Máy phân tán phòng thí nghiệm là gì? Một thiết bị trộn trong phòng thí nghiệm để tạo huyền phù mịn đồng nhất

Máy phân tán phòng thí nghiệm là gì?

Từ quan điểm thực tế, máy phân tán trong phòng thí nghiệm là một thiết bị trộn quy mô phòng thí nghiệm để kết hợp các hạt rắn với môi trường lỏng. Các phòng thí nghiệm sơn, mực, pin, gốm sứ, mỹ phẩm, dược phẩm và thực phẩm sử dụng nó để chuẩn bị các mẫu đủ đồng nhất để thử nghiệm, phân tích hoặc thử nghiệm sản xuất quy mô nhỏ. Mục đích không chỉ đơn thuần là làm cho hỗn hợp trông mịn; nó nhằm kiểm soát trạng thái phân tán, nghĩa là các hạt được tách ra, làm ướt và giữ ở trạng thái lơ lửng tốt như thế nào. các TENCAN máy phân tán phòng thí nghiệm là một ví dụ về danh mục thiết bị này và trang sản phẩm của nó là nơi thích hợp để xác nhận thông tin chi tiết về mẫu máy hiện tại.

Máy phân tán thường bị nhầm lẫn với máy khuấy đơn giản, nhưng nhiệm vụ thì khác. Máy khuấy có thể giữ cho hỗn hợp chuyển động mà không làm vỡ các cụm hình thành khi bột mịn được thêm vào chất lỏng. Thiết bị phân tán được kỳ vọng sẽ cung cấp đủ lực cắt cục bộ, tác động và dòng khối lớn để làm ướt bột, tách các chất kết tụ và phân phối chất rắn đồng đều. Sự khác biệt đó rất quan trọng trong công việc lập công thức, bởi vì một mẫu được trộn rõ ràng vẫn có thể chứa các cục không nhìn thấy được ảnh hưởng đến độ nhớt, màu sắc, độ dẫn điện hoặc kết quả thử nghiệm.

Máy phân tán phòng thí nghiệm hoạt động như thế nào

Bộ phân tán hoạt động bằng cách tác dụng năng lượng cơ học vào hỗn hợp chất lỏng-rắn. Một động cơ quay một trục được gắn một công cụ phân tán và công cụ đó tạo ra lực cắt, va đập và sự tuần hoàn bên trong bình. Tác động kết hợp hút vật liệu vào vùng làm việc, đưa chất lỏng tiếp xúc với các hạt khô, phá vỡ các cụm và tuần hoàn hỗn hợp cho đến khi chất rắn được phân phối qua chất lỏng. Kiểu dòng chảy chính xác phụ thuộc vào hình dạng dụng cụ, hình dạng bình, độ sâu ngâm, tốc độ và công thức.

Làm ướt và khử kết tụ

Bột khô hiếm khi xuất hiện ở dạng hạt riêng lẻ. Chúng thường chứa các chất kết tụ được giữ với nhau bằng lực van der Waals, độ ẩm hoặc cầu nối chất kết dính. Đầu tiên, bộ phân tán sẽ đưa chất lỏng tiếp xúc với các cụm đó. Chất hoạt động bề mặt hoặc chất làm ướt có thể làm giảm sức căng bề mặt và giúp chất lỏng thấm vào bột, nhưng vẫn cần năng lượng cơ học để tách các hạt sơ cấp. Các vùng cắt cao gần công cụ phân tán tạo ra các gradient vận tốc kéo các khối kết tụ ra xa nhau. Sau khi bị phá vỡ, các hạt phải được phân phối đủ nhanh để ngăn chúng kết hợp lại thành các cụm lớn hơn.

Trình tự bổ sung là một phần của cơ chế. Nếu đổ bột vào bình quá nhanh, chất lỏng có thể làm ướt bột không đủ nhanh và có thể hình thành các cục lớn. Những cục vón cục đó có thể khó loại bỏ sau này, ngay cả khi trộn trong thời gian dài. Do đó, nhiều phòng thí nghiệm thêm chất rắn dần dần trong khi cánh quạt tạo ra dòng xoáy hoặc mô hình tuần hoàn ổn định, sau đó tiếp tục trộn cho đến khi đạt được trạng thái phân tán cần thiết.

Duy trì hệ thống treo ổn định

Phân tán chỉ là một nửa nhiệm vụ; trạng thái hỗn hợp cũng phải ổn định đủ lâu để có thể sử dụng được. Độ ổn định phụ thuộc vào kích thước hạt, chênh lệch mật độ, độ nhớt và tính chất keo của công thức. Bộ phân tán có thể hỗ trợ bằng cách giảm kích thước cụm và phân phối các chất ổn định, nhưng nó không thể điều chỉnh công thức về cơ bản không ổn định. Trong thực tế, các nhà pha chế điều chỉnh mức độ phân tán, độ pH, lượng chất rắn và năng lượng trộn với nhau, sau đó quan sát xem huyền phù có còn đồng nhất trong quá trình bảo quản hoặc thử nghiệm hay không. Sự lắng đọng, sự đồng vận và sự trôi dạt độ nhớt là những tín hiệu hữu ích mà công thức hoặc phương pháp trộn có thể cần được cải tiến.

Các thông số quy trình chính

Một số biến số xác định liệu máy phân tán trong phòng thí nghiệm có mang lại kết quả hữu ích hay không. Chúng cần được ghi lại trong quá trình phát triển phương pháp để có thể lặp lại một đợt.

• Tốc độ tip: kiểm soát tốc độ cắt và sự cân bằng giữa phân tán và lưu thông.
• Thời gian trộn: lá quá ngắn sẽ kết tụ lại, trong khi quá dài có thể làm nóng quá mức hoặc làm hỏng các hạt nhạy cảm với lực cắt.
• Tải chất rắn: hàm lượng chất rắn cao hơn làm tăng độ nhớt và mô-men xoắn cần thiết.
• Hình học dụng cụ và tàu: khoảng cách, đường kính và độ sâu ngâm ảnh hưởng đến dòng chảy và lực cắt.
• Nhiệt độ: nhiệt từ động cơ và lực cắt có thể làm thay đổi chất kết dính, chất hoạt động bề mặt hoặc hạt.
• Trình tự bổ sung: thêm bột quá nhanh có thể tạo thành các cục khó loại bỏ.

Các thông số này tương tác. Việc tăng tốc độ có thể cải thiện quá trình khử kết tụ nhưng cũng làm tăng nhiệt độ và sự cuốn theo không khí. Trộn chậm hơn, lâu hơn có thể nhẹ nhàng hơn nhưng không thể phá vỡ các khối kết tụ cứng. Sự cân bằng phù hợp tùy thuộc vào công thức cụ thể và thường được tìm thấy thông qua một thử nghiệm nhỏ được thiết kế thay vì một thử nghiệm đơn lẻ.

Các thành phần cốt lõi và tính năng thiết kế

Mặc dù các thiết bị phân tán trong phòng thí nghiệm có kích thước và chi tiết khác nhau nhưng hầu hết đều có chung các khối chức năng. Hiểu chúng làm cho đặc tả và xử lý sự cố dễ dàng hơn.

Kiểm soát lái xe và tốc độ

Bộ truyền động cung cấp mô-men xoắn và tốc độ. Một bộ phân tán hữu ích trong phòng thí nghiệm cung cấp tốc độ có thể lặp lại, được kiểm soát thay vì chỉ có một vài cài đặt cố định, vì độ phân tán phụ thuộc rất nhiều vào tốc độ đầu phun. Cấu hình đọc và lập trình kỹ thuật số giúp những người vận hành khác nhau chạy cùng một phương pháp. Động cơ phải có đủ mô-men xoắn cho phạm vi độ nhớt dự định; tốc độ tối đa cao sẽ không hữu ích nếu trục dừng lại khi chất rắn được thêm vào.

Công cụ trục và phân tán

Trục truyền lực tới dụng cụ phân tán. Vấn đề lựa chọn công cụ: đĩa hoặc lưỡi cắt tạo ra sự tuần hoàn và lực cắt mạnh cho chất lỏng chảy tự do, trong khi đầu rôto-stator tập trung lực cắt ở vùng nhỏ hơn và thường được sử dụng cho nhũ tương mịn hơn hoặc chất kết tụ cứng hơn. Đường kính dụng cụ, kiểu răng và độ hở ảnh hưởng đến trường cắt. Các kết nối thay đổi nhanh và độ sâu ngâm được đánh dấu rõ ràng giúp các phương pháp dễ dàng tái tạo và làm sạch hơn.

Tàu, Nhiệt độ và Ngăn chặn

Thùng chứa là một phần của hệ thống trộn, không phải thùng chứa thụ động. Đường kính, hình dạng đáy, vách ngăn và khối lượng làm việc của nó ảnh hưởng đến dòng chảy. Bình có vỏ bọc hoặc được kiểm soát nhiệt độ cho phép loại bỏ nhiệt trong quá trình chạy dài hoặc sử dụng năng lượng cao. Đối với các dung môi dễ bay hơi, bột tạo bụi hoặc vật liệu nhạy cảm, cần xem xét việc ngăn chặn và thông gió. Nắp có thể làm giảm sự bắn tung tóe và bay hơi, nhưng nó phải chừa đủ khoảng trống phía trên cho xoáy và bọt vỡ ra.

Kiểm soát và An toàn

Bộ phân tán trong phòng thí nghiệm phải bao gồm các tính năng an toàn cơ bản như bộ phận quay được bảo vệ, dừng khẩn cấp và lắp đặt ổn định. Khóa liên động hoặc vỏ bọc có giá trị khi người vận hành xử lý các vật liệu nóng, ăn mòn hoặc độc hại. Việc ghi dữ liệu không cần thiết đối với mọi phòng thí nghiệm, nhưng khả năng ghi lại tốc độ, thời gian và nhiệt độ sẽ giúp ích khi các phương pháp phải được chuyển giao hoặc kiểm tra.

Cấu hình phân tán phòng thí nghiệm phổ biến

Thuật ngữ máy phân tán trong phòng thí nghiệm bao gồm một số cách sắp xếp cơ học. Sự lựa chọn tốt nhất phụ thuộc vào vật liệu, độ phân tán mục tiêu cũng như mức độ làm sạch và thay đổi mà phòng thí nghiệm có thể chịu đựng được.

Bộ phân tán đĩa tốc độ cao

Bộ phân tán đĩa tốc độ cao sử dụng đĩa quay hoặc lưỡi răng cưa để tạo ra sự tuần hoàn mạnh mẽ và vùng cắt cao gần răng. Nó rất phù hợp với sơn, bột màu, chất độn và các công thức khác trong đó dòng xoáy hút bột vào chất lỏng. Nó có thể xử lý độ nhớt vừa phải và tương đối dễ làm sạch, nhưng nó có thể không phá vỡ mọi khối kết tụ cứng chỉ trong một lần di chuyển.

Bộ phân tán Rotor-Stator

Bộ phân tán rôto-stato đẩy vật liệu đi qua một khe hẹp giữa rôto quay và stato đứng yên. Lực cắt tập trung rất hữu ích cho nhũ tương, huyền phù mịn và các chất kết tụ có khả năng chống trộn trong bể hở. Vì vùng làm việc nhỏ nên công cụ có thể xử lý một khối lượng hạn chế tại một thời điểm và có thể sinh nhiệt nhanh chóng. Nó thường được chọn khi chất lượng phân tán quan trọng hơn tốc độ luân chuyển số lượng lớn nhanh chóng.

Bộ phân tán dựa trên máy khuấy trên cao

Một số máy phân tán trong phòng thí nghiệm sử dụng máy khuấy phía trên có cánh quạt phân tán chuyên dụng trong bể khuấy. Sự sắp xếp này rất linh hoạt: trục và cánh quạt có thể được thay đổi, bình chứa có thể được điều chỉnh tỷ lệ và cùng một bộ truyền động có thể xử lý một số nhiệm vụ trộn. Nó có thể ít tác động hơn so với bộ phân tán tốc độ cao chuyên dụng, do đó cánh quạt và phạm vi tốc độ phải phù hợp với nhiệm vụ.

Cách chọn cấu hình

Bắt đầu với công thức và kết quả đầu ra được yêu cầu. Nếu vấn đề chính là làm ướt bột mịn vào phương tiện có độ nhớt thấp thì đĩa tốc độ cao có thể phù hợp. Nếu mục tiêu là nhũ tương mịn hoặc cụm khó, đầu rôto-stato có thể hiệu quả hơn. Nếu phòng thí nghiệm cần một bộ truyền động cho nhiều kích cỡ bình chứa và loại cánh quạt thì hệ thống trên cao có thể mang lại sự linh hoạt nhất. Trong mọi trường hợp, hãy xác nhận khối lượng làm việc, phạm vi độ nhớt, tùy chọn công cụ và phương pháp làm sạch dựa trên thông tin sản phẩm thực tế thay vì giả định thông số kỹ thuật chung.

Các chỉ số hiệu suất chính và tiêu chí lựa chọn

Việc lựa chọn máy phân tán trong phòng thí nghiệm không phải là vấn đề chọn tốc độ cao nhất hay động cơ lớn nhất. Câu hỏi hữu ích là liệu thiết bị có thể tái tạo độ phân tán cần thiết trong bình dự định hay không, với thời gian trộn hợp lý và khối lượng làm sạch có thể quản lý được.

Chất lượng phân tán và kích thước hạt

Chỉ số hiệu suất quan trọng nhất là liệu thiết bị có thể đạt được trạng thái phân tán cần thiết hay không. Điều này có thể được đánh giá bằng độ mịn của quá trình nghiền, sự phân bố kích thước hạt, độ đục, độ dẫn điện, độ nhớt hoặc độ đồng đều về mặt thị giác, tùy thuộc vào sản phẩm. Máy trộn nhanh nhưng để lại các chất kết tụ dai dẳng là không phù hợp. Trong quá trình đánh giá, hãy so sánh cùng một công thức và thời gian trộn giữa các công cụ dự kiến ​​và kiểm tra xem kết quả có còn ổn định sau khi để yên hay không.

Khối lượng làm việc và kích thước lô

Máy phân tán trong phòng thí nghiệm thường được mô tả bằng phạm vi thể tích làm việc chứ không phải một công suất duy nhất. Bình phải đủ lớn để cho phép lưu thông và đủ nhỏ để dụng cụ tạo ra dòng chảy hữu ích. Chạy tàu lớn với mẻ nhỏ có thể khiến nguyên liệu nằm ngoài vùng hoạt động; đổ quá đầy có thể gây ra hiện tượng bắn nước, tạo xoáy kém và quá nhiệt. Lập kế hoạch cho các lô nhỏ nhất và lớn nhất mà phòng thí nghiệm sẽ thực sự thực hiện.

Độ nhớt và tải chất rắn

Khi chất rắn được thêm vào, độ nhớt tăng lên và động cơ phải cung cấp nhiều mô-men xoắn hơn. Thiết bị phân tán xử lý chất lỏng trong suốt có thể gặp khó khăn với chất bùn đầy. Kiểm tra phạm vi độ nhớt dự định và lượng chất rắn tối đa được nạp với nhà cung cấp và kiểm tra trình tự bổ sung dần dần. Nếu công thức trở thành bột nhão, có thể cần một bánh công tác khác hoặc bộ truyền động mạnh hơn.

Tốc độ, mô-men xoắn và kiểm soát

Chỉ riêng tốc độ không mô tả cường độ trộn. Tốc độ đầu, tốc độ quay ở mép ngoài của dụng cụ, thường là cơ sở tốt hơn để so sánh, nhưng nó phụ thuộc vào đường kính dụng cụ. Mô-men xoắn xác định liệu máy có thể tiếp tục quay một mẻ nhớt hay không. Điều khiển điện tử có thể lặp lại, khởi động mềm và khả năng thiết lập đường dốc rất hữu ích khi thêm các thành phần nhạy cảm với lực cắt.

Kiểm soát nhiệt độ

Năng lượng cơ học cuối cùng trở thành nhiệt. Các lô phòng thí nghiệm nhỏ có tỷ lệ bề mặt trên thể tích cao nhưng chúng vẫn có thể nóng lên nhanh chóng khi dụng cụ rôto-stator chạy ở tốc độ cao. Các chất kết dính nhạy cảm với nhiệt độ, vật liệu sinh học và dung môi dễ bay hơi có thể yêu cầu bình chứa có vỏ bọc, bể làm mát hoặc tạm dừng được lập trình. Dữ liệu nhiệt độ phải được ghi lại cùng với tốc độ và thời gian.

Vật liệu, Làm sạch và Ô nhiễm chéo

Các bộ phận bị ướt phải tương thích với công thức và dung môi làm sạch. Thép không gỉ là phổ biến, nhưng một số ứng dụng yêu cầu bề mặt thay thế hoặc các bộ phận dùng một lần. Thiết kế dụng cụ và bình chứa ảnh hưởng đến thời gian làm sạch: các lỗ mù, khe hở khít và bề mặt gồ ghề sẽ giữ lại cặn. Đối với các phòng thí nghiệm có nhiều sản phẩm, việc tháo rời nhanh chóng và làm nhẵn các bề mặt tiếp xúc với sản phẩm có thể quan trọng ngang với hiệu suất trộn.

Tự động hóa và tài liệu

Cấu hình tốc độ, bộ hẹn giờ và xuất dữ liệu có thể lập trình giúp các phòng thí nghiệm chuẩn hóa các phương pháp và điều tra lỗi. Tự động hóa có giá trị nhất khi công thức nấu ăn nhạy cảm với những thay đổi nhỏ về năng lượng đầu vào. Nó không thay thế thiết kế thử nghiệm tốt nhưng nó làm cho việc lặp lại dễ dàng hơn và giảm sự khác biệt giữa người vận hành với người vận hành.

Bảo trì và hỗ trợ

Bộ phân tán là một công cụ cơ khí có vòng bi, vòng đệm và bộ truyền động cần được bảo trì. Kiểm tra sự sẵn có của phụ tùng, dụng cụ và tài liệu kỹ thuật. Một thiết kế đơn giản với các thành phần dễ tiếp cận có thể hữu ích hơn trong một phòng thí nghiệm bận rộn hơn là một thiết bị tự động hóa cao và khó sửa chữa.

Tư vấn ứng tuyển và lựa chọn

Máy phân tán trong phòng thí nghiệm xuất hiện trong nhiều ngành công nghiệp vì công việc cơ bản tương tự nhau: kết hợp chất rắn và chất lỏng thành một hỗn hợp có thể tái tạo và được kiểm soát. Trong chất phủ và mực, chúng phân tán chất màu và chất độn; trong nghiên cứu pin, họ chuẩn bị hỗn hợp điện cực; trong gốm sứ, họ trộn bột vào các vật đúc hoặc lớp phủ; trong mỹ phẩm và chăm sóc cá nhân, chúng giúp tạo thành các loại kem và hỗn dịch ổn định; trong khoa học dược phẩm và thực phẩm, họ hỗ trợ các nghiên cứu công thức trong đó các lô nhỏ và thiết bị sạch là rất cần thiết. Các phòng thí nghiệm về môi trường và vật liệu cũng sử dụng chúng để chuẩn bị mẫu bùn, bột nhão và mẫu tổng hợp.

Đối với phòng thí nghiệm chủ yếu xử lý các mẫu có độ nhớt thấp ở thể tích nhỏ, một thiết bị tốc độ cao nhỏ gọn với bộ điều khiển tốc độ đơn giản có thể là đủ. Phòng thí nghiệm đang phát triển các hệ thống chứa đầy, bột nhão hoặc nhũ tương mịn nên ưu tiên mô-men xoắn, tùy chọn công cụ và kiểm soát nhiệt độ. Phòng thí nghiệm nhiều người dùng chạy nhiều công thức nên tìm kiếm phương pháp làm sạch nhanh, giới hạn vận hành rõ ràng và các phương pháp được ghi lại. Khi quy trình dự kiến ​​sẽ mở rộng quy mô, phòng thí nghiệm nên ghi lại tốc độ đầu phun, thời gian trộn, trình tự bổ sung và nhiệt độ để sau này sự phân tán có thể được chuyển sang thiết bị lớn hơn.

Danh sách kiểm tra thử nghiệm thực tế

Trước khi mua hoặc sử dụng bộ phân tán trong phòng thí nghiệm, hãy chạy thử nghiệm có cấu trúc với công thức thực tế. Một danh sách kiểm tra đơn giản sẽ ngăn cản việc thử nghiệm trở thành một minh chứng trực quan.

• Xác định mục tiêu: kích thước hạt, độ mịn, độ nhớt, độ ổn định hoặc hình thức.
• Ghi lại công thức, lượng chất rắn và thứ tự bổ sung.
• Đo nhiệt độ mẻ trộn trước, trong và sau khi trộn.
• Sử dụng cùng một hình dạng bình chứa và dụng cụ cho mọi so sánh.
• Kiểm tra các cục, lắng, bọt và vật liệu bị mắc kẹt trên tường.
• Kiểm tra thời gian làm sạch và cặn sau khi chạy.
• Lặp lại điều kiện tốt nhất ít nhất hai lần để khẳng định độ tái lập.

Cuộc thử nghiệm cũng cần thiết lập một phạm vi hoạt động an toàn. Lưu ý tốc độ mà dòng xoáy trở nên quá mức, điểm mà tại đó việc bổ sung bột gây ra hiện tượng ngưng trệ và thời gian cần thiết để đạt được độ phân tán ổn định. Những quan sát này hữu ích hơn một tốc độ tốt nhất vì chúng cho thấy cách thức hoạt động của thiết bị khi công thức thay đổi.

Câu hỏi thường gặp

Máy phân tán trong phòng thí nghiệm có giống như máy trộn không?

Không. Máy trộn có thể trộn các thành phần mà không nhất thiết phải phá vỡ các chất kết tụ hoặc tạo ra huyền phù mịn. Một bộ phân tán được thiết kế để cung cấp đủ lực cắt và dòng chảy cục bộ đến các hạt ướt và tách biệt. Một số thiết bị có thể thực hiện cả hai nhiệm vụ, nhưng khả năng phân tán phụ thuộc vào dụng cụ và điều kiện vận hành.

Máy phân tán trong phòng thí nghiệm có thể nghiền các hạt không?

Sự phân tán có thể làm giảm các cụm và cải thiện tính đồng nhất, nhưng đó không phải là một quá trình xay xát. Nếu các hạt sơ cấp phải giảm kích thước thì có thể cần phải có máy nghiền hoặc máy đồng nhất được thiết kế cho nhiệm vụ đó. Thiết bị phân tán thường được đánh giá bằng khả năng làm ướt, tách và phân phối các hạt đã có sẵn.

Làm sao tôi biết khi nào quá trình phân tán hoàn tất?

Sử dụng một điểm cuối xác định thay vì một cảm giác cố định. Tùy thuộc vào sản phẩm, điểm cuối có thể là chỉ số độ mịn của bột nghiền, đo kích thước hạt, mục tiêu độ nhớt hoặc năng lượng trộn cụ thể. Chỉ riêng độ mịn của thị giác có thể gây hiểu nhầm, bởi vì các chất kết tụ mịn có thể vẫn không nhìn thấy được.

Cùng một máy có thể xử lý các kích cỡ lô khác nhau không?

Thường xuyên, nhưng không phải không có giới hạn. Dụng cụ và bình chứa phải phù hợp với khối lượng mẻ và tốc độ có thể cần được điều chỉnh để duy trì mô hình dòng chảy tương tự. Các mẻ rất nhỏ trong một thùng lớn có thể không được trộn một cách hiệu quả, trong khi việc đổ quá đầy có thể gây ra hiện tượng bắn tung tóe và tuần hoàn kém.

Tôi nên yêu cầu thông tin gì từ nhà cung cấp?

Yêu cầu phạm vi khối lượng làm việc, phạm vi độ nhớt được khuyến nghị, các tùy chọn công cụ, vật liệu ướt, dữ liệu tốc độ và mô-men xoắn, hướng dẫn vệ sinh và thông tin phụ tùng thay thế. Đối với TENCAN Máy phân tán phòng thí nghiệm, trang sản phẩm là điểm khởi đầu cho chi tiết cấu hình hiện tại; xác nhận bất kỳ giá trị quan trọng nào cho ứng dụng của bạn trước khi mua.

Phần kết luận

Máy phân tán trong phòng thí nghiệm là một thiết bị tập trung của phòng thí nghiệm: nó biến bột và chất lỏng thành huyền phù có kiểm soát bằng cách kết hợp làm ướt, cắt và tuần hoàn. Giá trị của nó nằm ở một thông số kỹ thuật ít hơn ở sự phù hợp giữa công cụ, bình đựng, tốc độ, công thức và phương pháp. Bằng cách xác định độ phân tán mục tiêu, kiểm tra công thức thực tế và ghi lại các thông số quan trọng, phòng thí nghiệm có thể chọn một bộ phân tán tạo ra kết quả lặp lại và hỗ trợ mở rộng quy mô sau này.