۱ مقدمه

استاتیک میکسر یک وسیله برای اختلاط دو سیال است. استاتیک میکسر برای اختلاط گازها، پراکنده کردن گاز در مایع یا مایعات مخلوط نشدنی استفاده می شود. این وسیله شامل اجزا های اختلاط در داخل یک لوله استوانه ای یا مربعی اسـت کـه مـی توانند قطری از ۶ میلیمتر تا ۶ متر داشته باشند. اجزا های استاتیک میکسر شامل یک سری تیغه است که از فلز یا انواع پلاسـتیک ساخته می شود. همین طور، محفظه میکسر نیز می تواند از پلاستیک یا فلز ساخته شود. موادی که برای ساختار استاتیک میکسـر استفاده می شود شامل پلی پروپیلن ، تفلون و پلی استات است.[۱]

جریان مواد درون میکسر حرکت می کند و با عبور از اجزا های ثابت، به صورت پیوسته مخلوط می شود. اختلاط کامل بـه خیلی از عوامل همچون خواص جریان، قطر داخلی لوله، تعداد اجزا ها و طراحی آن ها و… وابسته است.

استاتیک میکسر اولینبار در ۲۹ نوامبر ۱۹۶۵ توسط شرکت Arthur D.little به عنوان یک وسیله مخلوطکننده، اختراع شد .[۱]

یک استاتیک میکسر به صورت همزمان می تواند سه الگوی جریان، تقسیم جریان و اختلاط شـعاعی و جریـان برگشـتی را تولید کند.[۱]

تقسیم جریان: در جریان آرام، جریان ها با برخورد به لبه جلویی هر اجزا میکسر تقسیم می شوند و کانال هـایی بـه وسـیله شکل اجزا ها به وجود می آید. هر اجزا بعدی، جریان را به دوکانال بیشتر تقسیم می کند، در نتیجه در یک آزمایش جریان لایه ای بیشتری بوجود می آید.

اختلاط شعاعی: هم در جریان آرام و هم مخشوش، دوران چرخشی یک سیال اطراف مرکز هیدرولیکی خودش در هر کانال میکسر باعث اختلاط شعاعی می شود. این نوع اختلاط گرادیان شعاعی در دما، سرعت و ترکیب مواد کاهش می یابد.

جریان برگشتی: هم در جریان آرام و هم مخشوش، با برخورد جریان به نقطه تماس بین اجزا هـا، جهـت جریـان معکـوس می شود.

امروزه استاتیک میکسر کاربردهای وسیعی پیدا کرده است. یک کاربرد عمومی بـرای اسـتاتیک میکسـر شـامل اخـتلاط دو ماده چسبنده است. دیگر کاربردها شامل تصفیه فاضلاب و فرآیندهای شیمیایی می شود. استاتیک میکسرها می تواند در پالایشگاه نفت یا گاز استفاده شود. به عنوان مثال برای نمک زدایی نفت خام در استاتیک میکسر تولید پلیمر می توانـد بـرای واکـنش هـای پلیمراسیون یا برای اختلاط اضافه کننده های مایع استفاده کرد.[۱]

شکل :۱ نمایی نزدیک از اجزا های استاتیک میکسر [۱]

دومین همایش ملی هیدرات گازی ایران ۲۵-۲۶ اردیبهشت ۱۳۹۲، دانشکده مهندسی شیمی، نفت و گاز دانشگاه سمنان

-۲ کارهای انجام شده در این زمینه

-۱-۲ تاثیر طراحی اجزا ها بر سرعت تشکیل هیدرات

تاجیما و همکاران بر روی تاثیر شکل و هندسه اجزا های استاتیک میکسر در تولید هیدرات به مطالعه پرداخته اند. آنهـا در این پژوهش چهار استاتیک میکسر با هندسه متفاوت استفاده کرده اند کـه طراحـی و سـاخت آنهـا را بـرای فشـار بـالا در شـرکت Noritake انجام شده است. همه ی میکسرها دارای ۲۴ اجزا مخلوط کننده با نسـبت تناسـب طـول بـه قطـر ۱/۵ هسـتند. قطـر خارجی هر اجزا مخلوط کننده ۱۰/۶ میلی متر است که در شکل ۲ نشان داده شده اند.[۲]

شکل :۲ شکل استاتیک میکسرها[۲]

قاعده کلی مخلوط کردن استاتیک میکسرها شامل سه علمکرد مخلوطی است: تقسیم جریـان، جریـان برگشـتی و جریـان شعاعی. یک جریان سیال که به داخل میکسر می رود، درجلوی اجزا های مخلوط کننده تقسیم می شـود (تقسـیم جریـان). وقتـی جریان از اجزا ها عبورکرد، سیال به وسیله یک چرخش شعاعی در داخـل اجـزا هـای مخلـوط کننـده مخلـوط مـی شـود (جریـان شعاعی). جهت جریان در نقطه تماس بین اجزا ها معکوس می شود (جریان برگشتی). یک استاتیک میسکر خوب همه ی این سـه نوع را فراهم می کند.

از طرف دیگر، استاتیک میکسرهای اصلاح شده که حداقل یکی از سه مورد مخلوط کردنی که در بـالا توضـیح داده شـد را ندارد که به صورت خلاصه در شکل ۳ آمده است.

دومین همایش ملی هیدرات گازی ایران ۲۵-۲۶ اردیبهشت ۱۳۹۲، دانشکده مهندسی شیمی، نفت و گاز دانشگاه سمنان

شکل :۳ نوع جریان در استاتیک میکسرها[۲]

استاتیک میکسر نوع M(MSM) با دونوع اجزا مخلوط کننده با زاویه صفر درجه به هم وصل شده اند. پس تقسیم جریان دراین نوع وجود ندارد.

استاتیک میکسر نوع R(RSM) ، استاتیک میکسری است که همه ی اجزا های مخلوط کننده ی آن با زاویه ۱۸۰ درجـه به سمت راست پیچ خوردگی دارد و در نتیجه جریان برگشتی در نقطه تماس بین اجزا ها وجود ندارد و به عبارتی جریان برگشـتی نداریم.

استاتیک میکسر حلزونی (SSM) استاتیک میکسری است که همه ی اجزا های مخلـوط کننـده ی آن بـا زاویـه ی صـفر درجه به سمت راست پیچ خوردند و در نتیجه جریان برگشتی و تقسیم جریان در آن وجود ندارد.

شکل ۴ سیستم آزمایشگاهی مورد اسـتفاده بـرای تولیـد هیـدرات را نشـان مـی دهـد. همـه ی آزمـایش هـا همفشـار ۷) مگاپاسکال) و همدما ۲۷۷)کلوین)، در ناحیه پایدار ترمودینامیکی تشیل هیدرات CO2 انجام می شود.

شکل :۴ شماتیک دستگاه آزمایش[۲]

دومین همایش ملی هیدرات گازی ایران ۲۵-۲۶ اردیبهشت ۱۳۹۲، دانشکده مهندسی شیمی، نفت و گاز دانشگاه سمنان

رفتار تشکیل هیدرات و اختلاط به وسیله یک دوربین دیجیتال در واحد مشاهده که بعد از واحـد اسـتاتیک میکسـر اسـت ضبط شده و عکس های گرفته شده مورد بررسی قرارمی گیرد. آنالیزهای اختلاط و رفتارهای تشکیل هیـدرات بـه عنـوان تـابعی از سرعت جریان CO2 مایع و آب در چهار استاتیک میکسر بدست آورده و مورد بررسی ومقایسه قرار گرفته اند که نتایج زیر بدسـت آمده است.

تقسیم جریان برای تشکیل تکه های بزرگ هیدرات در استاتیک میکسر مهم است اما ضروری نیست. با کمک تـابع جریـان برگشتی ، تکه های بزرگ هیدرات تحت شرایط سرعت پایین تر آب (ناحیه جریان آرام) و سرعت CO2 بـالاتر تشـکیل مـی شـود. جریان برگشتی برای ازبین بردن لایه هیدرات روی سطح CO2 مایع لازم است. درنتیجه تکه های هیدرات پراکنده در کنار قطرات کوچک CO2 مایع می توانند تحت شرایط سرعت بالاتر آب بدست آیند (ناحیه انتقـال بـه سـمت ناحیـه جریـان مغشـوش) تنهـا اختلاط شعاعی ممکن است به اندازه کافی در تشکیل تکه های بزرگ هیدرات یا ذرات تأثیر نداشته باشد اما امکان دارد در تشـکیل آن ها به کمک دیگر تابع های جریان بیاید.[۲]