High Shear Mixer Kjøper's Guide: Rotor-Stator valg, bruk og dimensjonering

En batch som skal være en stabil emulsjon viser fortsatt synlige dråper på et dyppeglass etter førti minutter med omrøring, og hvert forsøk på å fikse det ved å øke rørehastigheten varmer ganske enkelt produktet opp. Agitatoren gjør jobben sin - den flytter hele tanken - men den gjør ikke det eneste oppskriften faktisk trenger: å legge en stor mengde energi i et veldig lite volum væske.

Det er det en mikser med høy skjærkraft er til for. Den korte versjonen, før detaljene: hvis målet ditt er en måldråpe eller partikkelstørrelse, trenger du rotor-stator-skjær; hvis målet ditt er blanding, suspensjon eller varmeoverføring, vil en konvensjonell impeller gjøre det for mindre penger og mindre varme. De fleste skuffende installasjoner med høy skjærkraft er ikke dårlig bygde maskiner. De er den riktige maskinen brukt på feil plikt.

Hva en mikser med høy skjærkraft faktisk gjør

Skjær er en hastighetsgradient - forskjellen i hastighet mellom to lag med væske delt på avstanden mellom dem. Inne i et rotor-stator arbeidshode sveiper rotorspissen forbi en stasjonær statorvegg over et gap målt i millimeter. En spisshastighet på 20 m/s over et 1 mm gap tilsvarer en lokal skjærhastighet i størrelsesorden 20 000 resiproke sekunder. I hoveddelen av samme tank overskrider en pumpehjulutløpssone sjelden noen hundre. Disse to eller tre størrelsesordener er hele historien om blanding med høy skjærkraft.

Energitetthet, ikke akselhastighet

Motorkraft i seg selv forteller deg veldig lite. Skjærhastighet skalerer omtrent med spisshastighet, mens kraft i turbulent strømning skalerer med noe nær kuben av spisshastighet. Doble hastigheten dobler skjæringen produktet ser, men ber om omtrent åtte ganger kraften, og nesten all den ekstra energien blir til varme i produktet. Et beskjedent rotor-statorhode kan slå en mye større agitator ved å lage en emulsjon, og tape dårlig til det ved blanding. Dimensjonering må starte fra enhetens drift, ikke fra kilowatt-klassifiseringen.

Batch og inline er to forskjellige maskiner

• En batch-mikser med høy skjærkraft bærer arbeidshodet inn i karet, vanligvis på en aksel med toppinngang. Hele batchen sirkulerer gjennom skjærsonen mange ganger, så oppskriften har et klart endepunkt og ett kar gjør alt.
• En inline blander med høy skjærkraft pumper produktet gjennom et kammer som inneholder rotoren og statoren. Den kan kjøres som en enkelt gjennomgang eller som en resirkuleringssløyfe, og den gir langt bedre temperaturkontroll fordi skjærsonen bare inneholder et lite volum av gangen.

Uansett, sonen med høy skjærkraft er liten, og resten av fartøyet har fortsatt arbeid å gjøre: å mate produktet inn i hodet konsekvent, unngå døde soner i hjørnene og holde faste stoffer fra bunnen. Det er spørsmålene flytmodellering svarer før noe stål kuttes, og det er grunnen til at CFD-arbeidet beskrevet på denne sidens serviceside for fluiddynamikk er vanligvis det første trinnet i et vanskelig spredningsprosjekt.

Høy skjæring versus konvensjonell agitasjon: En beslutningstabell

De fleste spesifikasjonsargumenter kommer fra å behandle all blanding som én operasjon. Det er egentlig tre operasjoner som tilfeldigvis deler en tank.

Ingenting av dette gjør en konvensjonell agitator utdatert. En toppinngangsenhet med riktig størrelse er den riktige maskinen for blanding, suspensjon og varmeoverføring, og å pare den med et separat høyskjærhode for dispergeringstrinnet er ofte billigere og mer fleksibelt enn å tvinge én maskin til å dekke begge oppgavene. Enheter som TOPA001DR toppinngangsblander er designet rundt den bulkstrømjobben, med tetnings- og lagerarrangementer dimensjonert for kontinuerlig service i stedet for toppskjæring.

TOPA001DR Top-Entry Mixer for bulkblanding og suspensjon Toppinngangs blandebatteri i DR-serien for blanding, suspensjon og varmeoverføring, med vertikal drift, enkel kompakt struktur og impeller/tetningsalternativer for kontinuerlig bulkstrøm. Se produkt →

Tilpass arbeidshodet til viskositet og faste stoffer

Viskositeten avgjør hvilke blandefamilier som i det hele tatt er tilgjengelige, fordi den styrer om ferskvare kan strømme inn i skjærsonen. I et rotor-statorhode er gapet fast og smalt; hvis produktet ikke vil renne ned i det, snurrer hodet ganske enkelt i et hulrom som det selv har laget.

• Under omtrent 5000 cP fungerer alle propeller, turbiner med skråblad og inline rotor-statorer, og inline er vanligvis den mest energieffektive fordi en pumpe mater skjærsonen i stedet for å stole på bulkstrøm.
• Mellom 5 000 og 50 000 cP, dispergeringsplater og flertrinnshoder spiller inn. Bekreft at produktet kan pumpes hvis du planlegger en inline-sløyfe, og se på motorstrømmen under oppstart på en fast batch.
• Over 50 000 cP tar ramme, anker-med-skraper, bånd og planetgeometrier over. Mekanisk skjæring er ikke lenger den begrensende faktoren - varmeoverføring gjennom en nesten stillestående film er, og det er det skraper og bånd adresserer.

Faste stoffer legger til en andre begrensning. Sammenhengende pulver må fuktes før de kan spres, og en dispergeringsskive trekker bevisst en virvel ved overflaten slik at pulver trekkes inn i væsken i stedet for å flyte. Et rotor-statorhode bryter ned agglomerater veldig effektivt når de først er fuktet, men det kan ikke fukte ut en flytende pigmentflåte. For det første trinnet er høyhastighetsspredere som FS1-serien det vanlige svaret, med rotor-statorhodet hentet inn etterpå for fin spredning.

TOPA005 FS1 Series High Speed Disperger for pulverfukting FS1-serien med toppinngang for å fukte kohesive pulver før finspredning, med høyhastighets impeller, kompakt drivverk og flere tetningsalternativer for blandeoppgaver. Se produkt →

Inline eller batch: Velg på varme, ikke på bekvemmelighet

Et høyt skjærhode konsentrerer energien sin til et lite volum, og den energien ender opp som varme. I et batch-arrangement passerer hele batchen gjennom den varme sonen om og om igjen, så en temperaturfølsom resept kan bli skadet lenge før spredningsmålet er nådd.

En innebygd loop endrer denne aritmetikken. Fordi bare et lite volum sitter i skjærsonen til enhver tid, kan varme fjernes mellom passasjer gjennom et mantlet kar eller en plateveksler, og sløyfen kan gå så lenge oppskriften trenger uten å tilberede produktet. Inline-enheter rengjøres også lettere og er enklere å instrumentere for kontinuerlig produksjon.

Avveiningen er fleksibilitet. Et batchhode kan heves, rengjøres og gjenbrukes til en annen oppskrift i løpet av minutter; en inline-slip er forpliktet til en strømningshastighet og en produktfamilie. Inline rotor-stator-enheter som ZJH-seriens homogenisator er bygget rundt resirkulasjonsideen - et lite skjærkammer, en pumpe og en sløyfe, slik at temperaturkontrollen forblir med tanken i stedet for med blanderen.

TOPH61 Series ZJH Homogenizer for kremer, salver og tannkrem Patentert ZJH resirkuleringshomogenisator for høyviskositetskremer, salver og tannkrem, ved bruk av intern/ekstern sirkulasjon, vakuumemulgering og automatisert prosessering i kompakte sanitærsystemer. Se produkt →

Hva du skal spesifisere før du kjøper

1. Mål dråpe- eller partikkelstørrelse, pluss målemetoden du godtar. "Fin" og "godt blandet" er ikke spesifikasjoner, og et laserdiffraksjonsresultat er ikke det samme beviset som et mikroskopbilde.
2. Viskositet ved prosesstemperatur, ikke ved romtemperatur. Et produkt som leser 200 cP når det er kaldt, kan oppføre seg svært forskjellig ved 70 °C, og arbeidshodegapet må passe til begge.
3. Batchstørrelsesområde og turndown. Hvis en maskin må håndtere 20 % av nominell batch, kan det hende at skjærsonen ikke forblir nedsenket og motoren kan være kraftig overdimensjonert.
4. Tipphastighetsområde, kjøre- og oppstartsatferd. Variabel frekvenskontroll er normalt på et høyt skjærhode, og en dreiemomentgrense beskytter akselen når en avgjort batch starter.
5. Fukte materialer og tetningsstrategi. Slipende faste stoffer, aggressiv CIP-kjemi og vakuumbelastning presser beslutningen om akseltetningen, og en mekanisk tetning på en trykkbalansetank eller sifontank er et helt annet servicekrav enn en enkel leppetetning.
6. En pilotprøve på ditt eget produkt. Hodegeometri, gap og statorspaltemønster samhandler med reologi på måter som er vanskelig å forutsi fra datablad alene.

Hvis du ønsker å gå dypere inn i arbeidshodegeometri og hvordan statordesign endrer dråpestørrelse, kan nettstedets egen oversikt over emulgatordesign med høy skjærkraft dekker de praktiske detaljene.

Ofte stilte spørsmål om blandere med høy skjærkraft

Regelen som overlever kontakt med virkelige prosjekter er enkel: bestem hvilken enhetsoperasjon du kjøper - flyt, dispergering eller emulgering - og kjøp en maskin som er god på den ene tingen. Blandingsproblemer forblir sjelden løst når et enkelt arbeidshode blir bedt om å utmerke seg på alle tre.