Высокоскоростной смеситель диспергирует или транспортирует одну фазу или ингредиент (жидкость, твердое тело, газ) в основную непрерывную фазу (жидкость), с которой он обычно не смешивается . Ротор или импеллер вместе с неподвижным компонентом, известным как статор, или массив роторов и статоров, используется либо в резервуаре, содержащем раствор для смешивания, либо в трубе, по которой проходит раствор, для создания сдвига . Высокоскоростной смеситель можно использовать для создания эмульсий , суспензий , лиозолей (газ, диспергированный в жидкости) и гранулированных продуктов. Он используется в клеевой, химической, косметической, пищевой, фармацевтической и пластмассовой промышленности для эмульгирования, гомогенизации , уменьшения размера частиц и дисперсии.
Жидкость подвергается сдвигу, когда одна область жидкости движется с другой скоростью относительно соседней области. Высокоскоростной смеситель использует вращающееся рабочее колесо или высокоскоростной ротор, или ряд таких рабочих колес или встроенных роторов, обычно приводимых в действие электродвигателем, для «обработки» жидкости, создавая поток и сдвиг. Скорость кончика, или скорость жидкости на внешнем диаметре ротора, будет выше скорости в центре ротора, и именно эта разница скоростей создает сдвиг.
Неподвижный компонент может использоваться в сочетании с ротором и называется статором. Статор создает зазор с малым зазором между ротором и самим собой и образует чрезвычайно высокосдвиговую зону для материала, когда он выходит из ротора. Ротор и статор вместе часто называют смесительной головкой или генератором. Большой высокосдвиговой роторно-статорный смеситель может содержать несколько генераторов. [1] [2]
Ключевые факторы проектирования включают диаметр ротора и его скорость вращения, расстояние между ротором и статором, время в смесителе и количество генераторов в серии. Переменные включают количество рядов зубцов, их угол и ширину отверстий между зубцами.
В порционном смесителе с высоким сдвигом компоненты, которые необходимо смешать (будь то несмешивающиеся жидкости или порошок в жидкости), подаются сверху в смесительный бак, содержащий смеситель на вращающемся валу в нижней части бака. Парционный смеситель с высоким сдвигом может обрабатывать заданный объем материала примерно в два раза быстрее, чем встроенный роторно-статорный смеситель той же номинальной мощности; такие смесители продолжают использоваться там, где более быстрая обработка по объему является основным требованием, а пространство не ограничено. [3] При смешивании липких растворов часть продукта может оставаться в баке, что требует очистки. Однако существуют конструкции порционных смесителей с высоким сдвигом, которые очищают бак в ходе рабочего цикла. [4] Некоторые смесители с высоким сдвигом предназначены для работы всухую, что ограничивает объем необходимой очистки бака. [5] [6]
В поточном роторно-статорном смесителе с высоким сдвигом роторно-статорный массив содержится в корпусе с входом на одном конце и выходом на другом, а ротор приводится в движение через уплотнение. Компоненты, которые должны быть смешаны, протягиваются через генераторный массив непрерывным потоком, при этом все действует как центробежное насосное устройство. Поточные высокосдвиговые смесители обеспечивают более контролируемую среду смешивания, занимают меньше места и могут использоваться как часть непрерывного процесса. Равновесное смешивание может быть достигнуто путем пропускания продукта через поточный высокосдвиговый смеситель более одного раза [7]
Встроенный роторно-статорный смеситель, оборудованный для подачи порошка, обеспечивает гибкость, возможности и портативность для обслуживания нескольких сосудов для смешивания практически любого размера. Его простота в эксплуатации и удобство еще больше увеличивают полезность оборудования, упрощая при этом обработку материалов. [8] [9]
При использовании с вакуумным насосом и бункером встроенный сдвиговый смеситель может быть очень эффективным способом включения порошков в потоки жидкости. Также известные как порошковые индукторы с высоким сдвигом, эти системы имеют преимущество в том, что поддерживают процесс на уровне пола вместо работы с тяжелыми мешками на антресолях. Высокосдвиговые порошковые индукционные системы также предлагают легкую взаимозаменяемость с несколькими резервуарами. [10] [11]
Гранулятор с высоким сдвигом представляет собой технологический массив, состоящий из встроенного или пакетного смесителя с высоким сдвигом и сушилки с псевдоожиженным слоем. В процессе грануляции требуется только твердый компонент смеси. Жидкость используется только как вспомогательное средство для обработки. Смеситель с высоким сдвигом обрабатывает твердый материал до желаемого размера частиц, а затем смесь перекачивается в сушильный слой, где жидкость удаляется, оставляя гранулированный продукт. [12]
В сверхвысокоскоростном встроенном смесителе смешивание с высоким сдвигом происходит за один или несколько проходов через роторно-статорный массив. Смеситель предназначен для того, чтобы подвергать продукт более высокому сдвигу и большему количеству сдвиговых событий, чем стандартный роторно-статорный встроенный смеситель, что обеспечивает исключительно узкое распределение размеров частиц. Субмикрометровые размеры частиц возможны при использовании сверхвысокосдвиговой технологии. [13] [14] Для достижения этого машина оснащена статорами с прецизионно обработанными отверстиями или прорезями, через которые продукт проталкивается роторами. Роторно-статорный массив может также включать механизм, посредством которого изменяется импульс потока (например, путем проталкивания его вбок через статор), что позволяет выполнять большую обработку за один проход. [15]
Высокосдвиговые миксеры используются в промышленности для производства стандартных смесей ингредиентов, которые не смешиваются естественным образом. Когда общая жидкость состоит из двух или более жидкостей, конечный результат — эмульсия ; когда она состоит из твердого вещества и жидкости, она называется суспензией , а когда газ диспергирован в жидкости, результатом является лиозоль. [16] Каждый класс может быть гомогенизирован или нет , в зависимости от количества входной энергии.
Для достижения стандартной смеси используется метод равновесного смешивания. Определяется целевая характеристика, так что как только смешанный продукт приобретает эту характеристику, она не будет существенно меняться после этого, независимо от того, как долго продукт обрабатывается. Для дисперсий это равновесный размер частиц. Для эмульсий это равновесный размер капель. Количество смешивания, необходимое для достижения равновесного смешивания, измеряется в обороте резервуара — количестве раз, которое объем материала должен пройти через зону высокого сдвига. [3]
Высокосдвиговые миксеры используются во всех отраслях химической промышленности, где необходимо производить стандартизированные смеси ингредиентов, которые не смешиваются естественным образом. К ним относятся: