Máy trộn máng là gì? Máy trộn bột để trộn mẻ khô đồng đều

Máy trộn máng là gì?

Về cốt lõi, máy trộn máng là một máy trộn chất rắn số lượng lớn chuyên nghiệp mà các ngành công nghiệp chế biến bột sử dụng để đồng nhất hóa bột khô, hạt và các hợp chất giống như bột nhão bên trong một bình nằm ngang hình chữ U. Máng là thùng chứa cố định chứa mẻ trộn, trong khi một hoặc nhiều trục khuấy quay chạy dọc theo chiều dài của máng thực hiện công việc thực sự: chúng quét qua vật liệu, nhấc vật liệu lên khỏi đáy máng, gấp lại vào luống và cắt vật liệu vào thành máng và các hạt lân cận. Kết quả là một sự pha trộn trong đó bất kỳ muỗng nguyên liệu nào cũng chứa tỷ lệ gần như giống nhau của mọi thành phần như bất kỳ muỗng nguyên liệu nào khác.

Đây là điểm khác biệt giữa máy trộn máng với máy trộn hỗn hợp cường độ thấp như máy trộn chữ V, máy trộn hình nón đôi và trống quay trơn. Máy xay trộn phụ thuộc vào trọng lực: bình tự quay và bột rơi vào bên trong. Cách tiếp cận đó nhẹ nhàng và dễ làm sạch, nhưng nó trở nên chậm và không đáng tin cậy khi các thành phần có sự khác biệt lớn về kích thước hạt, hình dạng hạt hoặc mật độ khối, bởi vì sự phân tách và phủ bụi có thể cạnh tranh với hoạt động trộn. Máy trộn dạng máng bơm năng lượng cơ học trực tiếp vào lớp bột, do đó nó có thể phá vỡ các chất kết tụ mềm, làm ướt bột bằng chất lỏng được phun và đạt được hỗn hợp đồng nhất trong một khoảng thời gian ngắn.

Trong dây chuyền xử lý bột điển hình, máy trộn dạng máng nằm giữa một bên là cân và định lượng và một bên là tạo hình hoặc đóng gói. Vật liệu được nạp, trộn và sau đó thải vào máy tạo hạt, máy ép viên, máy đùn, lò thiêu kết hoặc trạm nạp. Bởi vì máy hoạt động theo lô nên mỗi lô có thể được truy tìm, lấy mẫu và xuất xưởng riêng lẻ - một đặc tính quan trọng trong sản xuất dược phẩm, thực phẩm, pin và hóa chất tinh khiết.

Chức năng cốt lõi và nguyên tắc làm việc

Máy trộn máng có một nhiệm vụ chính: chuyển một bộ nguyên liệu được cân riêng biệt thành một mẻ đồng nhất. Mọi chi tiết trong thiết kế của nó — hình dạng của máng, hình dạng của máy khuấy, tốc độ của trục, vị trí và kích thước của lỗ xả — tồn tại để thực hiện việc chuyển đổi đó nhanh chóng, có thể lặp lại và hoàn chỉnh.

Máng, Trục và Máy khuấy

Thân máy là một máng nằm ngang, thường có dạng hình chữ U hoặc vỏ nửa hình trụ được chế tạo từ thép cacbon hoặc thép không gỉ. Máng đứng yên; chỉ có trục quay. Dọc theo trục, các cánh tay hướng tâm mang các bộ phận trộn - dải xoắn ốc, cánh phẳng hoặc lưỡi hình lưỡi cày - được bố trí sao cho mép ngoài cùng của mỗi bộ phận chạy sát thành máng. Khoảng trống hoạt động nhỏ đó rất quan trọng: nó ngăn không cho lớp vật liệu ứ đọng tích tụ trên vỏ và tạo ra tác động cạo giúp làm sạch các sản phẩm dính hoặc hơi ẩm.

Ở một đầu của máng thường có một lỗ xả - cổng trượt, van nắp hoặc cửa có chiều rộng tối đa - có kích thước sao cho lô đã trộn có thể được làm sạch nhanh chóng và hoàn toàn. Ở đầu kia, trục đi qua vỏ ổ trục kín và kết nối với bộ truyền động: động cơ điện, hộp số hoặc bộ giảm tốc dây đai, và trên các thiết bị tiên tiến hơn, bộ truyền động tần số thay đổi cho phép tốc độ trục phù hợp với sản phẩm được trộn.

Từ các thành phần riêng biệt đến hỗn hợp đồng nhất

Việc trộn bên trong máng được tiến hành thông qua ba cơ chế cùng một lúc. Trộn đối lưu - sự vận chuyển khối lượng lớn các nhóm hạt từ vùng này sang vùng khác - được tạo ra bởi các bộ phận quay nâng vật liệu lên thành máng và để nó rơi hoặc bị đẩy trở lại vào giữa lớp. Sự trộn cắt xảy ra ở các lớp bột mỏng bị mắc kẹt giữa bộ phận chuyển động và thành máng, nơi các hạt trượt qua nhau và các khối kết tụ mềm bị phá vỡ. Sự trộn lẫn khuếch tán xảy ra ở quy mô của từng hạt riêng lẻ, khi các va chạm ngẫu nhiên dần dần phân phối lại chúng khắp lớp.

Trong một chiếc máy được thiết kế tốt, ba cơ chế này được cân bằng. Nếu đối lưu chiếm ưu thế và máy khuấy chỉ đơn giản đẩy vật liệu từ đầu này sang đầu kia, mẻ trộn có thể di chuyển như một nút chặn và để lại các túi hỗn hợp kém phía sau trục hoặc gần các tấm cuối. Nếu lực cắt chiếm ưu thế, sản phẩm có thể bị gia công quá mức, bị nung nóng hoặc - trong trường hợp hạt dễ vỡ - bị hỏng nhiều hơn dự định. Mục tiêu thực tế là một cỗ máy có thể luân chuyển toàn bộ lớp vài lần trong một phút để mỗi hạt có nhiều cơ hội thay đổi các hạt lân cận trước khi lô được thải ra.

Do đó, trạng thái cuối cùng của vật liệu không chỉ đơn giản là "hỗn hợp". Máy trộn dạng máng cũng có thể được sử dụng để phủ các hạt với một tỷ lệ nhỏ chất lỏng hoặc chất phụ gia mịn, để khử kết tụ nguyên liệu thô đóng cục, đồng nhất hóa bột nhão, ủ mẻ bằng cách cắt nhẹ hoặc đơn giản là để giữ hỗn hợp trong bình đệm trước bước quy trình tiếp theo. Trong mỗi trường hợp, nguyên tắc vật lý giống nhau được áp dụng: khuấy trộn cơ học liên tục sắp xếp lại lớp nền cho đến khi đạt được mức độ đồng nhất cần thiết.

Các thông số quy trình chính kiểm soát kết quả

Người vận hành và kỹ sư quy trình điều khiển máy trộn máng thông qua một số biến số nhỏ và hiểu rõ chúng là con đường nhanh nhất dẫn đến quy trình ổn định:

• Hệ số lấp đầy. Phần thể tích máng thực sự bị vật liệu chiếm giữ. Quá ít nguyên liệu và máy khuấy sẽ ném bột thay vì gấp nó lại; quá nhiều và giường sẽ bị nén lại, động cơ tiêu thụ dòng điện quá mức và quá trình trộn sẽ chậm lại. Hầu hết các thiết kế đều nhằm mục đích chạy trong phạm vi lấp đầy vừa phải, để lại không gian trống phía trên giường.
• Tốc độ trục. Tốc độ cao hơn làm tăng lực cắt và rút ngắn thời gian trộn, nhưng chúng cũng làm tăng mức tiêu thụ điện năng, nhiệt độ sản phẩm và tạo bụi. Tốc độ thấp phù hợp với các hạt dễ vỡ và bột đặc; tốc độ cao hơn phù hợp với vật liệu kết dính hoặc kết tụ.
• Thời gian trộn. Các đường cong hòa trộn tuân theo một mô hình điển hình - tính đồng nhất ban đầu được cải thiện nhanh chóng và sau đó phẳng dần. Ngoài mức ổn định đó, thời gian tăng thêm sẽ làm tăng thêm chi phí mà không cải thiện chất lượng, và ở một số sản phẩm, nó thúc đẩy sự phân biệt hoặc tiêu hao.
• Hình học máy khuấy và độ hở của tường. Các phần tử ruy băng, mái chèo và lưỡi cày tạo ra các mức độ cắt khác nhau và các kiểu vận chuyển dọc trục khác nhau. Khoảng hở giữa phần tử và tường xác định lượng vật liệu bị cạo và lượng còn lại trong lớp ranh giới chuyển động chậm.
• Trình tự bổ sung. Việc thêm một nguyên liệu nhỏ lên trên một nguyên liệu lớn hoặc phun chất lỏng lên giường chuyển động thay vì nguyên liệu tĩnh, có thể thay đổi chất lượng hỗn hợp nhiều hơn bất kỳ yếu tố đơn lẻ nào khác.
• Hành vi xả thải. Hỗn hợp đồng nhất bên trong máng vẫn có thể phân tách trong khi máng được đổ ra. Do đó, hình dạng xả và tốc độ xả thuộc về thông số kỹ thuật trộn chứ không phải thông số kỹ thuật đóng gói.

Cấu hình chính và các thành phần chính

Máy trộn máng được chế tạo theo nhiều cấu hình và sự khác biệt giữa chúng là thực tế hơn là thẩm mỹ: chúng xác định vật liệu nào máy xử lý tốt, cách làm sạch và cách tích hợp vào dây chuyền tự động dễ dàng như thế nào. Khác biệt máy trộn máng kết hợp một máng bằng thép không gỉ, một máy khuấy gắn trên trục, một bộ truyền động bánh răng và bộ xả bằng tay hoặc bằng điện, và có thể được cung cấp các tùy chọn bổ sung tùy theo nhiệm vụ.

Hình học máy khuấy: Ruy băng, mái chèo và cái cày

Máy khuấy ruy băng là sự lựa chọn cổ điển cho các loại bột và hạt chảy tự do. Hai hoặc nhiều dải băng xoắn ốc được gắn trên cùng một trục, thường ở các tay đối diện nhau, sao cho một dải băng đẩy vật liệu theo một hướng trục trong khi một dải băng khác đẩy nó trở lại. Kết quả là một vòng tuần hoàn liên tục hiệu quả và nhẹ nhàng. Cấu hình mái chèo và máy cày sử dụng các lưỡi rời thay vì các dải băng liên tục; chúng tạo ra lực cắt cục bộ hơn và thường được ưu tiên khi sản phẩm có xu hướng đóng bánh, khi yêu cầu thời gian trộn ngắn hoặc khi máy cũng phải xử lý bột nhão hoặc khối ẩm. Một số thiết kế kết hợp cả hai, sử dụng ruy băng để lưu thông số lượng lớn và tách riêng các máy cắt tốc độ cao để phá vỡ các cục.

Thiết kế trục đơn và trục đôi

Máy một trục là cách bố trí đơn giản và phổ biến nhất: một trục khuấy, một bộ truyền động, một bộ xả. Thiết kế trục đôi bổ sung thêm một trục song song thứ hai, thường chạy ở tốc độ khác, tạo ra một vùng cắt cao bổ sung giữa hai rôto. Các đơn vị này được chọn khi quy trình liên quan đến các thành phần khó khăn, khi chất lỏng phải được phân tán thành bột hoặc khi cần có thời gian chu kỳ rất ngắn. Sự đánh đổi là độ phức tạp cơ học lớn hơn, nhu cầu điện năng cao hơn và quy trình làm sạch đòi hỏi khắt khe hơn.

Hệ thống phụ trợ: Áo khoác, vòi phun và con dấu

Bởi vì quá trình trộn tạo ra nhiệt và vì nhiều sản phẩm cần nhiều thao tác hơn là việc trộn đơn giản nên máy trộn dạng máng thường được trang bị hệ thống phụ trợ. Máng có vỏ bọc cho phép chất lỏng làm nóng hoặc làm mát lưu thông xung quanh vỏ để sản phẩm có thể được giữ dưới nhiệt độ giới hạn hoặc được giữ ở nhiệt độ được kiểm soát trong quá trình trộn. Vòi phun hoặc cổng phun cho phép chất kết dính lỏng được đưa vào từ từ và đồng đều, đây là cách thông thường để tạo ra bột dạng hạt hoặc bột tráng trước. Trong khi đó, phốt trục được chọn tùy theo sản phẩm: đệm kín tiêu chuẩn cho bột khô và phốt cơ khí hoặc phốt được làm sạch bằng khí phức tạp hơn khi có bụi mịn, dung môi hoặc hoạt động chân không.

Cấu hình quy mô phòng thí nghiệm và sản xuất

Nguyên tắc làm việc tương tự được áp dụng trên nhiều quy mô khác nhau, từ các đơn vị phòng thí nghiệm nhỏ gọn được sử dụng để phát triển công thức trên một vài lít nguyên liệu, cho đến các máy ở quy mô thí điểm được sử dụng để xác nhận rằng một công thức được mở rộng, đến các máy trộn sản xuất xử lý toàn bộ lô trong một nhà máy. Việc mở rộng quy mô không chỉ đơn giản là mở rộng máng: khi các mạch lớn lên, tỷ lệ giữa diện tích bề mặt và thể tích giảm, khoảng cách mà một hạt phải di chuyển để thay đổi các hạt lân cận tăng lên và công suất cần thiết trên một đơn vị thể tích cũng thay đổi. Vì lý do đó, các kỹ sư thường giữ sự tương đồng về mặt hình học giữa các thang đo rồi điều chỉnh tốc độ trục và thời gian trộn bằng thực nghiệm.

Các chỉ số hiệu suất chính và điểm lựa chọn

Khi so sánh máy trộn kiểu máng, người mua có xu hướng tập trung vào giá cả và số lượng. Trong thực tế, năm chỉ số hiệu suất quyết định liệu một chiếc máy có còn đạt yêu cầu sau hai năm sản xuất hay không: công suất, tính đồng nhất, công suất, khả năng điều khiển và khả năng làm sạch.

Công suất và thông lượng hàng loạt

Thể tích danh nghĩa của máng và thể tích làm việc hữu dụng của nó không giống nhau và sự khác biệt rất quan trọng. Một máy thường được đánh giá theo kích cỡ lô mà nó có thể trộn đúng cách thay vì theo thể tích hình học của vỏ, vì việc đổ đầy sẽ làm giảm chất lượng trộn và làm quá tải ổ đĩa. Khi đó, công suất chỉ đơn giản là kích thước lô nhân với số chu kỳ trên mỗi ca, do đó, một máy nhỏ hơn một chút với tốc độ xả nhanh và thời gian trộn ngắn có thể hoạt động tốt hơn máy lớn hơn. Các câu hỏi cần đặt ra bao gồm: khối lượng làm việc là bao nhiêu, lượng nạp tối thiểu mà máy khuấy vẫn hoạt động chính xác là bao nhiêu và chu trình sạc-trộn-xả hoàn chỉnh mất bao lâu?

Trộn tính đồng nhất và pha trộn tính đồng nhất

Tính đồng nhất thường được biểu thị bằng hệ số biến thiên được đo trên các mẫu được lấy từ một số vị trí trong lô hoặc dưới dạng thông số kỹ thuật cho một thành phần chính như hoạt chất dược phẩm hoặc chất phụ gia dẫn điện. Độ đồng đều có thể đạt được phụ thuộc vào sự phân bố kích thước hạt, chênh lệch mật độ, độ ẩm và đặc tính tĩnh điện cũng như trên chính máy. Một nhà cung cấp hiểu rõ quy trình sẽ yêu cầu một mẫu của công thức thực tế, bởi vì một máy trộn dạng máng trộn hoàn hảo chất độn khoáng chảy tự do có thể gặp khó khăn với chất màu kết dính hoặc chất phụ gia dạng sợi.

Công suất, mô-men xoắn và hiệu quả năng lượng

Công suất động cơ được lắp đặt phải đủ cho trường hợp xấu nhất mà máy từng gặp - bột đặc, máng hơi đầy hoặc bột nhão lạnh cứng khi khởi động. Kích thước dưới mức xuất hiện gây phiền toái và giảm kích thước lô; kích thước quá lớn gây lãng phí năng lượng và có thể làm hỏng các sản phẩm dễ vỡ. Do đó, hiệu suất trong máy trộn máng không chỉ dựa trên một con số hiệu suất duy nhất mà là về công suất truyền động, tốc độ trục và thời gian trộn phù hợp với công việc: một máy phù hợp sẽ đạt được thông số kỹ thuật với ít vòng quay hơn và số vòng quay là số tiền mà hóa đơn tiền điện phải trả.

Tự động hóa, kiểm soát và ghi dữ liệu

Máy trộn máng hiện đại ngày càng được cung cấp các bộ truyền động tần số thay đổi, bộ hẹn giờ, bộ lưu trữ công thức và khóa liên động để ngăn van xả mở khi máy khuấy đang chạy hoặc máy khuấy khởi động khi cửa xả đang mở. Đối với các ngành được quản lý, khả năng ghi lại tốc độ trục, thời gian trộn và tải động cơ cho mỗi mẻ cũng có giá trị như chính việc trộn vì nó biến thao tác thủ công thành thao tác được ghi lại và có thể lặp lại. Xem xét liệu bảng điều khiển có cần giao tiếp với hệ thống cấp nhà máy hay không và liệu công thức tương tự có phải được sao chép trên một số máy hay không.

Xả, làm sạch và bảo trì

Vệ sinh là nơi máy trộn máng có sự khác biệt lớn nhất về chi phí hàng ngày. Một máy có các lỗ kiểm tra lớn, bề mặt bên trong nhẵn, góc chết tối thiểu và bộ xả toàn chiều rộng có thể được làm sạch và thay đổi sản phẩm trong một khoảng thời gian ngắn mà thiết bị có lối vào hẹp và các kẽ hở bên trong yêu cầu. Vỏ ổ trục, phốt trục và các bộ phận dẫn động phải tiếp cận được mà không cần tháo máng. Đối với các nhà máy sản xuất nhiều sản phẩm xử lý chất gây dị ứng, chất màu hoặc thành phần hoạt tính, khả năng làm sạch không phải là điều thuận tiện — đó là một yêu cầu khó khăn.

Tư vấn ứng tuyển và lựa chọn

Các ngành công nghiệp và vật liệu tiêu biểu

Máy trộn dạng máng được sử dụng khi bột hoặc bột nhão phải được đồng nhất theo mẻ. Trong ngành hóa chất và hóa chất tinh khiết, họ pha trộn các chất màu, thuốc nhuộm, chất độn, chất xúc tác và chất tẩy rửa. Trong dược phẩm và dược phẩm dinh dưỡng, họ chuẩn bị hỗn hợp khô và hỗn hợp tạo hạt trước trong điều kiện được kiểm soát và ghi chép. Trong ngành công nghiệp thực phẩm, họ xử lý bột mì, gia vị, hỗn hợp trộn sẵn, ca cao và các chất phụ gia dạng bột. Trong luyện kim và luyện kim bột, họ đồng nhất hóa bột kim loại và các chất phụ gia của chúng trước khi ép hoặc thiêu kết. Trong sản xuất pin và vật liệu điện tử, họ trộn các vật liệu hoạt tính, chất phụ gia dẫn điện và chất kết dính. Trong gốm sứ và vật liệu xây dựng, họ chuẩn bị men, frit và vữa khô. Mẫu số chung là một mẻ chất rắn phải rời khỏi máy dưới dạng một vật liệu đồng nhất.

Cách chọn máy trộn máng phù hợp

Phương pháp lựa chọn đáng tin cậy nhất là làm việc ngược từ sản phẩm. Bắt đầu với công thức: phạm vi kích thước hạt, mật độ khối, độ ẩm, khả năng chảy, độ mài mòn, độ nhạy nhiệt độ và số lượng thành phần. Sau đó, xác định quy trình: cỡ lô, độ đồng đều cần thiết, thời gian chu kỳ, liệu chất lỏng có được thêm vào hay không và liệu hỗn hợp có phải được giữ nóng, lạnh, không có bụi hay trong chân không hay không. Chỉ sau đó hãy chọn một máy có hình dạng máy khuấy, công suất truyền động, vật liệu xây dựng, loại vòng đệm và cách bố trí xả phù hợp.

Đối với các phòng thí nghiệm và phát triển công thức, các thiết bị nhỏ có máy khuấy có thể hoán đổi cho nhau và các thông số trộn có thể đo lường được rõ ràng là hữu ích nhất vì chúng cho phép xác định quy trình trước khi chi tiền vào thiết bị sản xuất. Đối với các nhà máy thí điểm và sản xuất, ưu tiên chuyển sang khả năng lặp lại, khả năng làm sạch, xả an toàn và tích hợp với định lượng ngược dòng và đóng gói xuôi dòng. Trong cả hai trường hợp, cần yêu cầu nhà cung cấp về khối lượng làm việc, phạm vi điền khuyến nghị, độ đồng đều có thể đạt được trên mẫu thử và khoảng thời gian bảo trì - và nhấn mạnh rằng máy phải được kiểm tra bằng vật liệu thực chứ không phải bột thay thế.

Thông tin cấu hình chi tiết, bao gồm các kích cỡ có sẵn, các tùy chọn ổ đĩa và cách bố trí xả, được công bố trên TENCAN trang sản phẩm máy trộn mángvà so sánh các thông số kỹ thuật đó với yêu cầu trong công thức của riêng bạn là cách nhanh nhất để thu hẹp sự lựa chọn.

Câu hỏi thường gặp

Máy trộn máng là máy trộn mẻ hay máy liên tục?

Hầu hết các máy trộn kiểu máng đều là máy trộn theo mẻ: một lượng nguyên liệu đã được cân sẽ được nạp, trộn trong một thời gian xác định và được thải ra thành một lô đồng nhất. Hoạt động theo lô giúp cho việc truy xuất nguồn gốc và lấy mẫu trở nên đơn giản, đó là lý do tại sao các ngành được quản lý lại ưa chuộng nó.

Máy trộn dạng máng có thể xử lý chất lỏng và bột nhão không?

Có, trong giới hạn. Với hình dạng máy khuấy phù hợp, vỏ bọc và vòi phun, máy trộn dạng máng có thể phân tán chất kết dính lỏng thành bột, trộn bột nhão hoặc đồng nhất các khối ẩm. Tuy nhiên, bùn có tính lỏng cao thường được xử lý bằng các loại thiết bị khác.

Một chu kỳ trộn điển hình mất bao lâu?

Thời gian chu kỳ phụ thuộc vào cỡ lô, mức độ lấp đầy, tốc độ trục và mức độ khác nhau của các thành phần, do đó, điều này phải luôn được xác nhận bằng thử nghiệm với vật liệu thật. Việc sạc và xả thường mất nhiều thời gian bằng quá trình trộn, đó là lý do tại sao thiết kế xả lại quan trọng.

Thẩm quyền giải quyết

Thông tin sản phẩm được sử dụng trong bài viết này: Máy trộn máng.