Selezione del miscelatore ad alta velocità: velocità della punta, geometria delle pale e disposizione del serbatoio

Chiedete a un team di manutenzione perché il loro serbatoio di dispersione continua a produrre lotti granulosi e la risposta di solito si riduce alla stessa decisione relativa all'attrezzatura: stanno utilizzando un agitatore a bassa velocità per un lavoro che richiede un miscelatore ad alta velocità. Un miscelatore ad alta velocità – gli acquirenti industriali della macchina chiamano dispersore ad alta velocità quando è dotato di un disco dentato – risolve i problemi di bagnatura, disagglomerazione e omogeneizzazione che le normali eliche e turbine semplicemente non possono gestire perché non generano abbastanza taglio.

Prima di confrontare la potenza o il prezzo del motore, confrontare quattro parametri tecnici: velocità della punta, geometria della pala, viscosità del prodotto e disposizione meccanica dell'albero, della guarnizione e del serbatoio. Questi quattro decidono se il tuo prossimo mixer funzionerà per anni o fallirà nella prima stagione.

Come un mixer ad alta velocità crea il taglio

Un mixer ad alta velocità funziona facendo girare molto velocemente una lama di piccolo diametro invece di muovere lentamente una lama grande. Il disco dispersore dentato è tipicamente da un terzo a metà del diametro del serbatoio e, a velocità di rotazione di 1000–3000 giri/min, guida il bordo di una lama di sega attraverso il liquido a 15-30 m/s. Questa velocità del bordo genera un intenso taglio locale, che fa collassare rapidamente gli agglomerati e forza il liquido in strati che si staccano dalla superficie del pigmento o della polvere.

Allo stesso tempo, il disco aspira il materiale verso il basso attraverso il centro e lo lancia verso l'esterno contro la parete del serbatoio, creando uno schema di circolazione a forma di toro. Un lotto che un agitatore a pale può solo spostare, un dispersore può effettivamente funzionare.

Velocità di punta: il primo numero che conta

La velocità della punta è la velocità circonferenziale del bordo della pala: π × diametro della pala × velocità di rotazione. È il parametro che si correla meglio con l'energia di taglio erogata al prodotto ed è il primo numero calcolato da un ingegnere di miscelazione. La potenza del motore viene scelta dopo aver fissato il diametro della lama e la velocità della punta, non prima.

Di seguito sono riportati gli intervalli tipici della comune pratica di miscelazione industriale.

Se la finestra della velocità di punta è sbagliata, nessuna quantità di potenza del motore potrà riparare il lotto. Al di sotto di 18 m/s, i cicli di dispersione si allungano e gli obiettivi di finezza non vengono raggiunti; sopra i 30 m/s il miscelatore riscalda principalmente il prodotto e accelera l'usura delle guarnizioni.

Poiché piccoli cambiamenti nel diametro della lama creano grandi cambiamenti nella velocità della punta, il modo affidabile per abbinare una macchina a un processo è lavorare sulla geometria del recipiente e sul risultato fisico richiesto, quindi lasciare che strumenti come Analisi del flusso CFD verificare il modello di flusso prima di tagliare una singola parte. Questa è la differenza tra un preventivo generico e una soluzione funzionante.

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Geometria della pala e limiti di viscosità

Non tutti i mixer ad alta velocità utilizzano la stessa lama. Il disco dispersore dentato standard è la scelta predefinita per vernici, inchiostri e riempitivi adesivi. Un disco di "deflussure" a denti fini produce un taglio locale più elevato per il nerofumo e i fanghi delle batterie. Una pala ad alta portanza aggiunge il pompaggio assiale per le paste pesanti, mentre una turbina seghettata viene scelta quando il miscelatore deve anche ribaltare l'intera vasca.

Gli acquirenti spesso sottovalutano l'accoppiamento tra la scelta della lama e la viscosità. La tabella seguente mostra il limite pratico superiore di viscosità per le famiglie di giranti più comuni quando funzionano a velocità di dispersione utili.

Al di sopra di questi intervalli, un miscelatore ad alta velocità non viene eliminato, ma deve essere riprogettato: alberi più pesanti, dischi più grandi o dentati, deflettori del serbatoio più profondi o un approccio a due stadi in cui un miscelatore planetario o a coppia elevata pre-miscela la pasta e un dispersore rifinisce la dispersione.

Supporto dell'albero, guarnizioni e parti che si guastano per prime

Se c'è un reclamo ricorrente sul campo, è la boccola dell'estremità inferiore che si consuma prematuramente su un mixer ad alta velocità montato in alto. In un serbatoio per latticini, in una vasca di vernice o in un lotto di solventi, la boccola di guida si trova nel prodotto e ne viene lubrificata. Quando l'impasto liquido contiene solidi abrasivi (biossido di titanio, nerofumo, silice) la boccola si usura, l'albero inizia a orbitare e presto segue la tenuta meccanica.

Tre modi per eliminare questo rischio:

1. Scegli un materiale della boccola compatibile sia con il prodotto che con il carico abrasivo: ceramica o polimeri tecnici per i fanghi, una robusta boccola metallica per liquidi puliti.
2. Mantenere l'albero corto e la lama vicino al cuscinetto stabile. Gli alberi lunghi e sporgenti convertono un piccolo squilibrio in una grande deflessione.
3. Verificare che la prima e la seconda velocità critica laterale siano ben al di sopra della gamma di velocità operativa, soprattutto sulle macchine a velocità variabile.

Sul lato della tenuta, specificare una doppia tenuta meccanica o un trascinamento magnetico quando il prodotto è tossico, infiammabile o non tollera perdite. Sulle grandi macchine con ingresso dall'alto, una cartuccia di tenuta sostituibile consente alla manutenzione di sostituire la tenuta senza tirare la trasmissione: un dettaglio su cui vale la pena informarsi prima dell'acquisto.

Per gli operatori che standardizzano un singolo dispersore su diversi serbatoi intercambiabili, una macchina di dispersione dedicata ad alta velocità con la propria trasmissione e altezza regolabile è spesso più economica rispetto all'installazione di singoli miscelatori su ogni nave.

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Industrie che si affidano a miscelatori ad alta velocità

Il compito più comune è quello di disperdere i solidi nei liquidi, ma la tecnica va ben oltre la macinazione dei pigmenti:

• Vernici e rivestimenti — dispersione di pigmenti e riempitivi, pre-bagnatura del legante.
• Inchiostri e paste da stampa — disagglomerazione del nerofumo, sviluppo del colore.
• Adesivi e sigillanti — riempitivi, controllo reologico, incorporazione rapida delle polveri.
• Materiali della batteria — fanghi conduttivi di carbonio, catodo e anodico.
• Chimico e farmaceutico — sospensioni, hot melt, unguenti.
• Cibo e cosmetici — emulsioni, condimenti cremosi, dentifricio.

Laddove il processo necessita di goccioline fini anziché semplicemente di particelle disagglomerate, un miscelatore emulsionante è il logico passo successivo dopo un dispersore. Un miscelatore emulsionatore idraulico consente una regolazione regolare della velocità sotto carico, il che è importante per le formulazioni sensibili al taglio.

I fornitori di apparecchiature con un'ampia esperienza di installazioni possono solitamente indicare come si comporta la stessa macchina in compiti diversi. Ad esempio, un impianto alimentare che necessita sia di bagnatura delle polveri che di emulsionamento olio-acqua può installare un dispersore e un emulsionatore idraulico sulla stessa linea, oppure scegliere una macchina in grado di passare dalle teste a disco a quelle rotore-statore.

Installazioni documentate nelle industrie chimiche e di processo correlate mostrano che la geometria del serbatoio, non solo il tipo di pala, deve essere rivista prima della selezione finale. Un serbatoio con ampi deflettori e fondo piatto cambia completamente il modello di flusso rispetto a un serbatoio con fondo bombato.

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Prima di finalizzare una specifica, controlla come il produttore ha risolto problemi simili. Esperienza del venditore con progetti di miscelazione dell'industria chimica è un predittore delle prestazioni più onesto di qualsiasi tabella della scheda tecnica.

Domande frequenti sul mixer ad alta velocità