High Shear Mixing: hoe het werkt, soorten en hoe u de juiste mixer kiest

U heeft waarschijnlijk wel eens een batch zien mislukken om redenen die moeilijk uit te leggen zijn: een lotion die zich na een week afscheidt, een saus die waterig wordt, of een pigmentpasta met fijne agglomeraten die met geen enkele beweging kunnen worden verwijderd. De rode draad is dat conventionele roerwerken niet voldoende afschuiving genereren om de druppelgrootte, dispersie van deeltjesverdeling te controleren. Mengen met hoge afschuiving overbrugt de kloof door een rotor-statorkop te gebruiken die in korte tijd intense mechanische kracht uitoefent, waardoor de stabiele emulsies, suspensies en fijne dispersies waar veel voedsel-, drank-, cosmetische, chemische en chemische processen afhankelijk zijn.

In deze handleiding wordt uitgelegd wat high-shear-mengen is, hoe het rotor-statorprincipe werkt, welke configuraties beschikbaar zijn en wat u moet controleren voordat u een high-shear-menger koopt. Als u apparatuur voor een nieuwe lijn evalueert of problemen met een bestaande lijn oplost, is de eerste conclusie eenvoudig: de juiste high-shear-menger geeft u alleen reproduceerbare resultaten als deze is afgestemd op uw stabiele, vaste stofgehalte en schadelijke kwaliteit.

Wat is high-shear-mengen?

Mengen met hoge afschuiving is een mechanisch proces waarbij gebruik wordt gemaakt van een rotor die met hoge snelheid ronddraait in een dicht bij elkaar geplaatste stator om sterke afschuifkrachten te creëren. Deze krachten breken druppeltjes van agglomeraten af, trekken poeders in oplosbare en producenten een uniform mengsel met een veel fijnere textuur dan conventioneel roeren kan bereiken. Het resultaat wordt vaak beschreven als een emulsie (vloeistof-in-vloeistof), een suspensie (vast-in-vloeistof) of een dispersie (fijne deeltjes verdeeld verdeeld).

In de praktijk wordt mengen met hoge afschuiving gebruikt wanneer u het volgende nodig heeft:

• Stabiele emulsies met druppelgroottes in het micrometerbereik
• Bevochtiging en dispersie van poeders zonder visogen of klontjes
• Deeltjesdeagglomeratie en verkleining van verven, inkten en chemische pasta's
• Snelle bereiding van dikke of stroperige producten zoals lijmen, crèmes en farmaceutische zalven

Als u nog niet zeker weet of uw applicatie echt een hoge afschuiving nodig heeft, helpt het om de basisprincipes van het ontwerp van mengtanks in de eerste plaats omdat de indeling van het vat van invloed kan zijn op de prestaties van de mixer.

Hoe een High Shear-mixer werkt

Alle high-shear mengers delen hetzelfde kernprincipe: een rotor met nauwkeurige bewerkte tanden draait op hoge snelheid in een stationaire stator. Het product wordt in de rotor gezogen en door de statoropeningen geperst, waar het een intense mechanische en hydraulische afschuiving is.

De rotor-stator-afschuifzone

De opening tussen de rotor en de stator is klein, meestal van ongeveer 0,5 mm tot 3 mm, afhankelijk van het model. Terwijl de rotor draait, versmelt de vloeistof in het spel en wordt deze met hoge snelheid uitgedreven. Die versnelling onmogelijk de afschuifsnelheid die bepaalde hoe fijne druppeltjes of deeltjes worden afgebroken.

Tipsnelheid versus afschuifsnelheid

Tipsnelheid is de lineaire snelheid aan de buitenrand van de rotor. Het is een betekenisvoller getal dan omwentelingen per minuut (RPM), omdat de rekeningrekening de rotordiameter vasthoudt. Een grotere rotor bij een lagere toerental kan dezelfde tipsnelheid produceren als een kleinere rotor bij een hogere toerental. De afschuifsnelheid wordt horizontaal door de tipsnelheid te delen door de spleetbreedte. Om deze reden kunnen kleine veranderingen in het ontwerp van de sleet van de rotor het mengresultaat krachtig veranderen.

De tabel geeft slechts een idee van de bestelling van grootte. Werkelijke waarden moeten bedoeld zijn door procestesten, niet door generieke curven.

Typen high-shear-mixers: in de tank, inline en vacuüm

Er is geen enkele high-shear-menger die geschikt is voor alle producten. De drie meest krachtige samenstellingen zijn batchmixers in de tank, inlinemixers en vacuümmengsystemen.

Mengers hebben hoge afschuiving in de tank ontdekt

Een in-tankmixer wordt bovenop een procesvat gemonteerd, rechtstreeks of via een draagframe. Het recirculeert de vloeistof in de tank via de rotor-statorkop, waardoor het beoogde resultaat wordt bereikt. Dit is een flexibele configuratie voor kleine tot middelgrote batchgroottes, frequente productwisselingen en recepten voor een enorme mengtijd.

Inline High Shear-mengers

Een inline mixer werkt als een rondpomp- of continue unit. Het product komt aan de ene kant van de mengkamer binnen en laat het aan de andere kant na een enkele deurgang of een gecontroleerde aantal deurgangen. Inline-configuraties zijn eenvoudiger te elimineren in continue processen en bieden vaak een beter reproduceerbaar resultaat omdat de verblijftijd kort en constant is.

Vacuümmeng- en emulgatietanks

Vacuümmengtanks combineren mengen met hoge afschuiving met een vacuümkap en, in veel uitvoeringen, een schraperroerwerk. Het vacuüm handmatige lucht uit het product, wat van cruciaal belang is voor dikke crèmes, batterijen, batterijslurries en vacuümontluchte lijmen. Als uw product vrij moet zijn van populaire luchtbellen, is een vacuüm-emulgatortank meestal de veiligere keuze.

• Kies een mixer in de tank als de batchgroottes variërend en recepten een flexibele mengtijd vervangen.
• Kies een inline mixer voor continue productie of wanneer een snel single-pass resultaat voldoende is.
• Kies een vacuümsysteem als luchtinsluiting, schuim of duurzame stabiliteit een probleem zijn.

High Shear Mixer versus Disperser, Homogenisator en Colloïdmolen

Mengen met hoge afschuiving wordt vaak verward met andere mengers die fijne deeltjes. De verschillen zijn van belang omdat elke technologie andere bedrijfskosten en resultaat heeft.

In de praktijk is een high-shear mixer meestal de eerste stap in een proces waarbij ook een homogenisator of molen wordt gebruikt voor de stille verfijning. Voor veel vloeibare producten levert echter alleen al een goed ontworpen rotor-statormixer is voldoende om aan de specificaties te voldoen.

Waar High Shear Mixing wordt gebruikt in de productie

Mengen met hoge afschuiving komt in veel vertraging voor, meestal daar waar aangewezen lastig te maken dan ze gecombineerd door elkaar te roeren. De onderstaande tabel geeft een overzicht van de belangrijkste applicatiegroepen.

Een rotor-stator-emulgator wordt bijvoorbeeld veel gebruikt in cosmetica- en voedselfabrieken om olie- en waterfasen samen te brengen in een stabiele emulsie. In chemische fabrieken bereid met dezelfde principe pigmentpasta's en reinigingsmiddelen voor. De algemene behoefte is een gecontroleerd afschuifniveau dat een gewone roerder niet kan leveren.

Hoe u de juiste High Shear-mixer kiest

Voordat u een offerte aanvraagt, definieert u uw proces in cijfers. De conventionele machine is zelden de meest economische als deze niet voldoet aan de vereisten voor deeltjesgrootte van cyclustijd.

Begin met deze procesparameters

• Viscositeit van de voortdurende fase en het succesvol
• Vastestofgehalte en deeltjesgrootte voor en na het mengen
• Batchgrootte en vereiste cyclustijd
• Bedrijfstemperatuur en gevoeligheid voor hitte
• Doeldruppel-limiet van deeltjesgrootte met een kwantitatieve
• Reinigingsmethode: CIP of handmatig wassen

Sanitair ontwerp en compliance

Voor ingrediënten, zuivelproducten, cosmetische en farmaceutische producten moet de mixer worden gebouwd met SS316L-contactonderdelen, spiegelpolijsten en geen dode zones waar het product zich kan ophopen. GMP-regels indirecte ook documentatie van oppervlakteafwerking en materiaalcertificaten. Een mixer die moeilijk schoon te maken is, zal uiteindelijk de productveiligheid in gevaar brengen, hoe goede de mengprestaties er ook uitzien in een laboratorium.

Aseptische vacuümmengtank met ankerschraaproerwerk Deze tank werkt onder diep vacuüm om luchtbellen uit zalven en crèmes te verwijderen, terwijl de ankerschraper voor volledige warmteoverdracht zorgt en inbranden voorkomt. Het sanitaire ontwerp zonder dode zones ondersteunt GMP-naleving en eenvoudige reiniging van steriele producten. Bekijk Product →

Integratie van High Shear Mixing in een complete verwerkingslijn

High-shear-mengers werken niet alleen. In een typische drank- of zuivellijn werkt de high-shear-tank samen met opslagtanks, verwarmings-/koelmantels, CIP-systemen en pasteurisatieapparaten. Het is essentieel om te begrijpen hoe de mixer wordt aangestuurd en gereinigd, vooral als de lijn wordt onderbroken.

Voor de productie van pigmenten en chemicaliën is de regeling eenvoudiger: een high-shear tank met verwarming of koeling kan meerdere apparaten vervangen. Een op een skid gemonteerd of op een tank gebaseerd ontwerp structurele de installatietijd en maakt het proces eenvoudiger te valideren.

Industriële High Shear Mixer voor het slijpen van pigment en verf Deze mixer is ontworpen voor dispersies met een hoog stofgehalte en maakt gebruik van een getande dispersieschijf om pigmentagglomeraten te breken voor een consistente kleur. De duurzame legeringen en ex-proof standaard maken het geschikt voor schurende coatings en chemische batches, waardoor de apparatuurbehoeften worden verminderd. Bekijk Product →

Mengen met hoge afschuiving is geen eenvoudig apparaat; Het is een procesbesluit. Begin met de productspecificaties, bevestig de vereiste druppel- of deeltjesgrootte en kies vervolgens een tank- of inline-configuratie die past bij uw batchverwerking. De meest betrouwbare resultaten komen voort uit het testen van uw feitelijk aannemelijk met de werkelijke machinegeometrie, en niet uit het vergelijken van alleen het motorvermogen.

Als u een nieuwe lijnfabriek of een bestaande lijnupgrade hebt afgesloten, is het de moeite waard om het volledige proces te bespreken met een fabrikant van apparatuur die elemententanks, mixers en de bedieningseenheid daaromheen kunnen leveren. Neem contact op met ons op met uw procesparameters, en wij kunnen u helpen een praktische oplossing met hoge afschuiving te gecombineerd.