Kopersgids voor High Shear Mixers: Rotor-Statorselectie, belasting en afmetingen

Een batch die een stabiele emulsie zou moeten zijn, vertoont na veertig minuten roeren nog steeds zichtbare druppels op een dipglaasje, en elke poging om dit te verhelpen door de roersnelheid te verhogen, verwarmt het product eenvoudigweg. Het roerwerk doet zijn werk – hij beweegt de hele tank – maar doet niet datgene wat het recept eigenlijk nodig heeft: een grote hoeveelheid energie in een heel klein volume vloeistof stoppen.

Daar is een high-shear mixer voor bedoeld. De korte versie, vóór het detail: als je doel de gewenste druppel- of deeltjesgrootte is, heb je rotor-statorschuifkracht nodig; als uw doel mengen, opschorten of warmteoverdracht is, zal een conventionele waaier het doen voor minder geld en minder warmte. De meest teleurstellende high-shear-installaties zijn geen slecht gebouwde machines. Ze zijn de juiste machine die voor de verkeerde taak wordt ingezet.

Wat een Hoog Shear Mixer eigenlijk doet

Afschuiving is een snelheidsgradiënt: het snelheidsverschil tussen twee vloeistoflagen gedeeld door de afstand daartussen. In een rotor-statorwerkkop beweegt de rotortip langs een stationaire statorwand over een opening gemeten in millimeters. Een tipsnelheid van 20 m/s over een opening van 1 mm komt overeen met een lokale afschuifsnelheid in de orde van 20.000 reciproke seconden. In het grootste deel van dezelfde tank overschrijdt een waaierafvoerzone zelden een paar honderd. Deze twee of drie ordes van grootte zijn het hele verhaal van mengen onder hoge afschuiving.

Energiedichtheid, niet assnelheid

Motorvermogen op zichzelf vertelt je heel weinig. De afschuifsnelheid schaalt ruwweg met de tipsnelheid, terwijl het vermogen in turbulente stroming schaalt met iets dat dicht bij de derde macht van de tipsnelheid ligt. Een verdubbeling van de snelheid verdubbelt de schuifkracht die het product ziet, maar vraagt ​​ongeveer acht keer zoveel kracht, en bijna al die extra energie wordt warmte in het product. Een bescheiden rotor-statorkop kan een veel grotere roerder verslaan bij het maken van een emulsie, en daar bij het mengen slecht aan verliezen. De dimensionering moet uitgaan van de werking van de unit, niet van het kilowattvermogen.

Batch en inline zijn twee verschillende machines

• Een batchmixer met hoge afschuiving transporteert de werkkop naar het vat, meestal op een schacht met ingang aan de bovenzijde. De hele batch circuleert vele malen door de afschuifzone, dus het recept heeft een duidelijk eindpunt en één vat doet alles.
• Een inline high-shear-mixer pompt het product door een kamer die de rotor en de stator bevat. Het kan als een enkele doorgang werken of als een recirculatielus, en het geeft een veel betere temperatuurcontrole omdat de afschuifzone slechts een klein volume product per keer vasthoudt.

Hoe dan ook, de zone met hoge afschuiving is klein en de rest van het vat heeft nog werk te doen: consistent product in de kop voeren, dode zones in de hoeken vermijden en vaste stoffen van de bodem houden. Dat is de vraag die flowmodellering beantwoordt voordat er staal wordt gesneden, en dat is de reden waarom het CFD-werk dat op deze site wordt beschreven vloeistofdynamica servicepagina is meestal de eerste stap in een moeilijk spreidingsproject.

Hoge afschuiving versus conventioneel roeren: een beslissingstabel

De meeste specificatieargumenten komen voort uit het behandelen van al het mengen als één handeling. Het zijn eigenlijk drie operaties die toevallig een tank delen.

Niets van dit alles maakt een conventioneel roerwerk overbodig. Een unit met de juiste afmetingen aan de bovenkant is de juiste machine voor mengen, opschorten en warmteoverdracht, en het combineren ervan met een aparte kop met hoge afschuifkracht voor de dispergeerstap is vaak goedkoper en flexibeler dan één machine dwingen beide taken uit te voeren. Units zoals de TOPA001DR-menger met boveningang zijn ontworpen voor bulkstromen, met afdichtings- en lageropstellingen die geschikt zijn voor continu gebruik in plaats van voor piekafschuiving.

TOPA001DR Mixer met boveningang voor bulkmengen en suspensie Top-entry mixer uit de DR-serie voor mengen, ophanging en warmteoverdracht, met verticale aandrijving, eenvoudige compacte structuur en waaier-/afdichtingsopties voor continue bulkstromen. Bekijk Product →

De werkkop afstemmen op viscositeit en vaste stoffen

De viscositeit bepaalt welke mixerfamilies überhaupt beschikbaar zijn, omdat deze bepaalt of er vers product in de afschuifzone kan stromen. In een rotor-statorkop is de opening vast en smal; als het product er niet in wegvloeit, draait de kop eenvoudigweg in een zelf gemaakte holte.

• Onder ongeveer 5.000 cP werken propellers, turbines met schuine schoepen en inline rotorstators allemaal, en inline is meestal het meest energie-efficiënt omdat een pomp de afschuifzone voedt in plaats van te vertrouwen op de bulkstroom.
• Tussen 5.000 en 50.000 cP komen verspreidingsschijven en meertrapskoppen in beeld. Controleer of het product kan worden gepompt als u een inline-lus plant, en let op de motorstroom tijdens het opstarten van een vaste batch.
• Boven 50.000 cP nemen frame-, anker-met-schraper-, lint- en planetaire geometrieën het over. Mechanische afschuiving is niet langer de beperkende factor; warmteoverdracht door een vrijwel stilstaande film is dat wel, en dat is waar schrapers en linten op inspelen.

Vaste stoffen voegen een tweede beperking toe. Cohesieve poeders moeten worden bevochtigd voordat ze kunnen worden gedispergeerd, en een dispergeerschijf trekt opzettelijk een draaikolk aan het oppervlak, zodat het poeder in de vloeistof wordt gezogen in plaats van te drijven. Een rotor-statorkop breekt agglomeraten zeer effectief af als ze eenmaal bevochtigd zijn, maar kan een drijvend vlot pigment niet bevochtigen. Voor die eerste stap zijn hogesnelheidsdispergeermiddelen zoals de FS1-serie het gebruikelijke antwoord, waarbij de rotor-statorkop daarna wordt ingebracht voor een fijne verspreiding.

TOPA005 FS1-serie hogesnelheidsdisperser voor poederbevochtiging FS1-serie top-entry dispergeermachine voor het bevochtigen van cohesieve poeders vóór fijne verspreiding, met hogesnelheidswaaier, compacte aandrijving en meerdere afdichtingsopties voor mengtaken. Bekijk Product →

Inline of batch: kies voor warmte, niet voor gemak

Een hoge afschuifkop concentreert zijn energie in een klein volume, en die energie eindigt als warmte. Bij een batchopstelling gaat de hele batch keer op keer door de hete zone, zodat een temperatuurgevoelig recept beschadigd kan raken lang voordat het verspreidingsdoel wordt bereikt.

Een inline-lus verandert die rekenkunde. Omdat zich op elk moment slechts een klein volume in de afschuifzone bevindt, kan warmte worden verwijderd tussen passages door een vat met mantel of een platenwisselaar, en kan de lus zo lang draaien als het recept nodig heeft zonder het product te koken. Inline-units kunnen ook gemakkelijker ter plaatse worden gereinigd en zijn eenvoudiger te instrumenteren voor continue productie.

De wisselwerking is flexibiliteit. Een batchkop kan binnen enkele minuten omhoog worden gebracht, gereinigd en hergebruikt voor een ander recept; een inline skid zet zich in voor een debiet en een productfamilie. Inline rotor-statoreenheden zoals de homogenisator uit de ZJH-serie zijn gebouwd rond het recirculatie-idee: een kleine afschuifkamer, een pomp en een lus, zodat de temperatuurregeling bij de tank blijft in plaats van bij de mixer.

TOPH61-serie ZJH-homogenisator voor crèmes, zalven en tandpasta Gepatenteerde ZJH-recirculatiehomogenisator voor hoogviskeuze crèmes, zalven en tandpasta, met behulp van interne/externe circulatie, vacuümemulgering en geautomatiseerde verwerking in compacte sanitaire systemen. Bekijk Product →

Wat u moet opgeven voordat u koopt

1. Doeldruppel- of deeltjesgrootte, plus de meetmethode die u accepteert. "Fijn" en "goed gemengd" zijn geen specificaties, en een laserdiffractieresultaat is niet hetzelfde bewijs als een microscoopbeeld.
2. Viscositeit bij procestemperatuur, niet bij kamertemperatuur. Een product dat in koude toestand 200 cP aangeeft, kan zich bij 70 °C heel anders gedragen, en de werkkopopening moet voor beide geschikt zijn.
3. Batchgroottebereik en turndown. Als één machine 20% van de nominale batch moet verwerken, is het mogelijk dat de afschuifzone niet onder water blijft en dat de motor ernstig te groot is.
4. Tipsnelheidsbereik, rij- en opstartgedrag. Variabele frequentieregeling is normaal bij een hoge schuifkop, en een koppellimiet beschermt de as wanneer een bezonken batch begint.
5. Bevochtigde materialen en afdichtingsstrategie. Schurende vaste stoffen, agressieve CIP-chemie en vacuümwerking beïnvloeden allemaal de beslissing over de asafdichting, en een mechanische afdichting op een drukbalanstank of sifontank is een heel andere onderhoudsvereiste dan een eenvoudige lipafdichting.
6. Een pilotproef met uw eigen product. Kopgeometrie, spleet- en statorsleufpatroon hebben een wisselwerking met de reologie op manieren die moeilijk te voorspellen zijn op basis van alleen gegevensbladen.

Als je dieper wilt ingaan op de geometrie van de werkkop en hoe het statorontwerp de druppelgrootte verandert, kun je het eigen overzicht van de site raadplegen emulgatorontwerp met hoge afschuiving behandelt de praktische details.

Veelgestelde vragen over high-shear-mengers

De regel die contact met echte projecten overleeft is simpel: beslis welke eenheidsbewerking je koopt – vloeien, dispergeren of emulgeren – en koop een machine die goed is in dat ene ding. Mengproblemen blijven zelden opgelost als een enkele werkkop wordt gevraagd om in alle drie de taken uit te blinken.