Что такое лотковый миксер? Машина для смешивания порошков для равномерного сухого смешивания

Что такое лотковый миксер?

По своей сути ковшовый смеситель представляет собой профессиональное устройство для смешивания сыпучих материалов, которое используется в порошкоперерабатывающей промышленности для гомогенизации сухих порошков, гранул и пастообразных соединений внутри горизонтального U-образного резервуара. Желоб – это стационарный контейнер, в котором находится загрузка, в то время как один или несколько вращающихся валов мешалки, проходящих по всей его длине, выполняют реальную работу: они проносят материал, поднимают его со дна лотка, складывают обратно в кровать и срезают его со стенок лотка и соседних частиц. В результате получается смесь, в которой любая мерная ложка материала содержит примерно ту же пропорцию каждого ингредиента, что и любая другая мерная ложка.

Это то, что отличает лотковый миксер от барабанных блендеров низкой интенсивности, таких как V-образные блендеры, двухконусные миксеры и простые вращающиеся барабаны. Барабанные блендеры зависят от силы тяжести: сам сосуд вращается, и порошок скатывается внутрь него. Этот подход является щадящим и легким в очистке, но он становится медленным и ненадежным, когда ингредиенты сильно различаются по размеру частиц, форме частиц или объемной плотности, поскольку сегрегация и пылеобразование могут конкурировать с действием смешивания. Лотковый смеситель вводит механическую энергию непосредственно в слой порошка, поэтому он может разбивать мягкие агломераты, смачивать порошок распыляемой жидкостью и достигать однородной смеси за короткое время.

В типичной линии по переработке порошков лотковый смеситель находится между взвешиванием и дозированием с одной стороны и формованием или упаковкой с другой. Материал загружается, смешивается, а затем выгружается в гранулятор, таблеточный пресс, экструдер, аглопечь или заправочную станцию. Поскольку машина работает партиями, каждую партию можно отслеживать, брать образцы и выпускать индивидуально — это важное свойство в фармацевтическом, пищевом, аккумуляторном и тонкохимическом производстве.

Основные функции и принцип работы

Лотковый миксер выполняет одну основную задачу: превращать набор отдельно взвешенных ингредиентов в одну однородную партию. Каждая деталь его конструкции — форма желоба, геометрия мешалки, скорость вала, положение и размер разгрузочного отверстия — создана для того, чтобы сделать это преобразование быстрым, повторяемым и полным.

Корыто, вал и мешалка

Корпус машины представляет собой горизонтальный желоб, обычно U-образный или полуцилиндрический корпус, изготовленный из углеродистой или нержавеющей стали. Кормушка стационарная; вращается только вал. Вдоль вала радиальные рычаги несут смесительные элементы — спиральные ленты, плоские лопасти или лопасти в форме плуга — расположенные так, что крайний край каждого элемента проходит близко к стенке желоба. Небольшой зазор имеет значение: он предотвращает образование застойного слоя материала на скорлупе и обеспечивает скребковое действие, помогающее опорожнить липкие или слегка влажные продукты.

На одном конце желоба обычно имеется разгрузочное отверстие — шибер, откидной клапан или дверца во всю ширину — такого размера, чтобы можно было быстро и полностью опорожнить смешанную партию. На другом конце вал проходит через герметичный корпус подшипника и соединяется с трансмиссией: электродвигателем, редуктором или ременным редуктором, а на более совершенных агрегатах - частотно-регулируемым приводом, позволяющим согласовывать скорость вала с смешиваемым продуктом.

От отдельных ингредиентов к однородной смеси

Смешивание внутри корыта происходит одновременно с помощью трех механизмов. Конвективное перемешивание — массовый перенос групп частиц из одной области слоя в другой — происходит за счет того, что вращающиеся элементы поднимают материал вверх по стенке желоба и позволяют ему упасть или вытолкнуться обратно в центр слоя. Сдвиговое смешивание происходит в тонких слоях порошка, захваченных между движущимся элементом и стенкой желоба, где частицы скользят друг мимо друга и мягкие агломераты разрушаются. Диффузионное перемешивание происходит в масштабе отдельных частиц, поскольку случайные столкновения постепенно перераспределяют их по слою.

В хорошо спроектированной машине эти три механизма сбалансированы. Если преобладает конвекция и мешалка просто выталкивает материал из одного конца желоба в другой, партия может перемещаться как пробка и оставлять карманы с плохим перемешиванием позади вала или возле торцевых пластин. Если преобладает сдвиг, продукт может быть переработан, нагрет или, в случае хрупких гранул, разрушен сильнее, чем предполагалось. Практическая цель — машина, которая прокручивает весь слой несколько раз в минуту, чтобы каждая частица имела много шансов сменить соседей до того, как партия будет выгружена.

Таким образом, конечное состояние материала не является просто «смешанным». Лотковый смеситель также можно использовать для покрытия частиц небольшим процентом жидкости или мелкодисперсной добавки, для деагломерации слежавшегося сырья, для гомогенизации пасты, для темперирования партии путем осторожного сдвига или просто для выдерживания смеси в буферном сосуде перед следующим этапом процесса. В каждом случае действует один и тот же физический принцип: механическое перемешивание неоднократно перестраивает слой до тех пор, пока не будет достигнута необходимая степень однородности.

Ключевые параметры процесса, которые контролируют результат

Операторы и инженеры-технологи управляют ленточным смесителем с помощью небольшого количества переменных, и понимание их — самый быстрый путь к стабильному процессу.:

• Коэффициент наполнения. Доля объема желоба, фактически занятая материалом. Слишком мало материала, и мешалка выбрасывает порошок вместо того, чтобы складывать его; слишком много, и слой уплотняется, двигатель потребляет чрезмерный ток, и перемешивание замедляется. Большинство конструкций предназначены для работы в пределах умеренного диапазона заполнения, при котором над кроватью остается свободное пространство.
• Скорость вала. Более высокие скорости увеличивают сдвиг и сокращают время смешивания, но также повышают энергопотребление, температуру продукта и образование пыли. Низкие скорости подходят для хрупких гранул и плотных порошков; более высокие скорости подходят для связных или агломерированных материалов.
• Время смешивания. Кривые смешивания следуют типичной схеме: однородность сначала быстро улучшается, а затем выравнивается. За пределами этого уровня дополнительное время увеличивает затраты, не улучшая качество, а в некоторых продуктах оно способствует сегрегации или истощению.
• Геометрия мешалки и зазор между стенками. Ленточные, лопастные и плуговые элементы создают разные уровни сдвига и разные схемы осевой транспортировки. Зазор между элементом и стеной определяет, сколько материала будет соскоблено, а сколько останется в медленно движущемся пограничном слое.
• Последовательность добавления. Добавление небольшого ингредиента поверх большого или распыление жидкости на движущийся слой, а не на статический, может изменить качество смеси больше, чем любой другой отдельный фактор.
• Поведение при разряде. Смесь, которая является однородной внутри желоба, все же может расслоиться во время его опорожнения. Таким образом, геометрия и скорость разгрузки относятся к спецификации смешивания, а не спецификации упаковки.

Основные конфигурации и ключевые компоненты

Лотковые смесители изготавливаются в нескольких конфигурациях, и различия между ними скорее практические, чем косметические: они определяют, с какими материалами машина хорошо справляется, как ее очищают и насколько легко ее можно интегрировать в автоматизированную линию. Типичный корытной смеситель Сочетает в себе желоб из нержавеющей стали, мешалку на валу, зубчатый привод и ручную или механическую разгрузку и может поставляться с дополнительными опциями в зависимости от режима работы.

Геометрия мешалки: лента, лопатка и плуг

Ленточная мешалка — классический выбор для сыпучих порошков и гранул. Две или более спиральные ленты крепятся на одном валу, часто в противоположных руках, так что одна лента толкает материал в одном осевом направлении, а другая — назад. Результатом является непрерывная циркуляционная петля, эффективная и щадящая. В конфигурациях лопастей и плугов вместо непрерывных лент используются отдельные лезвия; они производят более локализованный сдвиг, и их часто предпочитают, когда продукт имеет тенденцию к слеживанию, когда требуется короткое время смешивания или когда машина должна также обрабатывать пасту или влажную массу. Некоторые конструкции сочетают в себе и то, и другое: используют ленту для объемной циркуляции и отдельные высокоскоростные измельчители для измельчения комков.

Одновальные и двухвальные конструкции

Одновальная машина – самая простая и распространенная схема: один вал мешалки, один привод, один разгрузочный. В конструкциях с двумя валами добавляется второй параллельный вал, обычно работающий с другой скоростью, что создает дополнительную зону высокого сдвига между двумя роторами. Эти агрегаты выбираются, когда в процессе задействованы сложные ингредиенты, когда жидкость необходимо диспергировать в порошок или когда важно очень короткое время цикла. Компромисс — большая механическая сложность, более высокая потребляемая мощность и более требовательная процедура очистки.

Вспомогательные системы: рубашки, сопла и уплотнения

Поскольку при смешивании выделяется тепло, а многие продукты требуют большего, чем простое смешивание, ковшовые смесители часто оснащаются вспомогательными системами. Желоб с рубашкой позволяет нагревательной или охлаждающей жидкости циркулировать вокруг корпуса, так что продукт можно поддерживать при температуре ниже установленного предела или при контролируемой температуре во время смешивания. Распылительные форсунки или отверстия для фурм позволяют постепенно и равномерно вводить жидкое связующее, что является обычным способом получения предварительно гранулированного порошка или порошка с покрытием. Между тем, уплотнения вала выбираются в зависимости от продукта: стандартные уплотнения для сухих порошков и более сложные газонаполненные или механические уплотнения, когда используется мелкая пыль, растворители или работа в вакууме.

Конфигурации лабораторного и производственного масштаба

Один и тот же принцип работы применяется в широком диапазоне размеров: от компактных лабораторных установок, используемых для разработки рецептуры на нескольких литрах материала, до машин пилотного масштаба, используемых для подтверждения масштабирования рецепта, до производственных миксеров, которые обрабатывают полные партии на заводе. Увеличение масштаба — это не просто вопрос расширения впадины: по мере роста сосудов отношение площади поверхности к объему падает, расстояние, которое частица должна пройти, чтобы сменить соседей, увеличивается, а мощность, необходимая на единицу объема, меняется. По этой причине инженеры обычно сохраняют геометрическое сходство весов, а затем экспериментально регулируют скорость вала и время смешивания.

Ключевые показатели эффективности и точки выбора

Сравнивая лотковые смесители, покупатели, как правило, ориентируются на цену и объем. На практике пять показателей производительности определяют, будет ли машина оставаться удовлетворительной после двух лет производства: производительность, однородность, мощность, управляемость и возможность очистки.

Емкость и пропускная способность партии

Номинальный объем корыта и его полезный рабочий объем – это не одно и то же, и разница имеет значение. Машина обычно оценивается по размеру партии, которую она может правильно перемешать, а не по геометрическому объему ее корпуса, поскольку переполнение ухудшает качество смешивания и перегружает привод. Тогда пропускная способность представляет собой просто размер партии, умноженный на количество циклов за смену, поэтому машина немного меньшего размера с быстрой разгрузкой и коротким временем смешивания может превзойти более крупную машину. Вопросы, которые следует задать, включают в себя: каков рабочий объем, каково минимальное заполнение, при котором мешалка продолжает работать правильно, и сколько времени занимает полный цикл загрузки-смешивания-разгрузки?

Однородность смешивания и однородность смеси

Однородность обычно выражается как коэффициент вариации, измеренный на образцах, взятых из нескольких позиций партии, или как характеристика ключевого ингредиента, такого как активный фармацевтический ингредиент или проводящая добавка. Достижимая однородность зависит от распределения частиц по размерам, разницы плотностей, содержания влаги и электростатических свойств, а также от самой машины. Продавец, который понимает процесс, попросит образец фактического состава, потому что ковшовый смеситель, который идеально смешивает сыпучий минеральный наполнитель, может бороться с когезионным пигментом или волокнистой добавкой.

Мощность, крутящий момент и энергоэффективность

Установленной мощности двигателя должно быть достаточно для худшего случая, с которым машина когда-либо столкнется — густого порошка, слегка переполненного корыта или холодной пасты, затвердевшей при запуске. Недостаточный размер проявляется в виде нежелательных отключений и уменьшения размера партии; превышение размера приводит к потере энергии и может повредить хрупкие продукты. Таким образом, эффективность лоткового смесителя зависит не столько от одного показателя эффективности, сколько от соответствия мощности привода, скорости вала и времени смешивания работе: хорошо подобранная машина достигает заданных характеристик за меньшее количество оборотов, а обороты — это то, за что платят счета за электроэнергию.

Автоматизация, управляемость и регистрация данных

Современные лопастные смесители все чаще снабжаются частотно-регулируемыми приводами, таймерами, хранилищем рецептов и блокировками, которые предотвращают открытие выпускного клапана во время работы мешалки или запуск мешалки при открытой разгрузке. Для регулируемых отраслей возможность регистрировать скорость вала, время смешивания и нагрузку двигателя для каждой партии так же ценна, как и само смешивание, поскольку она превращает ручную операцию в документированную и повторяемую. Подумайте, нужно ли панели управления взаимодействовать с системой уровня завода и нужно ли воспроизводить один и тот же рецепт на нескольких машинах.

Слив, очистка и техническое обслуживание

Очистка — это то, в чем коренные смесители больше всего отличаются по ежедневным затратам. Машину с большими смотровыми отверстиями, гладкими внутренними поверхностями, минимальными мертвыми углами и разгрузкой на всю ширину можно очищать и заменять продукт за долю времени, требуемого машиной с узким доступом и внутренними щелями. Доступ к корпусам подшипников, уплотнениям вала и компонентам привода должен осуществляться без демонтажа желоба. Для многопрофильных предприятий, работающих с аллергенами, пигментами или активными ингредиентами, возможность очистки не является удобством — это жесткое требование.

Применение и советы по выбору

Типичные отрасли и материалы

Лотковые смесители используются везде, где порошки или пасты необходимо гомогенизировать партиями. В химической и тонкой химической промышленности смешивают пигменты, красители, наполнители, катализаторы и моющие средства. В фармацевтике и нутрицевтиках готовят сухие смеси и смеси для предварительной грануляции в контролируемых и документированных условиях. В пищевой промышленности обрабатывают муку, специи, премиксы, какао и порошкообразные добавки. В металлургии и порошковой металлургии гомогенизируют металлические порошки и их добавки перед прессованием или спеканием. При производстве аккумуляторов и электронных материалов они смешивают активные материалы, проводящие добавки и связующие. В керамике и строительных материалах готовят глазури, фритты и сухие строительные растворы. Общим знаменателем является партия твердых веществ, которые должны покинуть машину как один однородный материал.

Как правильно выбрать миксер

Самый надежный метод выбора — работать в обратном направлении от продукта. Начните с рецептуры: диапазон размеров частиц, объемная плотность, влажность, текучесть, абразивность, температурная чувствительность и количество ингредиентов. Затем определите процесс: размер партии, требуемую однородность, время цикла, нужно ли добавлять жидкость и нужно ли хранить смесь горячей, холодной, без пыли или в вакууме. Только после этого выбирайте машину, которая предлагает подходящую геометрию мешалки, мощность привода, конструкционный материал, тип уплотнения и разгрузочное устройство.

Для лабораторий и разработки рецептур наиболее полезными являются небольшие установки со сменными мешалками и четко измеряемыми параметрами смешивания, поскольку они позволяют определить процесс до того, как будут потрачены деньги на производственное оборудование. Для пилотных и производственных предприятий приоритет смещается к повторяемости, возможности очистки, безопасной разгрузке и интеграции с предшествующим дозированием и последующей упаковкой. В обоих случаях стоит узнать у поставщика рабочий объем, рекомендуемый диапазон заполнения, достижимую однородность на пробном образце и интервалы технического обслуживания, а также настоять на том, чтобы машина тестировалась с реальным материалом, а не суррогатным порошком.

Подробная информация о конфигурации, включая доступные размеры, варианты привода и устройства разгрузки, опубликована на сайте. TENCAN Страница продукта с лотковым смесителеми сравнение этих спецификаций с требованиями вашей собственной формулировки — самый быстрый способ сузить выбор.

Часто задаваемые вопросы

Лотковый смеситель – это машина периодического действия или машина непрерывного действия?

Большинство корытных смесителей представляют собой машины периодического действия: загружается взвешенное количество ингредиентов, смешивается в течение определенного времени и выгружается как одна однородная партия. Пакетный режим упрощает отслеживание и отбор проб, поэтому регулируемые отрасли предпочитают его.

Может ли ковшовый миксер работать с жидкостями и пастами?

Да, в пределах. Благодаря подходящей геометрии мешалки, корпусу с рубашкой и распылительным форсункам ковшовый смеситель может диспергировать жидкое связующее в порошок, смешивать пасты или гомогенизировать влажные массы. Однако с высокотекучими суспензиями обычно работают другие типы оборудования.

Сколько времени занимает типичный цикл смешивания?

Время цикла зависит от размера партии, уровня наполнения, скорости вала и различий в ингредиентах, поэтому его всегда следует подтверждать испытанием на реальном материале. Зарядка и разрядка часто занимают столько же времени, сколько и само смешивание, поэтому конструкция разгрузки имеет большое значение.

Ссылка

Информация о продукте, использованная в этой статье: Лотковый смеситель.