Kaip pasirinkti patikimą aukšto greičio maišytuvą gamybai?

Taikymo pagrindu nustatomos reikalavimai aukšto greičio maišytuvų projektavimui

Kodėl homogenizatoriai netinka spalvų dispergavimui ir plastiko maišymui

Universalūs aukštosios našumo maišytuvų dizainai pigmentų dispergavimui ir polimerų kompoundavimui dažnai pasižymi prasta našumu. Pigmentams reikia lokalizuotos šlyties, kad būtų galima susitvarkyti su aglomeratais. Plastikams reikia įtraukti energijos, kad būtų išvengta šiluminės degradacijos. 2023 m. atliktame tyrime mokslininkai pastebėjo 22 % mažesnę pigmentų dispergavimo efektyvumą ir 17 % padidėjusią polimerų skilimą, naudojant standartinius maišytuvus. Kiekvienas medžiagų tipas turi savo unikalų klampumo profilį ir priedų elgesį, kurie reikalauja specialiai pritaikytų hidrodinaminių sąlygų, kurių negalima pasiekti naudojant bendrojo tipo įrengimą.

Kaip medžiagos šlyties jautrumas ir dalelių dydžių pasiskirstymas (PSD) veikia rotorių

Dirbant su mažo nuožulnumo medžiagomis, pvz., silikonu, reikia užkirsti kelią medžiagų molekulinės struktūros pažeidimui. Rotoriaus-statoriaus konstrukcijose turėtų būti naudojami statoriai su plačiu tarpuku ir bluntais dantimis. Atveju, kai maišomos nanodalelės, tinkamas statorius su mikropašliūžiais, kurie sukuria 50–100 μm nuožulnumo zonas. Šios sąsajos yra žinomos ir apima:

Nuožulnumo jautrumas > 5 Pa·s⁻¹: padidinti statoriaus tarpuką (+0,3–0,5 mm); sumažina degradaciją 18–25 %
Dalelių dydis < 20 μm: didelės tankio mikroperforacijos pagerina dispergavimo naudingumą 30 %
Klampumo pokytis > 200 cP: kintamas danties kampas (15°–45°) (palaikant srauto indeksą ±5 % ribose)

Plačiam dalelių dydžių pasiskirstymui išvengti smulkių dalelių judėjimo reikalingi daugiapakopiniai statoriai.

Atvejo tyrimas: taikyto statoriaus geometrijos taikymas padidino pigmentų dispergavimo vienodumą 37 %.

Specialių chemikalų gamintojas įdiegė trijų pakopų konstrukciją (2 mm → 0,8 mm → 0,3 mm dantys) turinčius išsisklaidančius statorius, kurie pakeitė standartinius statorius titano dioksido išsklaidymo procese. Statorius sumažino variacijos koeficientą (CoV) nuo pradinio 23 % iki 14,5 %, kas atitinka 37 % tolygumo pagerėjimą. Statoriaus konstrukcija leido laipsniškai pašalinti aglomeratus be batono įkaitinimo virš 65 °C temperatūros ribos. Ši konstrukcija padėjo padidinti našumą 19 %.

Analizuoti kritinius inžinerinius apribojimus aukšto greičio maišytuvų veikimui

Klampumo svyravimai, viršijantys 500 cP, ir jų poveikis sukimo momento stabilumui aukšto greičio maišymo sistemose

Klampa, kurios pokyčiai viršija 500 cP, sukelia kritinę sukimo momento nestabilumą aukšto greičio maišytuvuose. Netiesiniai skysčiai parodo padidėjusią ir staigiai krintančią klampą, dėl ko sukimo momentas, vidutiniškai, pakyla daugiau nei 150 % virš pradinės reikšmės. Realiojo laiko vizkozimetras kartu su uždarosios kilpos greičio valdymo sistema palaiko klampą ±5 % ribose ir neleidžia grandininėms partijų nesėkmėms.

Skalavimo dėsnių Np ir Re taikymas netiesiniam maišymui partijomis

Partijų maišymas reikalauja laikytis bevardžių dydžių. Bevardis galios skaičius Np yra energijos perdavimo matas, kuris būtinas sėkmingam maišymui. Skalavimo dėsniai nustato, kad Np turi būti lygus 2,3, kad maišymo rezultatai būtų vienodi ir maišymo talpose, didesnėse nei 500 L, nebūtų „numirusių zonų“.

Tiesioginis variklio pajungimas priešais pavaros varomąją sistemą: 28 % našumo pagerėjimas esant greičiams virš 6000 aps/min (ISO 13709).

Tiesioginio valdymo sistemos apeina pavarų nuostolius ir pasiekia 28 % didesnį energijos naudingumą virš 6000 apsukų per minutę, palyginti su pavaromis varomomis sistemomis (ISO 13709). Maišymo sistemoms tai reiškia mažesnes eksploatacines sąnaudas. Taip pat tai lemia mažesnį techninės priežiūros prastovų laiką ir perduoda mažiau vibracijos. Pavaromis varomos sistemos yra pageidaujamos sistemoms, kurių sukimosi dažnis yra žemesnis nei 3000 apsukų per minutę, dėl mechaninio sukimo momento dauginimo ir efektyvumo.

Vektorinio valdymo keitikliai leidžia tiksliai reguliuoti sukimosi dažnį nuo 10 iki 9600 apsukų per minutę ±0,5 % intervalais.

Vektorinio valdymo keitikliai gali tiksliai reguliuoti sukimosi dažnį nuo 10 iki 9600 apsukų per minutę ±0,5 % intervalais. Tai leidžia pritaikyti šlyties intensyvumą pageidaujamam lygiui priklausomai nuo maišomo medžiagos fazės. Ši sistema lengvai prisitaiko prie kintančios klampumo lygių, viršijančių 500 cP. Ši sistema gali padidinti maišomos sistemos kokybę. Konkrečiai, polimerų emulsijų maišymui šis valdymas gali sumažinti partijų atmestų procentą 19 %.

Kad būtų užtikrintas kontroliuojamas ir vienodas aukščiausios kokybės maišymas, reikia subalansuoti reikalavimus dėl sukimo momento ir medžiagos savybių. Energijos taupiamai gamybai turi būti naudojamas tinkamas variklis.

Geriausio aukšto greičio maišytuvo pasirinkimas mastuojamai gamybai

Partijinis vs. įeinamasis vs. nuolatinis

RTD (gyvenimo laiko pasiskirstymo) analizė nustato dalelių gyvenimo laiko pasiskirstymo vienodumą sistemoje maišant. Ji taip pat nustato mastelio keitimo galimybę, ypač specialiųjų chemikalų ir farmacijos srityse. Partijiniai maišytuvai labiausiai tinka mažoms ir vidutinėms mišinių partijoms, kai dažnai keičiamos maišymo receptūros. Tiesioginiai maišytuvai naudojami vidutinio mastelio operacijoms, kai yra tolygus nuolatinis srautas su nedidelėmis (±2 %) svyravimais (RTD nuokrypis). Nuolatinės veiklos sistemos labiausiai tinka didelėms operacijoms, kai vyksta nuolatinis maišymas. Nuolatinės veiklos sistemos taip pat sutaupo iki 30 % energijos lyginant su partijinėmis sistemomis, nepriklausomai nuo terpės klampumo. Kai klampumas viršija 10 000 cP, tokios sistemos taip pat efektyvesnės. Nuolatinio maišymo sistemos ir partijinės sistemos taip pat siūlo įvairius būdus optimizuoti maišymą, priklausomai nuo formulės reikalavimų. RTD kreivių analizė turėtų atskleisti srauto trumpuosius kelius arba negyvuosius zonų. Kompromisiniai sprendimai turėtų atskleisti siaurus kreivius, lankstius partijų diapazone; pločio padidėjimas turėtų nustatyti partijų lankstumą formulėms, tuo tarpu šilumai ar chemiškai jautrioms formulėms.

D.U.K.

Klausimas: Kokie yra pagrindiniai didesnių greitaeigių maišytuvų konstrukcijos elementai?

Atsakymas: Universaliosios konstrukcijos sėkmingai naudojamos dažiklių dispergavimo sistemose dėl aplinkos hidrodinaminio pobūdžio, tačiau jos negali užtikrinti to paties polimerų kompoundavimo taikymuose.

Klausimas: Kaip medžiagos savybės veikia rotoriaus-statoriaus konstrukciją?

Atsakymas: Šiuose atvejuose optimali rotoriaus-statoriaus konstrukcija nustatoma remiantis šlyties jautrumu ir dalelių dydžių pasiskirstymu.

Klausimas: Kokį poveikį greitaeigiam maišymui daro klampumo svyravimai?

Atsakymas: Klampumo svyravimai gali sukelti greitaeigio maišytuvo sukimosi sistemos sukimo momento nestabilumą, dėl kurio gali kilti didelė apkrova sistemoje, veleno deformacija ir net variklio perkrova.

Klausimas: Kaip pasirinkti tarp tiesioginio ir pavaros varomų sistemų?

Atsakymas: Tiesioginio varomo sistema yra pageidaujama virš 6000 aps/min, nes pavaros nuostoliai mažina naudingumo koeficientą. Pavaros varomos sistemos yra pageidaujamos žemiau 3000 aps/min dėl jų sukimo momento padidinimo.

K: Kaip RTD analizė padeda suprojektuoti maišytuvą?

A: RTD analizė nustato maišymo laipsnį ir padeda įvertinti sistemos mastelio keitimo galimybę, sudarydama pagrindą, kuriuo pagrindžiama sistema (kaip partijinė, įterptoji ar nuolatinė) konfigūracija konkrečiai taikomajai užduočiai.