Vortex¶

Samenvatting¶

Een vortex is een draaikolk die ontstaat wanneer een vloeistof tijdens het mengen om de mengas begint te roteren. In plaats van dat de energie van de impeller wordt gebruikt om het product effectief door de tank te laten circuleren, gaat een groot deel van de energie verloren aan het ronddraaien van de volledige vloeistofmassa.

Hoewel een vortex er spectaculair uitziet, is deze in de meeste industriële mengprocessen ongewenst. Een sterke vortex vermindert de mengefficiëntie, kan ongewenste lucht aanzuigen en leidt vaak tot langere mengtijden en een hoger energieverbruik.

Binnen Jongia wordt een vortex meestal voorkomen door de juiste combinatie van impeller, baffles, toerental en tankgeometrie toe te passen.

Theorie¶

Wat is een vortex?¶

Een vortex is een trechtervormige draaikolk die ontstaat aan het vloeistofoppervlak.

De vloeistof draait daarbij vrijwel volledig mee met de impeller.

In het midden ontstaat een verdieping die, bij een sterke vortex, zelfs tot dicht bij de impeller kan reiken.

Hoe ontstaat een vortex?¶

Een vortex ontstaat wanneer de vloeistof voornamelijk een tangentiële stroming volgt.

Dit gebeurt vooral wanneer:

geen baffles aanwezig zijn;
de impeller in het midden van een ronde tank staat;
het toerental hoog is;
de viscositeit laag is.

De vloeistof gaat dan als één geheel ronddraaien.

Waarom is een vortex ongewenst?¶

Een sterke vortex heeft verschillende nadelen.

Een deel van het motorvermogen wordt gebruikt om de vloeistof te laten draaien in plaats van te mengen.

Hierdoor:

neemt de circulatie af;
ontstaan sneller dode zones;
wordt de mengtijd langer;
verslechtert de homogeniteit.

De efficiëntie van de menginstallatie neemt daardoor af.

Luchtinslag¶

Een diepe vortex kan lucht van boven het vloeistofoppervlak mee de tank in trekken.

Dit kan leiden tot:

schuimvorming;
oxidatie;
ongewenste luchtbellen;
slechtere productkwaliteit.

Voor veel producten is dit ongewenst.

Bijvoorbeeld:

voedingsmiddelen;
farmaceutische producten;
coatings;
lijmen.

Invloed op gasdispersie¶

Een vortex en een gecontroleerde gasdispersie zijn twee verschillende verschijnselen.

Bij gasdispersie wordt gas bewust via een sparger of gasinlaat toegevoegd.

Bij een vortex wordt lucht ongecontroleerd vanaf het vloeistofoppervlak aangezogen.

Deze lucht heeft meestal een negatieve invloed op het proces.

Baffles¶

De meest gebruikte methode om een vortex te voorkomen is het toepassen van baffles.

Baffles:

onderbreken de ronddraaiende vloeistof;
verminderen tangentiële stroming;
bevorderen axiale en radiale stroming;
verbeteren de mengwerking.

In veel menginstallaties zijn vier baffles standaard.

Excentrische plaatsing¶

Een vortex kan ook worden verminderd door de mengas niet exact in het midden van de tank te plaatsen.

Een excentrische opstelling:

verstoort de symmetrie;
voorkomt meedraaien van de vloeistof;
vermindert de kans op een draaikolk.

Deze oplossing wordt vooral toegepast wanneer baffles niet gewenst zijn.

Schuin geplaatste as¶

Soms wordt de mengas onder een kleine hoek geplaatst.

Hierdoor ontstaat eveneens een asymmetrische stroming waardoor een vortex minder gemakkelijk kan ontstaan.

Deze oplossing wordt vooral toegepast in kleinere tanks of mobiele mengers.

Invloed van viscositeit¶

Een vortex ontstaat vooral bij vloeistoffen met een lage viscositeit.

Bij hoogviskeuze producten:

is de stroming trager;
ontstaat minder snel een draaikolk;
zijn andere stromingspatronen dominant.

Daarom zijn baffles bij hoogviskeuze processen vaak minder belangrijk.

Wanneer is een vortex wél gewenst?¶

Hoewel een vortex meestal wordt vermeden, zijn er uitzonderingen.

Een beperkte vortex kan nuttig zijn wanneer:

poeders snel vanaf het oppervlak moeten worden aangezogen;
bepaalde additieven moeten worden ingemengd;
een specifiek proces dit vereist.

Ook dan wordt de vortex zorgvuldig gecontroleerd om ongewenste luchtinslag te beperken.

Praktijk bij Jongia¶

Binnen Jongia wordt tijdens de engineering zorgvuldig beoordeeld of een vortex kan ontstaan. Bij de meeste toepassingen worden baffles toegepast om de vloeistof effectief door de tank te laten circuleren en energieverlies te voorkomen.

Wanneer het proces gevoelig is voor luchtinslag, zoals bij voedingsmiddelen of farmaceutische producten, wordt extra aandacht besteed aan de positie van de impeller, het toerental en de tankgeometrie. Bij sommige installaties worden bovendien meerdere impellers of aangepaste stromingspatronen toegepast om een optimale mengwerking zonder vortex te realiseren.

In specifieke toepassingen waarbij poeders vanaf het vloeistofoppervlak moeten worden aangezogen, kan juist bewust gebruik worden gemaakt van een gecontroleerde vortex. Ook in deze gevallen wordt het ontwerp zo gekozen dat de voordelen worden benut zonder ongewenste neveneffecten.

Veelgemaakte fouten¶

Denken dat een grote draaikolk betekent dat goed wordt gemengd. Een zichtbare vortex is vaak juist een teken dat veel energie verloren gaat aan het ronddraaien van de vloeistof.
Vortex verwarren met gasdispersie. Een vortex zuigt ongecontroleerd lucht aan vanaf het oppervlak, terwijl gasdispersie een gecontroleerd proces is.
Baffles weglaten bij laagviskeuze producten. Hierdoor neemt de kans op een sterke vortex aanzienlijk toe.
Alleen het toerental aanpassen. Ook de impeller, tankgeometrie en positie van de mengas bepalen of een vortex ontstaat.
Vergeten dat een kleine vortex soms gewenst kan zijn. Bij bepaalde processen, zoals het snel inzuigen van poeders, kan een gecontroleerde vortex functioneel zijn, mits deze zorgvuldig wordt beheerst.