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Principes de fonctionnement

Les mélangeurs statiques Statiflo peuvent être appliqués à une large gamme d'opérations de processus, y compris le mélange, le dosage, la dispersion et la formation d'émulsion, l'échange de chaleur à flux laminaire, le transfert de masse et en tant que réacteur à flux piston en ligne. Ces processus peuvent être regroupés dans les classifications de mélange suivantes. Les principes de fonctionnement du mélangeur immobile varient en fonction de chaque classification de mélange décrite ci-dessous.

Flux laminaire liquide / liquide de fluides miscibles

Division de flux

Le mécanisme principal de l'écoulement laminaire dans les mélangeurs statiques (nombre de Reynold <2000) est division de flux. Les styles d'élément Statiflo STT, STS et STL sont hélicoïdaux ou pseudo-hélicoïdaux et sont disposés en une série de torsions alternées de 180 ° à gauche et à droite. Le bord d'attaque d'un élément, qui est sur un diamètre, est à 90 ° du bord de fuite de l'élément amont.

En division d'écoulement, le bord d'attaque du premier élément divise les fluides entrant dans le mélangeur en 2 flux, qui sont ensuite tournés de 180 °. Le deuxième élément divise à nouveau le flux, cette fois en 4 flux, suivi d'une nouvelle rotation, en sens inverse, de 180 °. Le troisième élément répète le processus en se divisant en 8 flux, et ainsi de suite. Au fur et à mesure que le nombre de flux ou de couches augmente, l'épaisseur de la couche diminue. En règle générale, 12 à 24 éléments sont nécessaires pour fournir un mélange complet.

La qualité du mélange dépend uniquement du diamètre du mélangeur et du nombre d'éléments et, en flux laminaire, est indépendante du débit et de la viscosité.

Écoulement turbulent liquide / liquide de fluides miscibles

À des nombres de Reynold plus élevés, bien supérieurs à 2000, un deuxième mécanisme de mélange, agissant simultanément avec la division de flux, devient important pour le processus de mélange global:

Mélange radial

En termes généraux, la viscosité du fluide en écoulement turbulent est inférieure à celle en écoulement laminaire. La forme de l'élément est maintenant capable de conférer une rotation de rotation aux fluides, qui change de direction avec chaque élément suivant. Les fluides sont constamment déplacés du centre du tuyau vers la paroi du tuyau et inversement, l'interface entre les éléments étant une zone particulièrement active. Ce mécanisme est appelé mélange radial, qui domine le mécanisme de division de l'écoulement en écoulement turbulent. Il élimine très rapidement les différences radiales, par exemple dans la composition, la couleur, le pH, la température et la vitesse.

Le nombre d'éléments de mélange requis pour obtenir un mélange totalement homogène dans les applications à écoulement turbulent est bien inférieur à celui d'un écoulement laminaire et est généralement de 1.5 à 4 éléments.

Écoulement turbulent liquide / liquide de fluides non miscibles

Le mécanisme de mélange radial est important pour réduire les différences radiales de vitesse et donc de vitesse de cisaillement. L'historique de cisaillement uniforme résulte en une taille de gouttelette moyenne prévisible où environ 80% de la phase dispersée est à ± 20% de la taille moyenne de gouttelette. Un tuyau ouvert, sans mélange contrôlé, fournit une vaste gamme de tailles de gouttelettes avec beaucoup moins de surface de contact entre les phases.

La taille moyenne des gouttelettes dépend de la vitesse, la taille des gouttelettes terminales étant approchée après 4 éléments.

Flux de gaz / liquide

Comme pour les systèmes non miscibles liquide / liquide, les systèmes gaz / liquide fonctionnent selon un principe similaire. Le gaz est dispersé dans toute la phase liquide continue pour produire une taille de bulle terminale uniforme, ce qui contribue à augmenter la vitesse de transfert de masse entre les phases.

L'historique de cisaillement régulier aboutit à une taille de bulle moyenne prévisible où environ 80% des bulles de phase gazeuse dispersées sont à + - 20% de la taille de bulle moyenne. Une fois encore, la taille de la bulle terminale est approchée après 4 éléments.

Écoulement turbulent gaz / gaz

En termes d'ingénierie, les gaz sont des fluides à faible viscosité. Le mélangeur statique Statiflo se comporte de la même manière que dans la classification d'écoulement turbulent Liquide / Liquide.

Flux de particules solides / solides

Les mécanismes de division de l'écoulement et de mélange radial sont fondamentaux pour le mélange de particules à écoulement libre. Cependant, cette classification est complexe en raison du grand nombre de paramètres affectant le débit et la qualité du mélange et constitue un domaine nécessitant une étude plus approfondie.

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