اختلاط برشی بالا: نحوه کار، انواع و نحوه انتخاب میکسر مناسب

احتمالاً دیده اید که یک دسته به دلایلی که توضیح آنها سخت است شکست می خورد: لوسیونی که بعد از یک هفته جدا می شود، سسی که آبکی می شود یا خمیر رنگدانه ای با آگلومره های ریز که هیچ مقداری هم زدن نمی تواند آن را پاک کند. موضوع رایج این است که همزن های معمولی برش کافی برای کنترل اندازه قطرات، پراکندگی یا توزیع ذرات ایجاد نمی کنند. اختلاط برشی بالا با استفاده از سر روتور-استاتور برای اعمال نیروی مکانیکی شدید در زمان کوتاه، این شکاف را می‌بندد و امولسیون‌ها، سوسپانسیون‌ها و پراکندگی‌های ظریفی را ایجاد می‌کند که بسیاری از فرآیندهای غذایی، نوشیدنی، آرایشی، دارویی و شیمیایی به آن وابسته هستند.

این راهنما توضیح می‌دهد که اختلاط با برش بالا چیست، اصل روتور-استاتور چگونه کار می‌کند، چه پیکربندی‌هایی در دسترس است، و چه چیزی را باید قبل از خرید یک میکسر برش بالا بررسی کنید. اگر در حال ارزیابی تجهیزات برای یک خط جدید یا عیب یابی خط موجود هستید، اولین نتیجه گیری ساده است: میکسر مناسب با برش بالا تنها زمانی نتایج قابل تکرار را به شما می دهد که با ویسکوزیته، محتوای جامدات و کیفیت هدف مطابقت داشته باشد.

اختلاط برشی بالا چیست؟

اختلاط برشی بالا یک فرآیند مکانیکی است که از یک روتور با سرعت بالا در داخل یک استاتور با فاصله نزدیک برای ایجاد نیروهای برشی قوی استفاده می کند. این نیروها قطرات یا آگلومراها را می شکنند، پودرها را به مایع می کشند و مخلوطی یکنواخت با بافتی بسیار ظریف تر از هم زدن معمولی تولید می کنند. نتیجه اغلب به صورت امولسیون (مایع در مایع)، سوسپانسیون (جامد در مایع)، یا پراکندگی (ذرات ریز به طور یکنواخت) توصیف می شود.

از نظر عملی، اختلاط برش بالا در مواقعی که نیاز دارید استفاده می شود:

• امولسیون های پایدار با اندازه قطرات در محدوده میکرومتر
• خیس کردن و پراکندگی پودرها بدون چشم ماهی یا توده
• جداسازی ذرات و کاهش اندازه برای رنگ ها، جوهرها و خمیرهای شیمیایی
• تهیه سریع محصولات غلیظ یا چسبناک مانند چسب ها، کرم ها و پمادهای دارویی

اگر هنوز مطمئن نیستید که آیا برنامه شما واقعاً به برش بالا نیاز دارد، بررسی آن کمک می کند اصول طراحی مخزن اختلاط اول به این دلیل که چیدمان ظرف می تواند بر نحوه عملکرد میکسر تأثیر بگذارد.

چگونه یک میکسر برشی بالا کار می کند

همه میکسرهای برش بالا یک اصل اصلی را به اشتراک می گذارند: روتور با دندانه های ماشینکاری شده دقیق با سرعت بالا در داخل یک استاتور ثابت می چرخد. محصول به داخل روتور کشیده می‌شود و با فشار از دهانه‌های استاتور عبور می‌کند، جایی که برش مکانیکی و هیدرولیکی شدیدی را تجربه می‌کند.

منطقه برشی روتور-استاتور

شکاف بین روتور و استاتور کوچک است، معمولاً از حدود 0.5 میلی متر تا 3 میلی متر بسته به مدل. با چرخش روتور، سیال در فضای خالی شتاب می گیرد و با سرعت بالا به بیرون خارج می شود. این شتاب نرخ برشی را ایجاد می‌کند که نحوه شکستن ریز قطرات یا ذرات را کنترل می‌کند.

سرعت نوک در مقابل نرخ برشی

سرعت نوک سرعت خطی در لبه بیرونی روتور است. این عدد معنی‌دارتر از دور در دقیقه (RPM) است زیرا قطر روتور را به حساب می‌آورد. یک روتور بزرگتر در دور کمتر در دقیقه می تواند همان سرعت نوک روتور کوچکتر در دور در دقیقه بالاتر ایجاد کند. نرخ برش با تقسیم سرعت نوک بر عرض شکاف تقریبی می شود. به همین دلیل، تغییرات جزئی در طراحی شکاف یا روتور می تواند نتیجه اختلاط را به طور قابل توجهی تغییر دهد.

جدول فقط یک ایده مرتبه بزرگی را ارائه می دهد. مقادیر واقعی باید با آزمایش فرآیند تعریف شوند، نه با منحنی های عمومی.

انواع میکسرهای برشی بالا: درون مخزن، درون خطی و خلاء

هیچ میکسر واحدی وجود ندارد که برای همه محصولات مناسب باشد. سه متداول ترین build-up عبارتند از میکسرهای دسته ای درون مخزن، میکسرهای درون خطی و سیستم های اختلاط خلاء.

میکسرهای برش بالا داخل تانک

یک میکسر درون مخزن، مستقیماً یا از طریق یک قاب پشتیبانی، در بالای یک ظرف فرآیند نصب می شود. مایع داخل مخزن را از طریق سر روتور-استاتور تا رسیدن به نتیجه مطلوب به گردش در می آورد. این یک پیکربندی انعطاف‌پذیر برای اندازه‌های دسته‌ای کوچک تا متوسط، تغییرات مکرر محصول و دستور العمل‌هایی است که از زمان اختلاط طولانی‌تر سود می‌برند.

میکسرهای برشی درون خطی

یک میکسر درون خطی مانند یک واحد پمپ دور یا پیوسته کار می کند. محصول از یک طرف محفظه اختلاط وارد می شود و پس از یک بار عبور یا تعداد دفعات کنترل شده از طرف دیگر خارج می شود. پیکربندی‌های درون خطی آسان‌تر برای ادغام در فرآیندهای پیوسته هستند و اغلب نتایج تکرارپذیرتری ارائه می‌دهند زیرا زمان ماندن کوتاه و ثابت است.

مخازن مخلوط کردن و امولسیون کننده خلاء

مخازن اختلاط خلاء ترکیبی از اختلاط با برش بالا با هود خلاء و در بسیاری از طرح ها یک همزن اسکراپر است. وکیوم هوا را از محصول خارج می کند که برای کرم های غلیظ، پمادها، دوغاب باتری و چسب های خلاء هوادهی شده حیاتی است. اگر محصول شما باید عاری از حباب های هوا باشد، مخزن امولسیون کننده خلاء معمولاً انتخاب مطمئن تری است.

• زمانی که اندازه دسته‌ها متفاوت است و دستور پخت نیاز به زمان اختلاط انعطاف‌پذیر دارد، میکسر درون مخزن را انتخاب کنید.
• یک میکسر درون خطی را برای تولید مداوم یا زمانی که یک نتیجه سریع تک پاس کافی است انتخاب کنید.
• هنگامی که حباب هوا، فوم یا پایداری طولانی مدت نگران کننده است، یک سیستم خلاء را انتخاب کنید.

میکسر برشی بالا در مقابل دیسپرسر، هموژنایزر و آسیاب کلوئیدی

اختلاط برشی بالا اغلب با سایر مخلوط کن هایی که ذرات ریز تولید می کنند اشتباه گرفته می شود. تفاوت ها اهمیت دارند زیرا هر فناوری هزینه و نتیجه عملیاتی متفاوتی دارد.

در عمل، یک میکسر با برش بالا معمولاً اولین مرحله در فرآیندی است که از هموژنایزر یا آسیاب برای پالایش نهایی نیز استفاده می‌کند. با این حال، برای بسیاری از محصولات مایع، یک میکسر روتور-استاتور با طراحی خوب به تنهایی برای برآورده کردن مشخصات کافی است.

جایی که از اختلاط برشی بالا در تولید استفاده می شود

اختلاط با برش بالا در بسیاری از صنایع ظاهر می شود، معمولاً در جایی که ساختن فرمولاسیون ها سخت تر از هم زدن آنها با هم باشد. جدول زیر گروه های اصلی برنامه را خلاصه می کند.

به عنوان مثال، مخزن امولسیون کننده روتور-استاتور به طور گسترده در کارخانه های آرایشی و بهداشتی و مواد غذایی استفاده می شود تا فازهای روغن و آب را در یک امولسیون پایدار با هم ترکیب کند. در کارخانه های شیمیایی، خمیرهای رنگدانه و مواد پاک کننده نیز به همین صورت تهیه می شود. نیاز رایج یک سطح برشی کنترل شده است که یک همزن ساده نمی تواند آن را تحویل دهد.

نحوه انتخاب میکسر برشی بالا مناسب

قبل از درخواست قیمت، فرآیند خود را با اعداد تعریف کنید. ارزان‌ترین دستگاه زمانی که نتواند نیازهای اندازه ذرات یا زمان چرخه را برآورده کند، به ندرت اقتصادی‌ترین دستگاه است.

با این پارامترهای فرآیند شروع کنید

• ویسکوزیته فاز پیوسته و محصول نهایی
• محتوای جامد و اندازه ذرات قبل و بعد از اختلاط
• اندازه دسته و زمان چرخه مورد نیاز
• دمای عملیاتی و حساسیت به گرما
• اندازه قطرات یا ذرات هدف با محدودیت کمی
• روش تمیز کردن: CIP یا شستشوی دستی

طراحی و انطباق بهداشتی

برای محصولات غذایی، لبنیات، آرایشی و بهداشتی و دارویی، میکسر باید با قطعات تماس SS316L، پولیش آینه ای و بدون مناطق مرده ای که محصول در آن تجمع می یابد ساخته شود. خطوط GMP همچنین به مستندات پایان سطح و گواهی مواد نیاز دارند. میکسری که به سختی تمیز می شود، در نهایت ایمنی محصول را به خطر می اندازد، مهم نیست که عملکرد مخلوط کردن آن در آزمایشگاه چقدر خوب به نظر می رسد.

مخزن مخلوط خلاء آسپتیک با همزن انکر اسکراپر این مخزن تحت خلاء عمیق عمل می کند تا حباب های هوا را از پمادها و کرم ها حذف کند، در حالی که لنگر اسکراپر آن انتقال کامل گرما را تضمین می کند و از سوختن آن جلوگیری می کند. طراحی بهداشتی آن بدون مناطق مرده از انطباق GMP و تمیز کردن آسان محصولات استریل پشتیبانی می کند. مشاهده محصول →

ادغام اختلاط برشی بالا در یک خط پردازش کامل

میکسرهای برش بالا به تنهایی کار نمی کنند. در خط معمولی نوشیدنی یا لبنیات، مخزن برش بالا با مخازن ذخیره سازی، ژاکت های گرمایشی/خنک کننده، سیستم های CIP و پاستوریزه ها کار می کند. درک چگونگی کنترل و تمیز کردن میکسر ضروری است، به خصوص زمانی که خط خودکار است.

برای تولید رنگدانه و مواد شیمیایی، ترتیب ساده‌تر است: یک مخزن برش بالا با گرمایش یا سرمایش می‌تواند جایگزین چندین قطعه از تجهیزات قدیمی‌تر شود. طراحی روی لغزش یا طراحی مبتنی بر مخزن زمان نصب را کاهش می‌دهد و اعتبار فرآیند را آسان‌تر می‌کند.

میکسر صنعتی با برش بالا برای سنگ زنی رنگدانه و رنگ این میکسر که برای پراکندگی با محتوای جامد بالا طراحی شده است، از یک دیسک پراکندگی دندانه دار برای شکستن آگلومره های رنگدانه برای رنگ ثابت استفاده می کند. آلیاژهای مقاوم در برابر سایش و استاندارد قبلی آن را برای پوشش های ساینده و دسته های شیمیایی مناسب می کند و نیاز به تجهیزات را کاهش می دهد. مشاهده محصول →

اختلاط برشی بالا یک قطعه از تجهیزات نیست. این یک تصمیم فرآیندی است. با مشخصات محصول شروع کنید، اندازه قطرات یا ذرات مورد نیاز را تأیید کنید و سپس یک مخزن یا پیکربندی درون خطی را انتخاب کنید که با عملیات دسته ای شما مطابقت دارد. مطمئن ترین نتایج از آزمایش فرمول واقعی شما با هندسه واقعی ماشین بدست می آید، نه از مقایسه قدرت موتور به تنهایی.

اگر در حال برنامه‌ریزی یک خط جدید یا ارتقای خط موجود هستید، ارزش دارد که در مورد فرآیند کامل با یک سازنده تجهیزات صحبت کنید که می‌تواند مخازن، میکسرها و کنترل‌های اطراف آنها را تامین کند. با ما تماس بگیرید با پارامترهای فرآیند شما، و ما می توانیم به شما کمک کنیم تا یک راه حل عملی برش بالا تعریف کنید.