Príručka kupujúceho mixéra s vysokým strihom: Výber rotora a statora, výkon a dimenzovanie

Šarža, ktorá by mala byť stabilnou emulziou, stále vykazuje viditeľné kvapôčky na ponornom sklíčku po štyridsiatich minútach miešania a každý pokus o nápravu zvýšením rýchlosti miešadla produkt jednoducho zohreje. Miešadlo robí svoju prácu – pohybuje celou nádržou – ale nerobí jedinú vec, ktorú recept skutočne potrebuje: vkladá veľké množstvo energie do veľmi malého objemu kvapaliny.

Na to slúži mixér s vysokým strihom. Krátka verzia, pred detailom: ak je vaším cieľom cieľová veľkosť kvapiek alebo častíc, potrebujete strih rotor-stator; ak je vaším cieľom miešanie, suspendovanie alebo prenos tepla, konvenčné obežné koleso to urobí za menej peňazí a menej tepla. Väčšina neuspokojivých zariadení s vysokým strihom nie sú zle postavené stroje. Sú tým správnym strojom aplikovaným na nesprávnu povinnosť.

Čo vlastne robí mixér s vysokým strihom

Strih je gradient rýchlosti - rozdiel v rýchlosti medzi dvoma vrstvami tekutiny vydelený vzdialenosťou medzi nimi. Vo vnútri pracovnej hlavy rotor-stator prechádza špička rotora popri stacionárnej stene statora cez medzeru meranú v milimetroch. Rýchlosť hrotu 20 m/s cez 1 mm medzeru zodpovedá lokálnej šmykovej rýchlosti rádovo 20 000 recipročných sekúnd. Vo veľkej časti tej istej nádrže zóna vypúšťania obežného kolesa zriedka presahuje niekoľko stoviek. Tieto dva alebo tri rády sú celým príbehom vysokošmykového miešania.

Hustota energie, nie rýchlosť hriadeľa

Samotný výkon motora vám prezradí veľmi málo. Šmyková rýchlosť sa mení približne s rýchlosťou hrotu, zatiaľ čo výkon v turbulentnom toku sa mení s hodnotou blízkou tretej mocnine rýchlosti hrotu. Zdvojnásobenie rýchlosti zdvojnásobí šmyk, ktorý produkt vidí, ale vyžaduje si približne osemnásobok výkonu a takmer všetka táto energia navyše sa v produkte stane teplom. Skromná hlava rotor-stator môže pri vytváraní emulzie poraziť oveľa väčšie miešadlo a pri miešaní s ním zle strácať. Dimenzovanie musí začínať prevádzkou jednotky, nie menovitým výkonom v kilowattoch.

Dávkové a inline sú dva rôzne stroje

• Dávkový mixér s vysokým strihom prenáša pracovnú hlavu do nádoby, zvyčajne na hriadeli s horným vstupom. Celá dávka cirkuluje mnohokrát cez šmykovú zónu, takže recept má jasný koniec a jedna nádoba robí všetko.
• Inline mixér s vysokým strihom čerpá produkt cez komoru obsahujúcu rotor a stator. Môže bežať ako jeden prechod alebo ako recirkulačná slučka a poskytuje oveľa lepšiu reguláciu teploty, pretože šmyková zóna pojme naraz len malý objem produktu.

Či tak alebo onak, oblasť vysokého šmyku je malá a zvyšok nádoby má stále čo robiť: dôsledné podávanie produktu do hlavy, vyhýbanie sa mŕtvym zónam v rohoch a zadržiavanie pevných látok na dne. To je otázka, na ktorú odpovedá modelovanie toku pred rezaním akejkoľvek ocele, a preto je práca CFD popísaná na tejto stránke servisná stránka dynamiky tekutín je zvyčajne prvým krokom v náročnom projekte rozptylu.

Vysoký strih verzus konvenčné miešanie: Rozhodovacia tabuľka

Väčšina argumentov týkajúcich sa špecifikácie pochádza z toho, že celé miešanie sa považuje za jednu operáciu. Sú to skutočne tri operácie, ktoré sa stanú zdieľaním nádrže.

Nič z toho nerobí konvenčné miešadlo zastaraným. Správne dimenzovaná jednotka s horným vstupom je tým správnym strojom na miešanie, suspendovanie a prenos tepla a jej spárovanie so samostatnou hlavou s vysokým strihom pre krok disperzie je často lacnejšie a flexibilnejšie ako prinútiť jeden stroj, aby pokryl obe úlohy. Jednotky ako TOPA001DR s horným vstupom mixéra sú navrhnuté tak, aby vyhovovali tejto úlohe s objemovým prietokom, s usporiadaním tesnení a ložísk dimenzovaných na nepretržitú prevádzku a nie na špičkový strih.

TOPA001DR Top-Entry mixér na hromadné miešanie a zavesenie Špičkový mixér série DR na miešanie, suspenziu a prenos tepla, s vertikálnym pohonom, jednoduchou kompaktnou konštrukciou a možnosťami obežného kolesa/tesnenia pre nepretržité úlohy s objemovým prietokom. Zobraziť produkt →

Prispôsobenie pracovnej hlavy viskozite a tuhým látkam

Viskozita rozhoduje o tom, ktoré rodiny mixérov sú vôbec k dispozícii, pretože kontroluje, či čerstvý produkt môže prúdiť do šmykovej zóny. V hlave rotor-stator je medzera pevná a úzka; ak do nej nebude stekať produkt, hlava sa jednoducho otáča v dutine vlastnej výroby.

• Pod približne 5 000 cP pracujú vrtule, turbíny so šikmými lopatkami a radový rotor-stator a radový rotor je zvyčajne energeticky najefektívnejší, pretože čerpadlo zásobuje šmykovú zónu namiesto spoliehania sa na objemový prietok.
• Medzi 5 000 a 50 000 cP prichádzajú na rad dispergačné kotúče a viacstupňové hlavy. Potvrďte, že produkt je možné čerpať, ak plánujete inline slučku, a sledujte prúd motora počas spúšťania na ustálenej dávke.
• Nad 50 000 cP preberá geometria rámu, kotvy so škrabkou, stuhy a planét. Mechanické šmyky už nie sú limitujúcim faktorom – prenos tepla cez takmer stojatý film áno, a to riešia škrabky a pásky.

Pevné látky pridávajú druhé obmedzenie. Súdržné prášky musia byť navlhčené predtým, ako môžu byť dispergované, a dispergačný disk zámerne ťahá vír na povrch, takže prášok je vťahovaný do kvapaliny a nie plávajúci. Hlava rotora a statora veľmi účinne rozkladá aglomeráty, keď sú navlhčené, ale nedokáže zmáčať plávajúcu vrstvu pigmentu. Na tento prvý krok sú zvyčajnou odpoveďou vysokorýchlostné rozptyľovače, ako napríklad séria FS1, s hlavou rotor-stator privedenou neskôr na jemné rozptýlenie.

Vysokorýchlostný dispergátor radu TOPA005 FS1 na zmáčanie prášku Špičkový dispergátor série FS1 na zmáčanie kohéznych práškov pred jemnou disperziou, s vysokorýchlostným obežným kolesom, kompaktným pohonom a viacerými možnosťami tesnenia pre účely miešania. Zobraziť produkt →

Inline alebo Batch: Vyberte si na teplo, nie na pohodlie

Hlava s vysokým strihom sústreďuje svoju energiu do malého objemu a táto energia končí ako teplo. V dávkovom usporiadaní celá dávka prechádza cez horúcu zónu znova a znova, takže receptúra ​​citlivá na teplotu môže byť poškodená dlho pred dosiahnutím cieľa rozptylu.

Inline slučka mení túto aritmetiku. Pretože v strihovej zóne sa v každom okamihu nachádza len malý objem, teplo sa môže odvádzať medzi prechodmi cez plášťovú nádobu alebo doskový výmenník a slučka môže bežať tak dlho, ako to recept potrebuje, bez varenia produktu. Inline jednotky sa tiež ľahšie čistia na mieste a sú jednoduchšie na prístroje pre nepretržitú výrobu.

Kompromisom je flexibilita. Dávkovú hlavu možno zdvihnúť, vyčistiť a znova použiť pre iný recept v priebehu niekoľkých minút; inline lyžina je viazaná na prietok a rodinu produktov. Inline jednotky rotor-stator, ako je homogenizér série ZJH, sú postavené na myšlienke recirkulácie - malá šmyková komora, čerpadlo a slučka, takže regulácia teploty zostáva skôr v nádrži než v mixéri.

TOPH61 Series ZJH Homogenizátor pre krémy, masti a zubné pasty Patentovaný recirkulačný homogenizátor ZJH pre krémy, masti a zubné pasty s vysokou viskozitou, využívajúci vnútornú/vonkajšiu cirkuláciu, vákuovú emulgáciu a automatizované spracovanie v kompaktných sanitárnych systémoch. Zobraziť produkt →

Čo špecifikovať pred kúpou

1. Cieľová veľkosť kvapky alebo častíc plus metóda merania, ktorú akceptujete. "Jemné" a "dobre zmiešané" nie sú špecifikácie a výsledok laserovej difrakcie nie je rovnaký dôkaz ako obraz z mikroskopu.
2. Viskozita pri procesnej teplote, nie pri izbovej teplote. Produkt, ktorý za studena ukazuje 200 cP, sa môže pri teplote 70 °C správať veľmi odlišne a medzera pracovnej hlavy musí vyhovovať obom.
3. Rozsah veľkosti dávky a vypnutie. Ak jeden stroj musí zvládnuť 20 % nominálnej dávky, šmyková zóna nemusí zostať ponorená a motor môže byť príliš predimenzovaný.
4. Rozsah otáčok hrotu, jazdné a štartovacie správanie. Regulácia premenlivej frekvencie je normálna na hlave s vysokým strihom a limit krútiaceho momentu chráni hriadeľ pri spustení ustálenej dávky.
5. Zmáčané materiály a stratégia tesnenia. Abrazívne pevné látky, agresívna chémia CIP a vákuová prevádzka, to všetko ovplyvňuje rozhodnutie o tesnení hriadeľa a mechanické tesnenie na tlakovej vyrovnávacej nádrži alebo sifónovej nádrži je veľmi odlišná servisná požiadavka od jednoduchého okrajového tesnenia.
6. Pilotná skúška na vašom vlastnom produkte. Geometria hlavy, medzera a vzor štrbín statora interagujú s reológiou spôsobmi, ktoré je ťažké predpovedať len z údajových listov.

Ak chcete ísť hlbšie do geometrie pracovnej hlavy a toho, ako dizajn statora mení veľkosť kvapiek, vlastný prehľad dizajn emulgátora s vysokým strihom pokrýva praktické detaily.

Často kladené otázky o mixéroch s vysokým strihom

Pravidlo, ktoré prežije kontakt so skutočnými projektmi, je jednoduché: rozhodnite sa, ktorú jednotkovú operáciu kupujete – prietok, disperziu alebo emulgáciu – a kúpte si stroj, ktorý je v tejto jednej veci dobrý. Problémy s miešaním len zriedka zostanú vyriešené, keď sa od jednej pracovnej hlavy požaduje, aby excelovala vo všetkých troch.