High Shear Mixer Buyer's Guide: Rotor-Stator Selection, Duty and Sizing

En batch, der skulle være en stabil emulsion, viser stadig synlige dråber på et dyppeglas efter 40 minutters omrøring, og hvert forsøg på at fikse det ved at hæve omrørerhastigheden varmer simpelthen produktet op. Omrøreren gør sit arbejde - den flytter hele tanken - men den gør ikke den ene ting, som opskriften faktisk har brug for: at putte en stor mængde energi i en meget lille mængde væske.

Det er, hvad en højforskydningsblander er til. Den korte version, før detaljen: hvis dit mål er en måldråbe eller partikelstørrelse, har du brug for rotor-stator forskydning; hvis dit mål er blanding, suspension eller varmeoverførsel, vil et konventionelt pumpehjul gøre det for færre penge og mindre varme. De fleste skuffende højforskydningsinstallationer er ikke dårligt bygget maskiner. De er den rigtige maskine anvendt på den forkerte pligt.

Hvad en Høj Shear Mixer faktisk gør

Forskydning er en hastighedsgradient - forskellen i hastighed mellem to lag af væske divideret med afstanden mellem dem. Inde i et rotor-stator-arbejdshoved fejer rotorspidsen forbi en stationær statorvæg hen over et mellemrum målt i millimeter. En spidshastighed på 20 m/s over et 1 mm mellemrum svarer til en lokal forskydningshastighed i størrelsesordenen 20.000 reciproke sekunder. I hovedparten af ​​den samme tank overstiger en pumpehjulsudledningszone sjældent et par hundrede. Disse to eller tre størrelsesordener er hele historien om blanding med høj forskydning.

Energitæthed, ikke akselhastighed

Motorkraft i sig selv fortæller dig meget lidt. Forskydningshastigheden skalerer nogenlunde med spidshastigheden, mens kraften i turbulent flow skalerer med noget tæt på spidshastighedens terning. Fordobling af hastigheden fordobler den forskydning, som produktet ser, men beder om omkring otte gange kraften, og næsten al den ekstra energi bliver til varme i produktet. Et beskedent rotor-statorhoved kan slå en meget større omrører ved at lave en emulsion og tabe dårligt til det ved blanding. Dimensionering skal starte fra enhedens drift, ikke fra kilowatt-værdien.

Batch og inline er to forskellige maskiner

• En batch-højforskydningsblander bærer arbejdshovedet ind i beholderen, sædvanligvis på en top-entry aksel. Hele batchen cirkulerer gennem forskydningszonen mange gange, så opskriften har et klart slutpunkt, og én beholder klarer alt.
• En inline højforskydningsblander pumper produktet gennem et kammer, der indeholder rotoren og statoren. Det kan køre som et enkelt gennemløb eller som en recirkulationssløjfe, og det giver en langt bedre temperaturkontrol, fordi forskydningszonen kun rummer en lille mængde produkt ad gangen.

Uanset hvad er zonen med høj forskydning lille, og resten af ​​fartøjet har stadig arbejde at gøre: at fodre produkt ind i hovedet konsekvent, undgå døde zoner i hjørnerne og holde faste stoffer væk fra bunden. Det er spørgsmålet, flowmodellering svarer, før der skæres i stål, hvilket er grunden til, at CFD-arbejdet beskrevet på dette websteds fluid dynamics service side er normalt det første skridt i et vanskeligt spredningsprojekt.

Høj forskydning versus konventionel omrøring: En beslutningstabel

De fleste specifikationsargumenter kommer fra at behandle al blanding som én operation. Det er i virkeligheden tre operationer, der tilfældigvis deler en tank.

Intet af dette gør en konventionel omrører forældet. En top-entry-enhed i korrekt størrelse er den korrekte maskine til blanding, suspension og varmeoverførsel, og parring af den med et separat højforskydningshoved til dispersionstrinnet er ofte billigere og mere fleksibelt end at tvinge én maskine til at dække begge opgaver. Enheder såsom TOPA001DR top-entry mixer er designet omkring det bulkflow job, med tætnings- og lejearrangementer, der er dimensioneret til kontinuerlig service snarere end til spidsforskydning.

TOPA001DR Top-Entry Mixer til Bulk Blanding og Suspension Top-entry DR-serien mixer til blanding, suspension og varmeoverførsel, med lodret drev, enkel kompakt struktur, og pumpehjul/tætningsmuligheder for kontinuerlig bulk-flow opgaver. Se produkt →

Tilpasning af arbejdshovedet til viskositet og faste stoffer

Viskositeten afgør, hvilke blanderfamilier der overhovedet er tilgængelige, fordi den styrer, om frisk produkt kan strømme ind i forskydningszonen. I et rotor-statorhoved er mellemrummet fast og smalt; hvis produktet ikke vil løbe ind i det, drejer hovedet simpelthen i et hulrum, det selv har lavet.

• Under ca. 5.000 cP virker propeller, turbiner med pitched blade og inline rotor-statorer alle sammen, og inline er normalt den mest energieffektive, fordi en pumpe føder forskydningszonen i stedet for at være afhængig af bulkflow.
• Mellem 5.000 og 50.000 cP, disperser-diske og multi-stage heads spiller ind. Bekræft, at produktet kan pumpes, hvis du planlægger en inline-sløjfe, og hold øje med motorstrømmen under opstart på en fast batch.
• Over 50.000 cP tager ramme, anker-med-skraber, bånd og planetgeometrier over. Mekanisk forskydning er ikke længere den begrænsende faktor - varmeoverførsel gennem en næsten stillestående film er, og det er det, skrabere og bånd adresserer.

Faste stoffer tilføjer en anden begrænsning. Sammenhængende pulvere skal fugtes, før de kan spredes, og en dispergeringsskive trækker bevidst en hvirvel ved overfladen, så pulver trækkes ind i væsken i stedet for at flyde. Et rotor-statorhoved nedbryder agglomerater meget effektivt, når de først er vædet, men det kan ikke væde en flydende pigmentflåde. Til det første trin er højhastighedsspredere som f.eks. FS1-serien det sædvanlige svar, med rotor-statorhovedet bragt ind bagefter for fin spredning.

TOPA005 FS1 seriens højhastighedsspreder til pulverbefugtning FS1-seriens top-entry disperger til befugtning af sammenhængende pulvere før finspredning, med højhastighedsløbehjul, kompakt drev og flere tætningsmuligheder til blandingsopgaver. Se produkt →

Inline eller Batch: Vælg på varme, ikke på bekvemmelighed

Et højforskydningshoved koncentrerer sin energi til et lille volumen, og den energi ender som varme. I et batch-arrangement passerer hele batchen gennem den varme zone igen og igen, så en temperaturfølsom recept kan blive beskadiget længe før spredningsmålet er nået.

En inline loop ændrer denne aritmetik. Fordi kun et lille volumen sidder i forskydningszonen på ethvert tidspunkt, kan varme fjernes mellem passage gennem en kappebeklædt beholder eller en pladeveksler, og løkken kan køre så længe opskriften behøver uden at tilberede produktet. Inline-enheder rengøres også lettere på plads og er nemmere at instrumentere til kontinuerlig produktion.

Afvejningen er fleksibilitet. Et batchhoved kan hæves, rengøres og genbruges til en anden opskrift inden for få minutter; en inline glider er forpligtet til en flowhastighed og en produktfamilie. Inline rotor-stator-enheder såsom ZJH-seriens homogenisator er bygget op omkring recirkulationsidéen - et lille forskydningskammer, en pumpe og en sløjfe, så temperaturkontrollen forbliver med tanken i stedet for med blanderen.

TOPH61 Series ZJH Homogenizer til cremer, salver og tandpasta Patenteret ZJH recirkulationshomogenisator til højviskositetscremer, salver og tandpasta ved brug af intern/ekstern cirkulation, vakuumemulgering og automatiseret behandling i kompakte sanitære systemer. Se produkt →

Hvad skal du angive, før du køber

1. Måldråbe- eller partikelstørrelse plus den målemetode, du vil acceptere. "Fin" og "godt blandet" er ikke specifikationer, og et laserdiffraktionsresultat er ikke det samme bevis som et mikroskopbillede.
2. Viskositet ved procestemperatur, ikke ved stuetemperatur. Et produkt, der læser 200 cP, når det er koldt, kan opføre sig meget anderledes ved 70 °C, og arbejdshovedafstanden skal passe til begge.
3. Batchstørrelsesområde og turndown. Hvis én maskine skal håndtere 20 % af den nominelle batch, forbliver forskydningszonen muligvis ikke nedsænket, og motoren kan være meget overdimensioneret.
4. Tiphastighedsområde, køre- og opstartsadfærd. Variabel frekvensstyring er normal på et højt forskydningshoved, og en momentgrænse beskytter akslen, når en afviklet batch starter.
5. Befugtede materialer og tætningsstrategi. Slibende faste stoffer, aggressiv CIP-kemi og vakuumdrift presser alle beslutningen om akseltætningen, og en mekanisk tætning på en trykbalancetank eller sifontank er et meget anderledes servicekrav end en simpel læbetætning.
6. Et pilotforsøg på dit eget produkt. Hovedgeometri, mellemrum og statorspaltemønster interagerer med rheologi på måder, der er svære at forudsige ud fra datablade alene.

Hvis du vil gå dybere ind i arbejdshovedets geometri, og hvordan statordesign ændrer dråbestørrelsen, kan sidens egen oversigt over emulgatordesign med høj forskydning dækker de praktiske detaljer.

Ofte stillede spørgsmål om højforskydningsblandere

Reglen, der overlever kontakt med rigtige projekter, er enkel: Beslut hvilken enhedsdrift du køber - flow, dispergering eller emulgering - og køb en maskine, der er god til den ene ting. Blandingsproblemer forbliver sjældent løst, når et enkelt arbejdshoved bliver bedt om at udmærke sig på alle tre.