Procesy mieszania pełnią bardzo istotną rolę w wielu gałęziach przemysłu, a szczególnie w przemyśle kosmetycznym, spożywczym i chemicznym. Metody projektowania tych procesów są wciąż rozwijane i udoskonalane, ponieważ skuteczne wymieszanie substancji często decyduje o jakości produktu końcowego. Do przeprowadzania procesów mieszania służą specjalistyczne mieszalniki, spośród których, w zależności od rodzaju łączonych substancji i specyfiki prowadzenia procesu, wyróżniamy emulsyfikatory, homogenizatory, reaktory i inne.
Mieszalniki zwykle wykonuje się ze stali nierdzewnej, kwasoodpornej lub tytanu. W zależności od potrzeb mogą być wyposażone w mieszadła zarówno wolnoobrotowe (np. płytowe, łapowe, ramowe, wstęgowe), jak i szybkoobrotowe (np. turbinowe, śmigłowe). O wyborze konkretnego rodzaju mieszadła decyduje specyfika procesu – rodzaj łączonych substancji, ich wzajemne oddziaływania i stopień wymieszania, jaki chcemy uzyskać.
Obecnie, coraz częściej w projektowaniu urządzenia takiego jak mieszalnik zastosowanie mają obliczenia numeryczne.
- Nowoczesne narzędzia, takie jak np. program SolidWorks Flow Simulation pozwalają na symulację ruchu cieczy o zadanych właściwościach i w zadanych warunkach procesowych – wyjaśnia Adam Tymoszewski, właściciel firmy Pro-mill, produkującej aparaturę procesową. – Kiedy projektujemy mieszalnik, przetestowanie różnych rozwiązań konstrukcyjnych jeszcze przed rozpoczęciem produkcji jest nieoceniona.
W specjalistycznych programach możemy dokonać analizy przepływu cieczy i sił działających na komponenty w niej zanurzone dla różnych geometrii mieszania, szybkości obrotowych, itd. Mieszalniki mogą charakteryzować się przepływem promieniowym lub osiowym, w zależności od efektu, który chcemy osiągnąć. Pod tym kątem dobiera się również rodzaj mieszadła: do promieniowych należą np. mieszadło turbinowe, łopatkowe z prostymi łopatkami, kotwicowe, zaś do osiowych zaliczamy np. mieszadło śmigłowe oraz łopatkowe z łopatkami zakrzywionymi.
Kiedy projektujemy mieszalnik, bardzo istotną rolę odgrywa również inżynier mechanik, który powinien ściśle współpracować z inżynierem procesowym.
- To, co z punktu widzenia procesowego jest odpowiednie, nie musi takie być z punktu widzenia mechanicznego. – zwraca uwagę Adam Tymoszewski z firmy Pro-mill. – Dlatego geometrię zaproponowaną przez inżyniera procesowego powinien zweryfikować inżynier mechanik.
Bardzo ważne jest, aby zastosowane mieszadło nie uległo trwałym odkształceniom. Jeśli granica plastyczności nie zostanie przekroczona, do takiej sytuacji nie dojdzie. Dlatego należy zweryfikować naprężenia działające na mieszadło, w czym pomocne są ponownie symulacje komputerowe.
Mieszalniki są urządzeniami, które powszechnie występują w przemyśle i na bardzo wielu ciągach technologicznych mają kluczowe znaczenie. Dlatego ich projekt i wykonanie powinno się powierzać sprawdzonym firmom, korzystającym z najnowszych narzędzi, dzięki którym możemy mieć pewność, że zaproponowano nam najskuteczniejsze ze wszystkich możliwych rozwiązanie.