Руководство покупателя смесителя с высоким сдвиговым усилием: выбор ротора-статора, режим работы и размер

Партия, которая должна представлять собой стабильную эмульсию, по-прежнему показывает видимые капли на предметном стекле после сорока минут перемешивания, и каждая попытка исправить это путем увеличения скорости мешалки просто нагревает продукт. Мешалка выполняет свою работу — она перемещает весь резервуар — но она не делает того, что действительно нужно рецепту: вкладывает большое количество энергии в очень небольшой объем жидкости.

Для этого и нужен смеситель с высокими сдвиговыми усилиями. Краткая версия, прежде чем детализировать: если ваша цель — целевой размер капель или частиц, вам нужен сдвиг ротор-статор; Если вашей целью является смешивание, суспендирование или передача тепла, обычная крыльчатка справится с этим за меньшие деньги и меньше тепла. Большинство разочаровывающих установок с высоким усилием сдвига не являются плохо сконструированными машинами. Это правильная машина, предназначенная для неправильных задач.

Что на самом деле делает смеситель с высоким сдвиговым усилием

Сдвиг — это градиент скорости — разница скоростей между двумя слоями жидкости, деленная на расстояние между ними. Внутри рабочей головки ротор-статор кончик ротора проходит мимо неподвижной стенки статора через зазор размером в миллиметры. Конечная скорость 20 м/с при зазоре 1 мм соответствует локальной скорости сдвига порядка 20 000 обратных секунд. В объеме одного и того же резервуара зона разряда рабочего колеса редко превышает несколько сотен. Эти два или три порядка величины и составляют всю историю смешивания с большими сдвиговыми усилиями.

Плотность энергии, а не скорость вала

Мощность двигателя сама по себе мало о чем говорит. Скорость сдвига примерно зависит от скорости кончика, тогда как мощность в турбулентном потоке зависит от чего-то близкого к кубу скорости кончика. Удвоение скорости удваивает сдвиг, который испытывает продукт, но требует примерно в восемь раз больше мощности, и почти вся эта дополнительная энергия превращается в тепло в продукте. Скромная роторно-статорная головка может превзойти гораздо большую мешалку при приготовлении эмульсии и сильно проиграть ей при смешивании. Выбор параметров следует начинать с работы агрегата, а не с мощности в киловаттах.

Пакетная и поточная — это две разные машины.

• Смеситель периодического действия с высокими сдвиговыми усилиями переносит рабочую головку в резервуар, обычно на валу с верхним входом. Вся партия многократно проходит через зону сдвига, поэтому рецепт имеет четкую конечную точку, и все делает один сосуд.
• Линейный смеситель с высоким усилием сдвига перекачивает продукт через камеру, содержащую ротор и статор. Он может работать как за один проход, так и в режиме рециркуляции, и обеспечивает гораздо лучший контроль температуры, поскольку зона сдвига удерживает лишь небольшой объем продукта за раз.

В любом случае, зона с высоким сдвигом невелика, а остальной части резервуара еще предстоит поработать: последовательно подавать продукт в головку, избегать мертвых зон в углах и не допускать попадания твердых частиц на дно. Это ответы на вопросы, возникающие при моделировании потока перед тем, как будет разрезана сталь, поэтому работа CFD, описанная на этом сайте, Страница сервиса гидродинамики обычно является первым шагом в сложном проекте по расселению.

Высокая сила сдвига в сравнении с традиционным перемешиванием: таблица решений

Большинство аргументов в отношении спецификации исходят из того, что все смешивания рассматриваются как одна операция. На самом деле это три операции, которые используют один и тот же танк.

Ничто из этого не делает обычную мешалку устаревшей. Устройство с верхним вводом правильного размера является подходящей машиной для смешивания, суспендирования и теплопередачи, а его соединение с отдельной головкой с высоким сдвигом для этапа диспергирования часто дешевле и более гибко, чем заставлять одну машину выполнять обе задачи. Такие агрегаты, как смеситель с верхней загрузкой TOPA001DR, разработаны для работы с объемным потоком, с уплотнительными и подшипниковыми узлами, рассчитанными на непрерывную работу, а не на пиковый сдвиг.

TOPA001DR Смеситель с верхним входом для смешивания и суспензирования сыпучих материалов Смеситель серии DR с верхним входом для смешивания, суспендирования и теплопередачи, с вертикальным приводом, простой компактной конструкцией и вариантами рабочего колеса/уплотнения для работы в режиме непрерывного объемного потока. Посмотреть продукт →

Согласование рабочей головки с вязкостью и твердыми частицами

Вязкость определяет, какие семейства смесителей вообще доступны, поскольку она контролирует, может ли свежий продукт попадать в зону сдвига. В головке ротор-статор зазор фиксированный и узкий; если продукт не стекает в него, головка просто вращается в полости, созданной ею самой.

• Ниже примерно 5000 сП работают пропеллеры, турбины с наклонными лопатками и линейные ротор-статоры, а линейный вариант обычно является наиболее энергоэффективным, поскольку насос питает зону сдвига, а не полагается на объемный поток.
• Между 5000 и 50000 сП в игру вступают диспергирующие диски и многоступенчатые головки. Убедитесь, что продукт можно перекачивать, если вы планируете использовать линейный контур и наблюдать за током двигателя во время запуска с установленной партией.
• При температуре выше 50 000 сП преобладают рамочная, якорно-скребковая, ленточная и планетарная геометрии. Механический сдвиг больше не является ограничивающим фактором — это передача тепла через почти застойную пленку, и именно эту проблему решают скребки и ленты.

Твердые тела добавляют второе ограничение. Когезионные порошки необходимо смачивать, прежде чем они смогут диспергироваться, а диспергирующий диск намеренно создает вихрь на поверхности, чтобы порошок втягивался в жидкость, а не плавал. Головка ротор-статора очень эффективно разрушает агломераты, когда они намокают, но она не может смочить плавающий слой пигмента. На этом первом этапе обычно используются высокоскоростные диспергаторы, такие как серия FS1, с последующей установкой роторно-статорной головки для тонкого диспергирования.

Высокоскоростной диспергатор серии TOPA005 FS1 для смачивания порошка Диспергатор с верхним входом серии FS1 для смачивания когезионных порошков перед тонким диспергированием, с высокоскоростным рабочим колесом, компактным приводом и несколькими вариантами уплотнений для смешивания. Посмотреть продукт →

Линейный или пакетный режим: выбирайте по нагреву, а не по удобству

Высокая срезающая головка концентрирует свою энергию в небольшом объеме, и эта энергия превращается в тепло. В периодическом режиме вся партия снова и снова проходит через горячую зону, поэтому чувствительный к температуре рецепт может быть поврежден задолго до того, как будет достигнута целевая дисперсия.

Встроенный цикл меняет эту арифметику. Поскольку в любой момент в зоне сдвига находится лишь небольшой объем, тепло может отводиться между проходами через сосуд с рубашкой или пластинчатый теплообменник, а цикл может работать столько времени, сколько требуется рецептом, без термической обработки продукта. Линейные агрегаты также легче очищаются на месте и их проще оснастить для непрерывного производства.

Компромисс — гибкость. Головку дозатора можно поднять, очистить и повторно использовать для другого рецепта за считанные минуты; линейная установка ориентирована на скорость потока и семейство продуктов. Линейные роторно-статорные агрегаты, такие как гомогенизатор серии ZJH, построены на основе идеи рециркуляции — небольшая камера сдвига, насос и контур, поэтому контроль температуры осуществляется в резервуаре, а не в смесителе.

Гомогенизатор ZJH серии TOPH61 для кремов, мазей и зубной пасты Запатентованный рециркуляционный гомогенизатор ZJH для кремов, мазей и зубной пасты высокой вязкости с использованием внутренней/внешней циркуляции, вакуумного эмульгирования и автоматизированной обработки в компактных санитарных системах. Посмотреть продукт →

Что указать перед покупкой

1. Целевой размер капель или частиц, а также метод измерения, который вы примете. «Тонкий» и «хорошо смешанный» не являются техническими характеристиками, и результат лазерной дифракции не является таким же доказательством, как изображение, полученное под микроскопом.
2. Вязкость при температуре процесса, а не при комнатной температуре. Продукт, значение которого составляет 200 сП в холодном состоянии, может вести себя совершенно по-разному при 70 °C, и зазор рабочей головки должен подходить обоим.
3. Диапазон размера партии и диапазон изменения. Если одна машина должна обрабатывать 20% номинальной партии, зона сдвига может не оставаться погруженной в воду, а мощность двигателя может быть сильно завышена.
4. Диапазон скоростей наконечника, ход и поведение при запуске. Регулирование переменной частоты является нормальным явлением при высокой срезающей головке, а ограничение крутящего момента защищает вал при запуске отстоявшейся партии.
5. Смачиваемые материалы и стратегия уплотнения. Абразивные твердые частицы, агрессивная химия безразборной мойки и вакуумная работа — все это подталкивает к выбору уплотнения вала, а механическое уплотнение на баке для выравнивания давления или сифонном резервуаре сильно отличается от простого манжетного уплотнения.
6. Пилотное испытание вашего продукта. Геометрия головки, зазор и рисунок пазов статора взаимодействуют с реологией таким образом, что трудно предсказать только по таблицам данных.

Если вы хотите углубиться в геометрию рабочей головки и то, как конструкция статора меняет размер капель, обратитесь к собственному обзору сайта. конструкция эмульгатора с высоким сдвиговым усилием охватывает практические детали.

Часто задаваемые вопросы о смесителях с высоким усилием сдвига

Правило, которое выдерживает контакт с реальными проектами, простое: решите, какой агрегат вы покупаете — поток, диспергирование или эмульгирование — и купите машину, которая хорошо справляется с этой единственной задачей. Проблемы смешивания редко остаются решенными, когда одну рабочую головку просят преуспеть во всех трех.