stof en de vloeistof welk stromingspatroon hiervoor nodig is.
Bij de engineering wordt gekeken naar de deeltjesgrootte, het dichtheidsverschil, de viscositeit van het product en de gewenste verblijftijd van de deeltjes in suspensie. Vaak wordt gekozen voor een impeller met een sterke axiale stroming en een down pumping-configuratie om de bodem effectief schoon te houden.
Bij complexe processen worden stromingsberekeningen en CFD-simulaties gebruikt om te controleren of de volledige tankinhoud voldoende wordt bereikt en of bezinking overal wordt voorkomen.
Veelgemaakte fouten¶
- Suspenderen verwarren met oplossen. Bij een suspensie blijven de vaste deeltjes bestaan en kunnen zij opnieuw bezinken wanneer het mengen stopt.
- Denken dat een hoger toerental altijd beter is. Boven de benodigde Just Suspended Speed levert extra snelheid vaak weinig voordeel op, terwijl het energieverbruik toeneemt.
- Alleen naar de impeller kijken. Ook de tankgeometrie, baffles, vloeistofhoogte en de eigenschappen van de vaste stof bepalen het succes van het proces.
- Het dichtheidsverschil onderschatten. Zware deeltjes vragen aanzienlijk meer stroming dan lichte deeltjes.
- Geen rekening houden met veranderende producteigenschappen. Tijdens een proces kunnen viscositeit, deeltjesgrootte of concentratie veranderen, waardoor ook de benodigde mengintensiteit verandert.