Mieszalnik szybkoobrotowy - High-shear mixer

A wysokim ścinaniu rozprzestrzeniają lub transportu, jedna faza lub składników (ciecz, ciało stałe, gaz) do głównej fazy ciągłej (płynnej), z którym to zwykle nie mieszają się . Wirnik lub wirnik wraz z elementem stacjonarnym znanym jako stojan, lub szeregiem wirników i stojanów, stosuje się albo w zbiorniku zawierającym roztwór do zmieszania, albo w rurze, przez którą przepływa roztwór, w celu wytworzenia ścinania . Mieszadło szybkoobrotowe może być wykorzystywane do tworzenia emulsji , zawiesin , liozoli (gazów zdyspergowanych w cieczy) oraz produktów ziarnistych. Jest stosowany w przemyśle klejowym, chemicznym, kosmetycznym, spożywczym, farmaceutycznym i tworzyw sztucznych do emulgowania, homogenizacji , redukcji wielkości cząstek i dyspersji.

Zasady pracy

Płyn ulega ścinaniu, gdy jeden obszar płynu przemieszcza się z inną prędkością w stosunku do sąsiedniego obszaru. Mieszalnik o wysokim ścinaniu wykorzystuje obracający się wirnik lub wirnik o dużej prędkości, lub szereg takich wirników lub wirników wbudowanych, zwykle napędzanych silnikiem elektrycznym, aby „pracować” płyn, tworząc przepływ i ścinanie. Prędkość wierzchołka lub prędkość płynu na zewnętrznej średnicy wirnika będzie wyższa niż prędkość w środku wirnika i to właśnie ta różnica prędkości powoduje ścinanie.

W połączeniu z wirnikiem może być stosowany element nieruchomy, który jest określany jako stojan. Stojan tworzy gęstą szczelinę między wirnikiem a nim samym i tworzy strefę ekstremalnie wysokiego ścinania dla materiału wychodzącego z wirnika. Połączenie wirnika i stojana jest często określane jako głowica mieszająca lub generator. Duży mieszalnik typu rotor-stator o wysokim współczynniku ścinania może zawierać pewną liczbę generatorów.

Kluczowe czynniki konstrukcyjne obejmują średnicę wirnika i jego prędkość obrotową, odległość między wirnikiem a stojanem, czas w mieszalniku oraz liczbę generatorów w serii. Zmienne obejmują liczbę rzędów zębów, ich kąt oraz szerokość otworów między zębami.

Mieszalniki wsadowe szybkotnące

W mieszalniku o dużej szybkości ścinania wsadowego składniki do zmieszania (nie mieszające się ciecze lub proszek w cieczy) są podawane od góry do zbiornika mieszającego zawierającego mieszadło na obracającym się wale na dnie zbiornika. Wsadowy mieszalnik szybkoobrotowy może przetwarzać daną objętość materiału w przybliżeniu dwa razy szybciej niż wbudowany mieszalnik rotor-stator o tej samej mocy znamionowej; takie mieszalniki są nadal używane tam, gdzie głównym wymogiem jest szybsze przetwarzanie objętościowe, a przestrzeń nie jest ograniczona. Podczas mieszania lepkich roztworów część produktu może pozostać w zbiorniku, co wymaga czyszczenia. Istnieją jednak konstrukcje wsadowych mieszalników szybkoobrotowych, które czyszczą zbiornik w ramach cyklu roboczego. Niektóre mieszalniki szybkoobrotowe są zaprojektowane do pracy na sucho, co ogranicza ilość potrzebnego czyszczenia w zbiorniku.

Inline mieszalniki szybkoobrotowe

W mieszalniku typu inline o wysokim ścinaniu typu rotor-stator, układ rotor-stator znajduje się w obudowie z wlotem na jednym końcu i wylotem z drugiego, a wirnik napędzany jest przez uszczelkę. Mieszane składniki są przeciągane przez generator w ciągłym strumieniu, przy czym całość działa jako odśrodkowe urządzenie pompujące. Inline mieszalniki szybkoobrotowe zapewniają bardziej kontrolowane środowisko mieszania, zajmują mniej miejsca i mogą być używane jako część ciągłego procesu. Mieszanie równowagowe można osiągnąć, przepuszczając produkt przez wbudowany mieszalnik szybkoobrotowy więcej niż jeden raz.

Wbudowana indukcja proszku

Wbudowany mieszalnik wirnikowo-stojanowy przystosowany do indukcji proszku zapewnia elastyczność, możliwości i przenośność do obsługi wielu zbiorników mieszających o praktycznie dowolnej wielkości. Jego prosta obsługa i wygoda dodatkowo maksymalizują użyteczność sprzętu, jednocześnie upraszczając obsługę materiałów.

W połączeniu z pompą próżniową i lejem, wbudowany mieszalnik ścinający może być bardzo skutecznym sposobem wprowadzania proszków do strumieni cieczy. Inaczej znane jako induktory proszkowe o wysokim ścinaniu, systemy te mają tę zaletę, że utrzymują proces na poziomie podłogi zamiast pracy z ciężkimi workami na antresolach. Systemy doprowadzania proszku o wysokim współczynniku ścinania zapewniają również łatwą zamienność z wieloma zbiornikami.

Granulatory szybkotnące

Granulator szybkoobrotowy to zestaw procesowy składający się z mieszalnika szybkoobrotowego działającego w linii lub wsadowo oraz suszarki fluidalnej. W procesie granulacji wymagany jest tylko stały składnik mieszaniny. Płyn jest używany wyłącznie jako środek pomocniczy w przetwórstwie. Mieszalnik o wysokim ścinaniu przetwarza materiał stały do ​​pożądanej wielkości cząstek, a następnie mieszanina jest pompowana do złoża suszącego, gdzie płyn jest usuwany, pozostawiając granulowany produkt.

Mieszalniki liniowe o ultrawysokiej szybkości ścinania

W mieszalniku inline o ultraszybkim ścinaniu mieszanie z wysokim ścinaniem odbywa się w pojedynczym lub wielokrotnym przejściu przez układ rotor-stator. Mieszalnik jest zaprojektowany tak, aby poddawać produkt większemu ścinaniu i większej liczbie przypadków ścinania niż standardowy mieszalnik inline typu rotor-stator, dając wyjątkowo wąski rozkład wielkości cząstek. Dzięki technologii ultra-wysokiego ścinania możliwe są cząstki o rozmiarach poniżej mikrometra. Aby to osiągnąć, maszyna wyposażona jest w statory z precyzyjnie obrobionymi otworami lub szczelinami, przez które produkt jest przepychany przez wirniki. Układ wirnik-stojan może również zawierać mechanizm, dzięki któremu zmienia się pęd przepływu (na przykład przez wymuszanie go na boki przez stojan), co pozwala na większą obróbkę w jednym przejściu.

Mieszanie równowagowe

Mieszalniki szybkoobrotowe są używane w przemyśle do produkcji standardowych mieszanek składników, które nie mieszają się w sposób naturalny. Gdy cały płyn składa się z dwóch lub więcej cieczy, końcowym wynikiem jest emulsja ; gdy składa się z ciała stałego i cieczy, nazywa się go zawiesiną, a gdy gaz jest rozproszony w cieczy, wynikiem jest liozol. Każda klasa może, ale nie musi być homogenizowana , w zależności od ilości energii wejściowej.

Aby uzyskać standardową mieszankę, stosuje się technikę mieszania równowagowego. Cecha docelowa jest identyfikowana w taki sposób, że gdy zmieszany produkt uzyska tę cechę, nie zmieni się znacząco później, bez względu na to, jak długo produkt jest przetwarzany. W przypadku dyspersji jest to równowagowa wielkość cząstek. W przypadku emulsji jest to równowagowa wielkość kropel. Ilość wymieszania potrzebna do osiągnięcia wymieszania równowagowego mierzona jest w obrotach zbiornika – ile razy objętość materiału musi przejść przez strefę wysokiego ścinania.

Zastosowania technologii mieszania z wysokim ścinaniem

Mieszalniki szybkoobrotowe są stosowane we wszystkich gałęziach przemysłu przetwórstwa chemicznego, wszędzie tam, gdzie istnieje potrzeba produkcji znormalizowanych mieszanek składników, które nie mieszają się w sposób naturalny. Obejmują one:

Zobacz też

Bibliografia