Руководство по выбору диспергирующей лопасти: скорость наконечника, геометрия и срок службы для промышленного смешивания

Пигментную пасту, которая останавливается при показателе Хегмана, равном 5, или катодную суспензию, в которой по прошествии девяноста минут все еще наблюдаются агломераты, обычно винят в этом мельнице. Во многих случаях, которые нас просят рассмотреть, причина кроется в конце вала: рассеивающем лезвии.

Короткий ответ: дисперсионное лезвие хорошо справляется с одной задачей. Он смачивает порошок в жидкость и разбивает агломераты на кончиках зубьев. Он не уменьшает первичные частицы, не стабилизирует суспензию и не может компенсировать вал, установленный в центре резервуара без перегородок. Когда скорость наконечника, диаметр диска, геометрия зубьев, положение лезвия и материал соответствуют рецептуре, большинство паст и суспензий достигают заданной крупности за 20–40 минут. Когда один из этих пяти неверен, время замеса обычно удваивается, и дополнительное время нагревает продукт, а не диспергирует его.

Приведенные ниже цифры представляют собой типичные промышленные диапазоны, взятые из стандартной практики смешивания. Рассматривайте их как отправную точку для испытания вашей собственной формулы.

Что делает дисперсионное лезвие и чего оно не может

Каждая дисперсия состоит из трех шагов. Смачивание заменяет воздушный слой на частице жидкостью. Деагломерация разделяет кластеры, удерживаемые вместе силами Ван-дер-Ваальса. Стабилизация не позволяет этим частицам повторно формировать кластеры, и это скорее формулировочное решение, чем аппаратное.

Лезвие действует только на средней ступеньке и только в тонкой зоне. Скорость сдвига достигает максимума в пределах нескольких миллиметров от кончика зуба и быстро снижается, поэтому диску диаметром 250 мм, работающему со скоростью 20 м/с внутри резервуара емкостью 10 000 литров, все еще требуется полчаса. Зона сдвига должна проходить через всю партию, а время партии определяется оборотом, а не только количеством оборотов в минуту.

Отсюда следует два вывода. Дисперсионный нож — неправильный инструмент для настоящего измельчения: если размер первичных частиц составляет 0,2 микрона, а агломератов в резервуаре — 20 микрон, зубчатый диск уменьшит партию примерно до первоначального размера и на этом остановится. А все, что мешает прокачиванию смеси мимо диска — центрированный вал, отсутствие перегородок, слишком мало свободной жидкости, оседающие на основании твердые частицы — превращает хорошую лопасть в дорогую лопатку.

Геометрия дисперсионной лопатки: какой профиль выполняет какую работу

При одинаковой мощности двигателя геометрия решает, получите ли вы сдвиг или поток.

• Пилообразный диск: плоский диск с от 8 до 24 зубцами по ободу. Почти вся входная энергия превращается в локальный сдвиг и очень малая часть идет на перекачку, а это именно то, что нужно для смачивания и разрушения агломерата.
• Диск с прорезями или перфорацией: тот же внешний профиль с отверстиями на лицевой стороне. Материал течет через диск, а не вокруг него, карман с низким сдвиговым усилием в центре сжимается, а пасты с вязкостью от 2000 до 5000 сП ведут себя лучше, чем со сплошной пластиной.
• Головка ротор-статора: зубчатый ротор внутри статора с прорезями с зазором в несколько миллиметров. Он производит наиболее интенсивный сдвиг, но в очень небольшом объеме, поэтому производительность на киловатт ниже, а высокие загрузки твердых частиц непрактичны.
• Пропеллеры и турбины: генераторы потока со скоростью от 3 до 8 м/с. Они смешивают и суспендируют твердые вещества, но не разрушают агломераты пигментов с практической скоростью.

На приведенной ниже диаграмме профили сравниваются качественно. Оценки представляют собой индексы ориентации, а не измеренные значения.

Скорость наконечника и диаметр диска: два показателя, определяющие тонкость

Скорость наконечника равна пи, умноженному на диаметр диска, умноженному на скорость вращения. Диск диаметром 250 мм, вращающийся со скоростью 1500 об/мин, движется со скоростью 19,6 м/с, комфортно находясь внутри рассеивающего окна. Диску диаметром 150 мм для достижения того же показателя требуется около 2400 об/мин, поэтому диски меньшего размера в больших резервуарах редко дают результат.

В общепринятых источниках смешивания скорость пилообразного диспергирования составляет от 18 до 25 м/с. При скорости ниже 15 м/с агломераты выдерживают проход. При скорости выше 25 м/с дополнительная энергия в основном переходит в тепло, воздухововлечение и более быстрый износ зубьев, а не в более тонкое шлифование.

Масштабирование следует тем же цифрам. Поддерживайте постоянную скорость наконечника, когда речь идет о диспергировании, и сохраняйте постоянную мощность на единицу объема, когда речь идет о смешивании или взвешивании твердых частиц. Это частая причина, по которой пилотную партию невозможно воспроизвести в промышленном масштабе.

Высокоскоростной диспергатор серии TOPA005 FS1 Основываясь на многолетнем опыте и уникальных технологиях Top, а также на применении передовых технологий измерения и анализа, мы разработали высокоэффективные рабочие колеса с... Посмотреть продукт →

Подбор лезвия в зависимости от вязкости и загрузки твердых частиц

Вязкость при температуре процесса, а также загрузка твердых частиц определяют аппаратное обеспечение. В таблице ниже приведены практические отправные точки для первого испытания.

Жидкость аккумулятора находится в средней полосе: высокое содержание твердых частиц, абразивный активный материал и диск с прорезями, который обычно превосходит цельную пластину, поскольку материал продолжает двигаться через поверхность диска, а не только вокруг обода. Примеры продукции собраны в нашем промышленность литиевых батарей примечания к проекту.

Высокоскоростной диспергатор серии TOPH51 FL Эта серия дисперсионных смесителей может быть оснащена зубчатым дисперсионным лотком для высокоскоростного перемешивания дисперсии или различными типами мешалок для перемешивания... Посмотреть продукт →

Материал, твердость и срок службы

Большинство промышленных дисперсионных дисков изготовлены из нержавеющей стали 304 или 316L. Это соответствует органическим пигментам и гигиеническим требованиям. Он не подходит для рутилового диоксида титана, оксида железа, керамических наполнителей или активного катодного материала, где абразивная суспензия может скруглить края зубьев в течение нескольких сотен часов работы.

Для абразивной работы возможны варианты: закаленная мартенситная или дуплексная нержавеющая сталь, закаленный и отшлифованный профиль зубьев или полимерное покрытие, при котором необходимо избегать загрязнения металлом. Двумя ранними признаками износа являются смещающаяся вверх тонкость помола и постепенное увеличение времени замеса. Измеряйте радиус кромки зуба во время плановых остановов: как только он достигнет примерно 0,5–1 мм, локальный сдвиг, вызывающий деагломерацию, практически исчезнет.

Баланс также имеет значение на этих скоростях. Диск, вращающийся со скоростью 20 м/с на консольном валу, превращает дисбаланс и биение в вибрацию, а затем в выход из строя уплотнения или подшипника. Поставщики, моделирующие крыльчатку и бак перед выставлением цены, используют CFD-анализ потоков например, может показать, где на самом деле находится зона с высоким сдвигом, что помогает на этапе спецификации больше, чем номинальная мощность двигателя.

Геометрия установки: смещение, перегородки и высота диска

Аппаратное обеспечение – это половина ответа. Позиция – вторая половина.

• Смещение вала: установите вал на расстоянии от 1/6 до 1/4 диаметра резервуара от центра. Центрированный вал в резервуаре без перегородок позволяет всей партии вращаться вместе с диском, а относительная скорость, вызывающая сдвиг, снижается.
• Перегородки: от одной до четырех вертикальных пластин, каждая шириной около одной десятой диаметра резервуара, преобразуют вращение в движение сверху вниз.
• Высота диска: от 0,5 до 1 диаметра диска над дном резервуара. Нижний заглубляет диск в осевшие твердые частицы; выше оставляет мертвый слой на основании.
• Погружение: минимум на 1,5 диаметра диска ниже поверхности жидкости, чтобы ограничить завихрение и вовлечение воздуха.
• Опора вала: длинные валы на скоростях разгона нуждаются в устойчивом подшипнике или более коротком вылете, поэтому перед заказом оборудования проверьте критическую скорость.

Проверка симптомов: когда тонкость помола останавливается

• Измельчение останавливается при скорости от 5 до 6 по Хегману с нормальной вязкостью: скорость вращения слишком мала или диаметр диска слишком мал для объема партии.
• Порошок всплывает и образует комки: завихрение слишком слабое или порошок подается быстрее, чем успевает его размочить.
• Мелкий у стенки, грубый в центре: вал расположен по центру или отсутствуют перегородки, поэтому шихта вращается, а не циркулирует.
• Одна сторона диска изнашивается быстрее: биение вала или несоосность муфты.
• Пенообразование и вовлечение воздуха: скорость наконечника выше 25 м/с или диск движется слишком близко к поверхности жидкости.

Если пенообразование происходит из состава, а не из рабочей точки, пеногасящую лопасть можно установить на том же валу над диспергирующим диском.

Пеногасящая лопастная мешалка XPJ Пеногасящая лопасть XPJ представляет собой U-образную решетчатую полосу лопасти, которая механически разрушает пену, образующуюся при перемешивании, и подавляет пену. Подходит... Посмотреть продукт →

Краткий контрольный список технических характеристик

1. Укажите целевую тонкость помола и метод испытания, а не только время партии.
2. Укажите вязкость при температуре процесса, содержание твердых частиц и то, являются ли твердые частицы абразивными.
3. Перед фиксацией диаметра диска подтвердите диаметр бака, рабочий объем и доступную длину вала.
4. Зафиксируйте скорость наконечника для диспергирования и мощность на объем для смешивания и не смешивайте их.
5. Укажите материал зубьев, твердость и варианты покрытия для абразивных или чувствительных к загрязнению продуктов.
6. Запросите время оборота и положение зоны сдвига, в идеале подкрепленное моделированием потока, а не только номиналом двигателя.

Часто задаваемые вопросы по дисперсионным лезвиям

Большинство проблем дисперсии оказываются проблемами геометрии. Проверьте скорость наконечника, диаметр диска, состояние зубьев и положение лезвия, прежде чем добавлять время или мощность в партию. Если цифры требуют второго мнения, наши инженеры проверяют геометрию резервуара, вязкость продукта и целевые показатели крупности в сравнении с диапазоном диспергаторов и возвращаются с конкретными настройками для испытаний.