Průvodce pro kupujícího mixéru s vysokým střihem: Výběr rotoru a statoru, zatížení a dimenzování

Šarže, která by měla být stabilní emulzí, stále vykazuje viditelné kapky na ponorném sklíčku po čtyřiceti minutách míchání a každý pokus o nápravu zvýšením rychlosti míchadla produkt jednoduše zahřeje. Míchadlo dělá svou práci – pohybuje celou nádrží – ale nedělá jedinou věc, kterou recept skutečně potřebuje: dává velké množství energie do velmi malého objemu kapaliny.

K tomu slouží mixér s vysokým střihem. Krátká verze, před detailem: pokud je vaším cílem cílová velikost kapky nebo částice, potřebujete střih rotor-stator; pokud je vaším cílem míchání, suspendování nebo přenos tepla, konvenční oběžné kolo to udělá za méně peněz a méně tepla. Většina neuspokojivých instalací s vysokým střihem nejsou špatně postavené stroje. Jsou správným strojem aplikovaným na nesprávnou povinnost.

Co vlastně dělá mixér s vysokým střihem

Smyk je gradient rychlosti — rozdíl v rychlosti mezi dvěma vrstvami tekutiny dělený vzdáleností mezi nimi. Uvnitř pracovní hlavy rotor-stator prochází špička rotoru kolem stacionární stěny statoru přes mezeru měřenou v milimetrech. Rychlost hrotu 20 m/s přes 1 mm mezeru odpovídá místní smykové rychlosti řádově 20 000 reciprokých sekund. Ve velké části téže nádrže oblast vypouštění oběžného kola zřídka přesahuje několik stovek. Tyto dva nebo tři řády jsou celým příběhem vysokosmykového míchání.

Hustota energie, nikoli rychlost hřídele

Výkon motoru vám sám o sobě řekne velmi málo. Smyková rychlost se mění zhruba s rychlostí hrotu, zatímco výkon v turbulentním proudění se mění s hodnotou blízkou krychli rychlosti hrotu. Zdvojnásobení rychlosti zdvojnásobuje smyk, který produkt vidí, ale vyžaduje zhruba osminásobek výkonu a téměř veškerá tato energie navíc se v produktu stává teplem. Skromná hlava rotor-stator může porazit mnohem větší míchadlo při výrobě emulze a špatně s ním prohrávat při míchání. Dimenzování musí vycházet z provozu jednotky, nikoli z výkonu v kilowattech.

Dávkový a inline jsou dva různé stroje

• Dávkový vysokostřižný mixér nese pracovní hlavu do nádoby, obvykle na hřídeli s horním vstupem. Celá dávka cirkuluje mnohokrát smykovou zónou, takže receptura má jasný konec a jedna nádoba dělá vše.
• Inline vysokosmykový mixér čerpá produkt přes komoru obsahující rotor a stator. Může běžet jako jeden průchod nebo jako recirkulační smyčka a poskytuje mnohem lepší kontrolu teploty, protože smyková zóna pojme pouze malý objem produktu najednou.

V každém případě je oblast vysokého střihu malá a zbytek nádoby má stále co dělat: důsledně přivádět produkt do hlavy, vyhýbat se mrtvým zónám v rozích a udržovat pevné částice mimo dno. To je otázka, kterou modelování toku zodpovídá před řezáním jakékoli oceli, a proto jsou práce CFD popsané na tomto webu servisní stránka dynamiky tekutin je obvykle prvním krokem v obtížném projektu rozptylu.

Vysoký smyk versus konvenční míchání: Rozhodovací tabulka

Většina argumentů specifikace pochází z toho, že veškeré míchání je považováno za jednu operaci. Jsou to skutečně tři operace, ke kterým dochází při sdílení nádrže.

Nic z toho nečiní konvenční míchadlo zastaralým. Správně dimenzovaná jednotka s horním vstupem je tím správným strojem pro míchání, suspendování a přenos tepla a její spárování se samostatnou hlavou s vysokým střihem pro krok dispergace je často levnější a flexibilnější, než nutit jeden stroj, aby pokryl oba úkoly. Jednotky, jako je topný mixér TOPA001DR, jsou navrženy pro tento objemový průtok, s uspořádáním těsnění a ložisek dimenzovaných pro nepřetržitý provoz spíše než pro špičkový smyk.

TOPA001DR Top-Entry mixér pro hromadné míchání a zavěšení Špičkový mixér řady DR pro míchání, suspenzi a přenos tepla, s vertikálním pohonem, jednoduchou kompaktní konstrukcí a možnostmi oběžného kola/těsnění pro kontinuální objemový průtok. Zobrazit produkt →

Přizpůsobení pracovní hlavy viskozitě a pevným látkám

Viskozita rozhoduje o tom, které rodiny míchadel jsou vůbec k dispozici, protože kontroluje, zda čerstvý produkt může proudit do smykové zóny. V hlavě rotor-stator je mezera pevná a úzká; pokud do něj nebude stékat produkt, hlava se jednoduše otáčí v dutině vlastní výroby.

• Pod zhruba 5 000 cP pracují vrtule, turbíny se šikmými lopatkami a řadové rotor-statory a řadové rotory jsou obvykle energeticky nejúčinnější, protože čerpadlo napájí střižnou zónu namísto spoléhání se na objemový průtok.
• Mezi 5 000 a 50 000 cP přicházejí do hry dispergační kotouče a vícestupňové hlavy. Potvrďte, že produkt lze čerpat, pokud plánujete inline smyčku, a sledujte proud motoru během spouštění na ustálené dávce.
• Nad 50 000 cP přebírají geometrie rámu, kotvy se škrabkou, stuhy a planet. Mechanický smyk již není omezujícím faktorem – přenos tepla přes téměř stagnující film ano, a to řeší škrabky a pásky.

Tělesa přidávají druhou vazbu. Kohezní prášky musí být navlhčeny, než mohou být dispergovány, a dispergační kotouč záměrně přitahuje vír na povrch, takže prášek je vtažen do kapaliny, spíše než plovoucí. Hlava rotoru a statoru velmi účinně rozkládá aglomeráty, jakmile jsou navlhčeny, ale nemůže smáčet plovoucí svazek pigmentu. Pro tento první krok jsou obvyklou odpovědí vysokorychlostní rozptylovače, jako je řada FS1, s hlavou rotor-stator zavedenou později pro jemné rozptýlení.

Vysokorychlostní dispergátor řady TOPA005 FS1 pro smáčení prášku Špičkový dispergátor řady FS1 pro smáčení kohezních prášků před jemnou disperzí, s vysokorychlostním oběžným kolem, kompaktním pohonem a více možnostmi těsnění pro účely míchání. Zobrazit produkt →

Inline nebo Batch: Vyberte si na teplo, ne na pohodlí

Vysokostřižná hlava soustředí svou energii do malého objemu a tato energie skončí jako teplo. V dávkovém uspořádání celá dávka prochází horkou zónou znovu a znovu, takže receptura citlivá na teplotu může být poškozena dlouho před dosažením cíle rozptylu.

Inline smyčka tuto aritmetiku změní. Vzhledem k tomu, že ve smykové zóně je v každém okamžiku pouze malý objem, může být teplo mezi průchody odváděno přes plášťovou nádobu nebo deskový výměník a smyčka může běžet tak dlouho, jak recept potřebuje, aniž by se produkt vařil. Inline jednotky se také snáze čistí na místě a jsou jednodušší na instrumentaci pro nepřetržitou výrobu.

Kompromisem je flexibilita. Dávkovací hlavu lze zvednout, vyčistit a znovu použít pro jiný recept během několika minut; inline smyk je zavázán k průtoku a řadě produktů. Řadové jednotky rotor-stator, jako je homogenizér řady ZJH, jsou postaveny na myšlence recirkulace – malá smyková komora, čerpadlo a smyčka, takže regulace teploty zůstává spíše u nádrže než u mixéru.

Homogenizátor řady TOPH61 ZJH pro krémy, masti a zubní pasty Patentovaný recirkulační homogenizátor ZJH pro vysoce viskózní krémy, masti a zubní pasty využívající vnitřní/vnější cirkulaci, vakuovou emulgaci a automatizované zpracování v kompaktních sanitárních systémech. Zobrazit produkt →

Co specifikovat před nákupem

1. Cílová velikost kapky nebo částice plus metoda měření, kterou budete akceptovat. "Jemné" a "dobře smíchané" nejsou specifikace a výsledek laserové difrakce není stejný důkaz jako snímek z mikroskopu.
2. Viskozita při procesní teplotě, ne při pokojové teplotě. Výrobek, který za studena ukazuje 200 cP, se může chovat velmi odlišně při 70 °C a mezera mezi pracovní hlavou musí vyhovovat oběma.
3. Rozsah velikosti šarže a vypnutí. Pokud jeden stroj musí zvládnout 20 % nominální dávky, smyková zóna nemusí zůstat ponořená a motor může být silně předimenzován.
4. Rozsah otáček překlopení, chování při jízdě a rozběhu. Regulace proměnlivé frekvence je normální u hlavy s vysokým střihem a limit točivého momentu chrání hřídel, když se spustí ustálená dávka.
5. Smáčené materiály a strategie těsnění. Abrazivní pevné látky, agresivní CIP chemie a vakuové zatížení, to vše tlačí na rozhodnutí o hřídelové ucpávce a mechanické těsnění na tlakové vyrovnávací nádrži nebo sifonové nádrži je velmi odlišným servisním požadavkem než jednoduché břitové těsnění.
6. Pilotní test vašeho vlastního produktu. Geometrie hlavy, mezera a vzor štěrbiny statoru interagují s reologií způsoby, které lze jen těžko předvídat pouze z datových listů.

Pokud chcete jít hlouběji do geometrie pracovní hlavy a toho, jak design statoru mění velikost kapek, vlastní přehled webu design emulgátoru s vysokým střihem obsahuje praktické detaily.

Často kladené otázky o mixérech s vysokým střihem

Pravidlo, které přežije kontakt se skutečnými projekty, je jednoduché: rozhodněte se, jakou jednotkovou operaci kupujete – průtok, disperzi nebo emulgaci – a kupte si stroj, který je v této jediné věci dobrý. Problémy s mícháním jen zřídka zůstanou vyřešeny, když je jedna pracovní hlava požádána, aby excelovala ve všech třech.