High Shear Mixer Buyer's Guide: Rotor-Stator Selection, Duty and Sizing

A batch that should be a stable emulsion still shows visible droplets on a dip slide after forty minutes of stirring, and every attempt to fix it by raising the agitator speed simply warms the product up. The agitator is doing its job — it moves the whole tank — but it is not doing the one thing the recipe actually needs: putting a large amount of energy into a very small volume of liquid.

Sitä varten korkealeikkaussekoitin on tarkoitettu. Lyhyt versio ennen yksityiskohtia: jos tavoitteenasi on pisara- tai hiukkaskoko, tarvitset roottori-staattorileikkauksen; Jos tavoitteesi on sekoittaminen, ripustus tai lämmönsiirto, perinteinen juoksupyörä tekee sen vähemmällä rahalla ja pienemmällä lämmöllä. Useimmat pettymys suuren leikkausvoiman asennukset eivät ole huonosti rakennettuja koneita. Ne ovat oikea kone väärään tehtävään.

Mitä Korkea Shear -sekoitin todella tekee

Leikkaus on nopeusgradientti - kahden nestekerroksen välinen nopeusero jaettuna niiden välisellä etäisyydellä. Roottori-staattori-työpään sisällä roottorin kärki pyyhkäisee kiinteän staattorin seinän ohi millimetreinä mitatun raon yli. Kärjen nopeus 20 m/s 1 mm:n raolla vastaa paikallista leikkausnopeutta luokkaa 20 000 käänteissekuntia. Suurimmassa osassa samaa säiliötä juoksupyörän tyhjennysvyöhyke ylittää harvoin muutaman sadan. Nämä kaksi tai kolme suuruusluokkaa ovat koko tarina korkean leikkausvoiman sekoittamisesta.

Energiatiheys, ei akselin nopeus

Moottorin teho itsessään kertoo hyvin vähän. Leikkausnopeus skaalautuu karkeasti kärjen nopeudella, kun taas turbulenttisessa virtauksessa teho skaalautuu jollain tavalla lähellä kärjen nopeuden kuutiota. Doubling speed doubles the shear the product sees but asks for roughly eight times the power, and nearly all of that extra energy becomes heat in the product. Vaatimaton roottori-staattoripää voi voittaa paljon suuremman sekoittimen emulsion valmistuksessa ja menettää sille pahasti sekoituksessa. Mitoitus on aloitettava laitteen toiminnasta, ei kilowattiarvosta.

Erä ja inline ovat kaksi eri konetta

• Erä-leikkaussekoitin kuljettaa työpään astiaan, yleensä yläsisäänmenon akselilla. Koko erä kiertää leikkausvyöhykkeen läpi monta kertaa, joten reseptillä on selkeä päätepiste ja yksi astia tekee kaiken.
• Inline korkealeikkaussekoitin pumppaa tuotteen roottorin ja staattorin sisältävän kammion läpi. It may run as a single pass or as a recirculation loop, and it gives far better temperature control because the shear zone holds only a small volume of product at a time.

Either way, the high shear zone is small, and the rest of the vessel still has work to do: feeding product into the head consistently, avoiding dead zones in the corners, and keeping solids off the bottom. Tähän kysymykseen virtamallinnus vastaa ennen kuin terästä leikataan, minkä vuoksi tällä sivustolla kuvattu CFD-työ nestedynamiikan palvelusivu on yleensä ensimmäinen askel vaikeassa hajautusprojektissa.

High Shear vs. perinteinen sekoitus: Päätöstaulukko

Useimmat määritysargumentit tulevat käsittelemällä kaikkea sekoitusta yhtenä toimintona. Se on todella kolme operaatiota, jotka sattuvat jakamaan tankin.

Tämä ei tee tavanomaisesta sekoittimesta vanhentunutta. A properly sized top-entry unit is the correct machine for blending, suspension and heat transfer, and pairing it with a separate high shear head for the dispersion step is often cheaper and more flexible than forcing one machine to cover both duties. Units such as the TOPA001DR top-entry mixer are designed around that bulk-flow job, with seal and bearing arrangements sized for continuous service rather than for peak shear.

TOPA001DR Top-Entry -sekoitin irtosekoitukseen ja ripustukseen Top-entry DR series mixer for blending, suspension and heat transfer, with vertical drive, simple compact structure, and impeller/seal options for continuous bulk-flow duties. Näytä tuote →

Työpään sovittaminen viskositeettiin ja kiintoaineisiin

Viskositeetti määrittää, mitkä sekoitinperheet ovat ylipäänsä saatavilla, koska se ohjaa sitä, pääseekö tuore tuote virtaamaan leikkausalueelle. In a rotor-stator head the gap is fixed and narrow; if product will not drain into it, the head simply spins in a cavity of its own making.

• Below roughly 5,000 cP, propellers, pitched-blade turbines and inline rotor-stators all work, and inline is usually the most energy-efficient because a pump feeds the shear zone instead of relying on bulk flow.
• Between 5,000 and 50,000 cP, disperser discs and multi-stage heads come into play. Confirm the product can be pumped if you plan an inline loop, and watch motor current during start-up on a settled batch.
• Above 50,000 cP, frame, anchor-with-scraper, ribbon and planetary geometries take over. Mekaaninen leikkaus ei ole enää rajoittava tekijä - lämmön siirtyminen lähes pysähtyneen kalvon läpi on, ja se on se, mitä kaapimet ja nauhat koskevat.

Kiinteät aineet lisäävät toisen rajoitteen. Cohesive powders must be wetted before they can be dispersed, and a disperser disc deliberately pulls a vortex at the surface so powder is drawn into the liquid rather than floating. A rotor-stator head breaks down agglomerates very effectively once they are wetted, but it cannot wet out a floating raft of pigment. For that first step, high-speed dispersers such as the FS1 series are the usual answer, with the rotor-stator head brought in afterwards for fine dispersion.

TOPA005 FS1 Series High Speed Disperser for Powder Wetting FS1-sarjan ylhäältä tunkeutuva dispergaattori kohesiivisten jauheiden kostuttamiseen ennen hienojakoista dispergointia, nopealla juoksupyörällä, kompaktilla käyttölaitteella ja useilla tiivistevaihtoehdoilla sekoitustehtäviin. Näytä tuote →

Inline or Batch: Choose on Heat, Not on Convenience

A high shear head concentrates its energy into a small volume, and that energy ends up as heat. In a batch arrangement the entire batch passes through the hot zone over and over, so a temperature-sensitive recipe can be damaged long before the dispersion target is reached.

Sisäinen silmukka muuttaa tätä aritmetiikkaa. Because only a small volume sits in the shear zone at any moment, heat can be removed between passes through a jacketed vessel or a plate exchanger, and the loop can run as long as the recipe needs without cooking the product. Inline units also clean in place more easily and are simpler to instrument for continuous production.

Vaihtoehtona on joustavuus. A batch head can be raised, cleaned and reused for a different recipe within minutes; inline-luisto on sitoutunut virtausnopeuteen ja tuoteperheeseen. Inline rotor-stator units such as the ZJH series homogenizer are built around the recirculation idea — a small shear chamber, a pump and a loop, so temperature control stays with the tank rather than with the mixer.

TOPH61 Series ZJH Homogenizer for Creams, Ointments and Toothpaste Patented ZJH recirculation homogenizer for high-viscosity creams, ointments and toothpaste, using internal/external circulation, vacuum emulsification, and automated processing in compact sanitary systems. Näytä tuote →

Mitä on ilmoitettava ennen ostamista

1. Target droplet or particle size, plus the measurement method you will accept. "Fine" and "well mixed" are not specifications, and a laser diffraction result is not the same evidence as a microscope image.
2. Viscosity at process temperature, not at room temperature. A product that reads 200 cP when cold can behave very differently at 70 °C, and the workhead gap has to suit both.
3. Erän kokoalue ja turndown. If one machine must handle 20% of nominal batch, the shear zone may not stay submerged and the motor may be badly oversized.
4. Kärjen nopeusalue, ajo- ja käynnistyskäyttäytyminen. Taajuusmuuttuva ohjaus on normaalia korkealeikkauspäässä, ja vääntömomenttiraja suojaa akselia, kun laskeutunut erä käynnistyy.
5. Kostut materiaalit ja tiivistestrategia. Abrasive solids, aggressive CIP chemistry and vacuum duty all push the shaft seal decision, and a mechanical seal on a pressure balance tank or siphon tank is a very different service requirement from a simple lip seal.
6. Oman tuotteen pilottikokeilu. Head geometry, gap and stator slot pattern interact with rheology in ways that are hard to predict from data sheets alone.

Jos haluat mennä syvemmälle työpään geometriaan ja siihen, miten staattorin rakenne muuttaa pisaran kokoa, sivuston oma yleiskatsaus korkean leikkausvoiman emulgointiainerakenne kattaa käytännön yksityiskohdat.

Frequently Asked Questions About High Shear Mixers

Sääntö, joka selviää kosketuksesta todellisiin projekteihin, on yksinkertainen: päätä, minkä yksikön toiminnon ostat – virtauksen, dispersion vai emulgoinnin – ja osta kone, joka on hyvä siinä yhdessä asiassa. Mixing problems rarely stay solved when a single workhead is asked to excel at all three.