Vodič za kupce miksera s velikim smicanjem: Odabir rotora i statora, zadatak i dimenzioniranje

Šarža koja bi trebala biti stabilna emulzija i dalje pokazuje vidljive kapljice na stakalcu nakon četrdeset minuta miješanja, a svaki pokušaj da se to popravi povećanjem brzine miješalice jednostavno zagrijava proizvod. Mješalica radi svoj posao — pomiče cijeli spremnik — ali ne radi ono što je zapravo potrebno receptu: stavlja veliku količinu energije u vrlo mali volumen tekućine.

Tome služi mješalica s velikim smicanjem. Kratka verzija, prije detalja: ako je vaš cilj ciljna veličina kapljice ili čestice, potrebno vam je smicanje rotor-stator; ako je vaš cilj miješanje, suspenzija ili prijenos topline, konvencionalni impeler će to učiniti za manje novca i manje topline. Većina razočaravajućih instalacija s velikim smicanjem nisu loše izrađeni strojevi. Oni su pravi stroj primijenjen na krivu dužnost.

Što mješalica s visokim smicanjem zapravo radi

Smicanje je gradijent brzine — razlika u brzini između dva sloja tekućine podijeljena s udaljenošću između njih. Unutar radne glave rotor-stator, vrh rotora prolazi pored nepomične stijenke statora preko razmaka mjerenog u milimetrima. Brzina vrha od 20 m/s preko razmaka od 1 mm odgovara lokalnoj brzini smicanja reda veličine 20 000 recipročnih sekundi. U velikom dijelu istog spremnika, zona pražnjenja impelera rijetko prelazi nekoliko stotina. Ta dva ili tri reda veličine su cijela priča o miješanju s velikim smicanjem.

Gustoća energije, a ne brzina osovine

Snaga motora sama po sebi govori vrlo malo. Brzina smicanja varira ugrubo s vršnom brzinom, dok se snaga u turbulentnom protoku mjeri približno kocki vršne brzine. Udvostručenje brzine udvostručuje smicanje koje proizvod doživljava, ali zahtijeva otprilike osam puta veću snagu, a gotovo sva ta dodatna energija postaje toplina u proizvodu. Skromna rotor-statorska glava može pobijediti mnogo veću mješalicu u stvaranju emulzije, a jako izgubiti od nje u miješanju. Određivanje veličine mora početi od rada jedinice, a ne od snage u kilovatu.

Batch i inline dva su različita stroja

• Šaržna mješalica s velikim smicanjem nosi radnu glavu u posudu, obično na osovini s gornjim ulazom. Cijela serija cirkulira kroz zonu smicanja mnogo puta, tako da recept ima jasnu krajnju točku i jedna posuda radi sve.
• Inline mješalica visokog smicanja pumpa proizvod kroz komoru koja sadrži rotor i stator. Može raditi kao jednostruki prolaz ili kao recirkulacijska petlja, i daje daleko bolju kontrolu temperature jer zona smicanja drži samo mali volumen proizvoda u isto vrijeme.

U svakom slučaju, zona velikog smicanja je mala, a ostatak posude još uvijek mora raditi: dosljedno ubacivanje proizvoda u glavu, izbjegavanje mrtvih zona u kutovima i zadržavanje krutih tvari na dnu. To je pitanje na koje modeliranje toka daje odgovore prije nego što se čelik reže, zbog čega CFD rad opisan na ovoj stranici stranica usluge dinamike fluida je obično prvi korak u teškom projektu disperzije.

Visoko smicanje u odnosu na konvencionalno miješanje: tablica odlučivanja

Većina argumenata specifikacije proizlazi iz tretiranja cjelokupnog miješanja kao jedne operacije. Doista tri operacije dijele tenk.

Ništa od ovoga ne čini konvencionalnu mješalicu zastarjelom. Jedinica odgovarajuće veličine s gornjim ulazom ispravan je stroj za miješanje, suspenziju i prijenos topline, a njegovo uparivanje s zasebnom visokom glavom smicanja za korak disperzije često je jeftinije i fleksibilnije od prisiljavanja jednog stroja da pokriva obje dužnosti. Jedinice kao što je TOPA001DR mješalica s gornjim ulazom dizajnirane su oko tog posla velikog protoka, s brtvama i ležajevima dimenzioniranim za kontinuirani rad, a ne za vršno smicanje.

TOPA001DR Mikser s gornjim ulazom za masovno miješanje i suspenziju Mješalica serije DR s gornjim ulazom za miješanje, suspenziju i prijenos topline, s vertikalnim pogonom, jednostavnom kompaktnom strukturom i opcijama impelera/brtvila za kontinuirane zadatke protoka. Pogledajte proizvod →

Usklađivanje radne glave s viskoznošću i čvrstim tvarima

Viskoznost odlučuje koje su obitelji miješalica uopće dostupne, jer kontrolira može li svježi proizvod teći u zonu smicanja. U glavi rotor-statora razmak je fiksan i uzak; ako proizvod ne otječe u njega, glava se jednostavno vrti u šupljini koju je sama napravila.

• Ispod otprilike 5000 cP, propeleri, turbine s kosim lopaticama i linijski rotor-statori rade, a linijski je obično energetski najučinkovitiji jer pumpa opskrbljuje zonu smicanja umjesto da se oslanja na bulk protok.
• Između 5.000 i 50.000 cP, diskovi za raspršivanje i višestupanjske glave dolaze u obzir. Potvrdite da se proizvod može pumpati ako planirate inline petlju i promatrajte struju motora tijekom pokretanja na ustaljenoj šarži.
• Iznad 50.000 cP, okvir, sidro sa strugačem, vrpca i planetarne geometrije preuzimaju. Mehaničko smicanje više nije ograničavajući čimbenik — prijenos topline kroz gotovo ustajali film jest, a to je ono što strugači i vrpce rješavaju.

Solids dodaje drugo ograničenje. Kohezivni prašci moraju se navlažiti prije nego što se mogu raspršiti, a disk za raspršivanje namjerno povlači vrtlog na površini tako da se prah uvlači u tekućinu umjesto da pluta. Glava rotora i statora vrlo učinkovito razbija nakupine nakon što se smoče, ali ne može smočiti plutajuću splav pigmenta. Za taj prvi korak, brzi raspršivači kao što je serija FS1 uobičajeni su odgovor, s rotor-statorskom glavom koja se uvodi naknadno za fino raspršivanje.

TOPA005 FS1 serija raspršivača velike brzine za vlaženje praha Disperzer serije FS1 s gornjim ulazom za vlaženje kohezivnih prahova prije fine disperzije, s impelerom velike brzine, kompaktnim pogonom i višestrukim opcijama brtvi za dužnosti miješanja. Pogledajte proizvod →

Inline ili Batch: Odaberite toplinu, a ne praktičnost

Visoka glava smicanja koncentrira svoju energiju u malom volumenu, a ta energija završava kao toplina. U šaržnom rasporedu cijela šarža prolazi kroz vruću zonu iznova i iznova, tako da se recept osjetljiv na temperaturu može oštetiti mnogo prije nego što se postigne ciljana disperzija.

Inline petlja mijenja tu aritmetiku. Budući da se samo mali volumen nalazi u zoni smicanja u bilo kojem trenutku, toplina se može ukloniti između prolaza kroz posudu s plaštom ili pločasti izmjenjivač, a petlja može raditi onoliko dugo koliko je potrebno receptu bez kuhanja proizvoda. Inline jedinice također se lakše čiste na mjestu i jednostavnije ih je instrumentirati za kontinuiranu proizvodnju.

Kompromis je fleksibilnost. Glava serije može se podići, očistiti i ponovno upotrijebiti za različite recepte u roku od nekoliko minuta; inline skid posvećen je brzini protoka i obitelji proizvoda. Inline rotor-stator jedinice kao što je homogenizator serije ZJH izgrađene su oko ideje recirkulacije — male posmične komore, pumpe i petlje, tako da kontrola temperature ostaje u spremniku, a ne u miješalici.

TOPH61 serija ZJH homogenizatora za kreme, masti i paste za zube Patentirani ZJH recirkulacijski homogenizator za kreme, masti i paste za zube visoke viskoznosti, koji koristi unutarnju/vanjsku cirkulaciju, vakuumsku emulzifikaciju i automatiziranu obradu u kompaktnim sanitarnim sustavima. Pogledajte proizvod →

Što navesti prije kupnje

1. Ciljana veličina kapljice ili čestice, plus metoda mjerenja koju ćete prihvatiti. "Fino" i "dobro izmiješano" nisu specifikacije, a rezultat laserske difrakcije nije isti dokaz kao slika mikroskopa.
2. Viskoznost na temperaturi procesa, ne na sobnoj temperaturi. Proizvod koji očitava 200 cP kada je hladan može se ponašati vrlo različito na 70 °C, a razmak radne glave mora odgovarati i jednom i drugom.
3. Raspon veličine serije i smanjenje. Ako jedan stroj mora obraditi 20% nominalne šarže, zona smicanja možda neće ostati potopljena i motor može biti jako prevelik.
4. Raspon brzine vrha, pogon i ponašanje pri pokretanju. Kontrola varijabilne frekvencije normalna je na visokoj posmičnoj glavi, a ograničenje zakretnog momenta štiti osovinu kada počne ustaljena serija.
5. Okvašeni materijali i strategija brtvljenja. Abrazivne krute tvari, agresivna CIP kemija i vakuumski rad guraju odluku o brtvi osovine, a mehanička brtva na spremniku za izjednačavanje tlaka ili sifonskom spremniku vrlo je različit servisni zahtjev od jednostavne usne brtve.
6. Pilot testiranje vašeg vlastitog proizvoda. Geometrija glave, razmak i uzorak utora statora u interakciji su s reologijom na načine koje je teško predvidjeti samo iz tablica s podacima.

Ako želite ići dublje u geometriju radne glave i kako dizajn statora mijenja veličinu kapljice, vlastiti pregled stranice dizajn emulgatora visokog smicanja pokriva praktične detalje.

Često postavljana pitanja o miješalicama s velikim smicanjem

Pravilo koje preživljava kontakt sa stvarnim projektima je jednostavno: odlučite koju operaciju jedinice kupujete — protok, disperziju ili emulzifikaciju — i kupite stroj koji je dobar u toj jednoj stvari. Problemi miješanja rijetko ostaju riješeni kada se od jedne radne glave traži da nadmaši sva tri.