Ghidul cumpărătorului mixerului cu forfecare înaltă: Selectarea rotorului-stator, sarcina și dimensionarea

Un lot care ar trebui să fie o emulsie stabilă arată în continuare picături vizibile pe o lamă de scufundare după patruzeci de minute de amestecare și fiecare încercare de a o repara prin creșterea vitezei agitatorului pur și simplu încălzește produsul. Agitatorul își face treaba - mișcă întregul rezervor - dar nu face singurul lucru de care are nevoie de fapt rețeta: pune o cantitate mare de energie într-un volum foarte mic de lichid.

Pentru asta este un mixer cu forfecare mare. Versiunea scurtă, înainte de detaliu: dacă scopul tău este o picătură țintă sau dimensiunea particulelor, ai nevoie de forfecare rotor-stator; dacă scopul tău este amestecarea, suspendarea sau transferul de căldură, un rotor convențional o va face pentru mai puțini bani și mai puțină căldură. Cele mai dezamăgitoare instalații de forfecare mare nu sunt mașini prost construite. Sunt mașina potrivită aplicată unei sarcini greșite.

Ce face de fapt un mixer cu forfecare mare

Forfecarea este un gradient de viteză - diferența de viteză dintre două straturi de fluid împărțită la distanța dintre ele. În interiorul unui cap de lucru rotor-stator, vârful rotorului trece pe lângă un perete staționar al statorului printr-un spațiu măsurat în milimetri. O viteză de vârf de 20 m/s într-un interval de 1 mm corespunde unei viteze de forfecare locală de ordinul a 20.000 de secunde reciproce. În cea mai mare parte a aceluiași rezervor, o zonă de descărcare a rotorului depășește rar câteva sute. Aceste două sau trei ordine de mărime reprezintă întreaga poveste a amestecării cu forfecare ridicată.

Densitatea energiei, nu viteza arborelui

Puterea motorului în sine vă spune foarte puțin. Rata de forfecare crește aproximativ cu viteza vârfului, în timp ce puterea în flux turbulent se scară cu ceva aproape de cubul vitezei vârfului. Viteza de dublare dublează forfecarea pe care o vede produsul, dar necesită aproximativ de opt ori puterea, iar aproape toată această energie suplimentară devine căldură în produs. Un cap rotor-stator modest poate învinge un agitator mult mai mare la fabricarea unei emulsii și poate pierde foarte mult la amestecare. Dimensionarea trebuie să înceapă de la funcționarea unității, nu de la puterea de kilowați.

Batch și inline sunt două mașini diferite

• Un mixer cu forfecare mare de lot transportă capul de lucru în vas, de obicei pe un arbore de intrare superior. Întregul lot circulă prin zona de forfecare de multe ori, astfel încât rețeta are un punct final clar și un singur vas face totul.
• Un amestecător în linie cu forfecare mare pompează produsul printr-o cameră care conține rotorul și statorul. Poate rula ca o singură trecere sau ca o buclă de recirculare și oferă un control mult mai bun al temperaturii, deoarece zona de forfecare conține doar un volum mic de produs la un moment dat.

Oricum, zona de forfecare înaltă este mică, iar restul vasului mai are de făcut: introducerea constantă a produsului în cap, evitând zonele moarte din colțuri și menținând solidele de pe fund. Aceasta este întrebarea la care modelarea fluxului răspunde înainte ca orice oțel să fie tăiat, motiv pentru care lucrările CFD descrise pe acest site. pagina serviciului de dinamica fluidelor este de obicei primul pas într-un proiect dificil de dispersie.

Forfecare mare versus agitație convențională: un tabel de decizie

Majoritatea argumentelor de specificație provin din tratarea tuturor amestecurilor ca o singură operație. Sunt de fapt trei operațiuni care se întâmplă să împartă un rezervor.

Nimic din toate acestea nu face ca un agitator convențional să fie depășit. O unitate cu intrare superioară dimensionată corect este mașina corectă pentru amestecare, suspendare și transfer de căldură, iar asocierea acesteia cu un cap de forfecare mare separat pentru etapa de dispersie este adesea mai ieftină și mai flexibilă decât forțarea unei mașini să acopere ambele sarcini. Unitățile, cum ar fi mixerul TOPA001DR cu intrare de sus, sunt proiectate în jurul acelei lucrări de flux în vrac, cu aranjamente de etanșare și lagăre dimensionate pentru serviciu continuu, mai degrabă decât pentru forfecare maximă.

TOPA001DR Mixer cu intrare de sus pentru amestecare în vrac și suspendare Mixer din seria DR cu intrare de sus pentru amestecare, suspensie și transfer de căldură, cu antrenare verticală, structură simplă compactă și opțiuni de rotor/etanșare pentru sarcini de flux continuu. Vizualizare produs →

Potrivirea capului de lucru la vâscozitate și solide

Vâscozitatea decide ce familii de mixere sunt disponibile, deoarece controlează dacă produsul proaspăt poate curge în zona de forfecare. Într-un cap rotor-stator, golul este fix și îngust; dacă produsul nu se va scurge în el, capul pur și simplu se rotește într-o cavitate creată de el.

• Sub aproximativ 5.000 cP, elicele, turbinele cu pale înclinate și rotoarele-statoare în linie funcționează, iar în linie este de obicei cea mai eficientă din punct de vedere energetic, deoarece o pompă alimentează zona de forfecare în loc să se bazeze pe debitul vrac.
• Între 5.000 și 50.000 cP, intră în joc discuri de dispersie și capete cu mai multe etape. Confirmați că produsul poate fi pompat dacă planificați o buclă în linie și urmăriți curentul motorului în timpul pornirii pe un lot stabilit.
• Peste 50.000 cP, cadru, ancoră cu racletă, panglică și geometriile planetare preiau controlul. Forfecarea mecanică nu mai este factorul limitativ - transferul de căldură printr-o peliculă aproape stagnantă este și asta se adresează răzuitoarele și benzile.

Solidele adaugă o a doua constrângere. Pulberile coezive trebuie umezite înainte de a putea fi dispersate, iar un disc dispersor trage în mod deliberat un vortex la suprafață, astfel încât pulberea să fie atrasă în lichid, mai degrabă decât să plutească. Un cap rotor-stator descompune aglomeratele foarte eficient odată ce sunt umeziți, dar nu poate uda o plutire de pigment plutitoare. Pentru primul pas, dispersoarele de mare viteză, cum ar fi seria FS1, sunt răspunsul obișnuit, cu capul rotor-stator adus ulterior pentru o dispersie fină.

TOPA005 Seria FS1 Dispersator de mare viteză pentru umezirea pulberii Dispersor cu intrare de sus din seria FS1 pentru umezirea pulberilor coezive înainte de dispersia fină, cu rotor de mare viteză, antrenare compactă și mai multe opțiuni de etanșare pentru sarcini de amestecare. Vizualizare produs →

În linie sau în lot: alegeți pe căldură, nu pe confort

Un cap de forfecare mare își concentrează energia într-un volum mic, iar acea energie ajunge sub formă de căldură. Într-un aranjament de lot, întregul lot trece prin zona fierbinte iar și iar, astfel încât o rețetă sensibilă la temperatură poate fi deteriorată cu mult înainte ca ținta de dispersie să fie atinsă.

O buclă inline modifică această aritmetică. Deoarece doar un volum mic se află în zona de forfecare în orice moment, căldura poate fi îndepărtată între trecerile printr-un vas cu manta sau un schimbător de plăci, iar bucla poate rula atâta timp cât rețeta are nevoie, fără a găti produsul. De asemenea, unitățile în linie curăță mai ușor la locul lor și sunt mai ușor de instrumentat pentru producție continuă.

Schimbul este flexibilitatea. Un cap de lot poate fi ridicat, curățat și reutilizat pentru o rețetă diferită în câteva minute; un patin în linie este dedicat unui debit și unei familii de produse. Unitățile rotor-stator în linie, cum ar fi omogenizatorul din seria ZJH, sunt construite în jurul ideii de recirculare - o cameră mică de forfecare, o pompă și o buclă, astfel încât controlul temperaturii rămâne mai degrabă cu rezervorul decât cu mixerul.

Seria TOPH61 ZJH Omogenizator pentru creme, unguente și pastă de dinți Omogenizator de recirculare patentat ZJH pentru creme, unguente și pastă de dinți cu vâscozitate ridicată, folosind circulație internă/externă, emulsionare în vid și procesare automată în sisteme sanitare compacte. Vizualizare produs →

Ce să specificați înainte de a cumpăra

1. Dimensiunea țintă a picăturilor sau particulelor, plus metoda de măsurare pe care o veți accepta. „Fine” și „bine amestecat” nu sunt specificații, iar un rezultat de difracție cu laser nu este aceeași dovadă ca o imagine la microscop.
2. Vâscozitatea la temperatura procesului, nu la temperatura camerei. Un produs care citește 200 cP la rece se poate comporta foarte diferit la 70 °C, iar decalajul capului de lucru trebuie să se potrivească ambelor.
3. Gama de dimensiuni a lotului și turndown. Dacă o mașină trebuie să gestioneze 20% din lotul nominal, zona de forfecare ar putea să nu rămână scufundată și motorul poate fi supradimensionat.
4. Gama de viteză a vârfului, comportamentul de conducere și de pornire. Controlul frecvenței variabile este normal la un cap de forfecare mare, iar o limită de cuplu protejează arborele atunci când începe un lot stabilizat.
5. Materiale umede și strategie de etanșare. Solidele abrazive, chimia CIP agresivă și sarcina de vid, toate împing decizia etanșării arborelui, iar o etanșare mecanică pe un rezervor de echilibrare a presiunii sau un rezervor cu sifon este o cerință de service foarte diferită de o etanșare cu buză simplă.
6. O încercare pilot pe propriul tău produs. Geometria capului, golul și modelul fantelor statorului interacționează cu reologia în moduri greu de prezis doar din fișele de date.

Dacă doriți să aprofundați geometria capului de lucru și modul în care designul statorului modifică dimensiunea picăturilor, prezentarea generală a site-ului asupra design emulgator cu forfecare mare acoperă detaliile practice.

Întrebări frecvente despre malaxorele cu forfecare mare

Regula care supraviețuiește contactului cu proiecte reale este simplă: decideți ce unitate de operare cumpărați - flux, dispersie sau emulsionare - și cumpărați o mașină care se pricepe la acel lucru. Problemele de amestecare sunt rareori rezolvate atunci când unui singur cap de lucru i se cere să exceleze la toate trei.