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Flujo Turbulento
La geometría de los elementos tipo “V”
como la de la foto superior es sin duda, la
de mayor éxito en el mercado mundial
debido a la multitud de aplicaciones que se
llevan a cabo en diferentes operaciones unitarias
de la industria como el mezclado, dispersión,
agitación, homogenización, extracción,
y absorción entre otras. Estas operaciones
se realizan principalmente cuando los fluidos
son de baja viscosidad, ya sean gases con gases,
gas/líquido y líquido/líquido,
en donde el factor común es el FLUJO
TURBULENTO.
En el tema de “Mezcla de Gases”,
es muy importante tener una geometría
de elemento de mezcla que homogenice eficientemente
y con una prácticamente nula caída
de presión. Este requerimiento se dá
principalmente en los espacios cortos donde
circulan gases con grandes diferencias de densidad
y/o de temperatura y que pueden formar capas
de flujos estables, cuando las velocidades son
lentas.
Los tamaños típicos de estos mezcladores
son aquellos cuyas aplicaciones se refieren
a grandes instalaciones industriales.
También existen elementos menos sofisticados
y mas económicos (en diámetros
pequeños) que pueden cumplir con la función
arriba descrita en lugares donde el espacio
no está restringido y existe libertad
de longitud, me refiero a los del tipo SMH,
(listón torcido).
Elemento de mezcla tipo “SMH”,
muy útil en operaciones de mezcla de
baja viscosidad.
| APLICACIONES •
Mezcla de gas natural con vapor antes
del reformador catalítico en
plantas de etileno / propileno.
• Mezcla de gas natural con propano
en acerías.
• Mezclado de temperaturas de
aire primario y secundario incluso de
vapor con diesel o queroseno antes de
los quemadores.
• Homogenización de temperatura
y humedad relativa en plantas de secado,
en la producción de papel, textiles,
o en las naves de secado de pintura
automotriz.
• Homogenización de temperaturas
y densidades de vapor provenientes de
diferentes calderas antes de las turbinas
y en el aire antes de los turbocompresores.
• Mezcla de amoniaco con los gases
de cola en plantas DeNOx.
• Grandes instalaciones de aire
acondicionado en edificios, etc.
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En el tema de “Mezcla de gases con líquidos
de baja viscosidad”, el objetivo es mantener
una muy alta concentración de una fase
en la otra, lo que se logra sólo cuando
existe una muy buena área de contacto
interfacial entre ambas y además de la
superficie de contacto existe la geometría
que forza a las fases a contactarse y mantenerse
así continuamente.
Un ejemplo moderno del empleo de estas tecnologías
es el empleo de ozono en lugar del cloro durante
los procesos de tratamiento de aguas, ya que
el ozono es mas reactivo que el cloro destruyendo
la pared celular las bacterias, y no existe
la necesidad de recuperar y / o inhibir mas
adelante el cloro que es altamente corrosivo
y contaminante, lo que influye negativamente
en el costo del proceso.
Esto se logra mediante un rompimiento y homogeneidad
constante en el tamaño de las burbujas
de la fase gaseosa dispersa en la fase líquida
que se desea desinfectar.
| APLICACIONES •
Aumento del área y tiempo de
contacto entre un gas y un líquido
como en la hidrogenación, oxigenación,
alquilación, fosgenación,
etc.
• Ozonización, cloración
en la esterilización de agua
potable.
• Carbonatación de bebidas
con CO2
• Eliminación de sabores
y oxigeno en aceites, grasas comestibles,
o chocolates, mediante agotamiento con
vapor o N2 o CO2.
• Desorción de CO2 con
aire, en los procesos de desadificación.
• Disolución de H2, NH3,
SO2, Cl2, HCl en agua.
• Oxigenación en aguas
de pozo, piscifactorías, producción
de agua potable.
• Lavadores de gases de chimenea,
eliminación de HCl, SO2, H2S
y otros
• Secado de gas natural con trietilenglicol
• Endulzamiento de gas natural
con aminas o CO2, etc.
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Aquí podemos apreciar
el diseño especial para una aplicación
de reacción (oxidación) en donde
se mantienen espacios vacíos cuyas longitudes
se calculan en función de las velocidades
de gas fluyendo en el líquido, y del
tiempo de reacción requerido, mismos
que permiten bajar los costos del mezclador-reactor
sin bajar la eficiencia.
Es muy importante mencionar que podemos predecir
y mantener el tamaño de las burbujas
(rompiéndolas hasta el diámetro
que más convenga) a diferentes condiciones
de operación, incrementando así
la transferencia de masa al aumentar el contacto
interfacial de los componentes. Esto nos brinda
una excelente oportunidad de optimizar el proceso
y consecuentemente la operación.
Referente a la “Mezcla de Líquidos
con Líquidos” se tienen dos opciones;
las que siguen siendo de flujo turbulento y
las que cambian a flujo laminar. En esta parte
continuaremos sólo con las primeras,
las demás se analizan en la sección
correspondiente.
Normalmente los componentes a mezclar son solubles
entre sí y donde se requiere un espacio
muy corto para lograr un alto grado de homogeneidad,
el cual depende de la aplicación particular
de la mezcla y del grado de concentración
de uno de los compuestos en el otro, por ejemplo
es mas fácil mezclar componentes 50 /
50 % en la mezcla, que uno en 1,000 partes,
como es el caso de algunas anilinas en diversos
productos petrolíferos para su fácil
identificación.
| APLICACIONES •
Neutralización de corrientes
ácidas o básicas, y control
de pH.
• Dilución de productos
concentrados en agua.
• Dispersión de polímeros
y sólidos pequeños en
la industria papelera, o de tratamiento
de aguas (floculación).
• Mezclas de aditivos o inhibidores
en corrientes químicas.
• Homogenización de corrientes
para obtener muestras realmente representativas
de la calidad de la mezcla (líneas
de transporte de crudo).
• Inyección y mezcla de
agua para desalado de crudos.
• Homogeneización de aceites
de diferentes grados con aditivos, etc.
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En la foto se aprecia un mezclador
corto de sólo tres elementos de alta
eficiencia para una reacción de neutralización
química instantánea de una base
con ácido fosfórico. Todo construido
en acero inoxidable 316-L.
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