How to Select a High Viscosity Mixer: Impeller Types, Torque, and Design

리튬 배터리 양극 슬러리가 담긴 5,000리터 반응기 앞에 서면 문제가 분명해집니다. 임펠러가 회전하고 표면이 거의 움직이지 않으며 샤프트 주변의 작은 영역만 잘 섞여 있는 것처럼 보입니다. 이것이 바로 동굴 효과이며, 제품이 수천 센티푸아즈를 지나면 일반 저점도 교반기가 작동하지 않는 이유입니다. 실제적인 결론은 그 뒤에 있는 유체 역학보다 더 간단합니다. 고점도 믹서는 모터 크기에만 의존하지 않고 임펠러 형상, 기어 감소 토크 및 벽 근처 클리어런스에 따라 선택됩니다. .

고점도 혼합이 다른 이유

층류는 규칙을 변화시킵니다

물의 점도는 약 1cP입니다. 꿀은 10,000cP 근처에 있습니다. 퍼짐성 코팅은 100,000cP 이상에 도달할 수 있습니다. 제품이 대략 5,000cP를 초과하면 난류가 본질적으로 사라집니다. 유체는 매끄럽고 평행한 층으로 움직이며 소용돌이 대신 전단 및 벌크 순환에 의해 혼합이 발생합니다. 이것이 바로 고점도 믹서가 단순히 물 교반기의 더 큰 버전이 될 수 없는 이유입니다. 처음부터 층류 조건에 맞게 설계되어야 합니다. .

동굴 효과와 데드존

두꺼운 유체가 담긴 탱크에서 회전하는 임펠러는 주변에 상대적으로 잘 혼합된 "동굴"을 만드는 반면 제품의 나머지 부분은 천천히 회전하거나 거의 정지 상태를 유지합니다. 그 결과 탱크 벽, 임펠러 아래, 표면 근처에 데드존이 생깁니다. 표준 대책은 탱크 직경(D/T 비율)에 비해 임펠러 직경을 늘리고 용기 벽을 지속적으로 긁어 제품을 혼합 구역으로 되돌리는 와이핑 요소를 추가하는 것입니다.

두꺼운 유체에 적합한 임펠러 선택

"최고의" 고점도 믹서 임펠러는 하나도 없습니다. 올바른 선택은 제품의 두께, 열 전달이 필요한지 여부, 제품이 벽에 달라붙는지 여부, 배치 변경 빈도에 따라 달라집니다. 아래 표에는 업계에서 사용되는 가장 일반적인 디자인이 요약되어 있습니다.

앵커 및 프레임 교반기

앵커 임펠러는 용기의 내부 윤곽을 따르므로 제품이 벽을 따라 계속 이동하고 재킷을 통한 열 전달을 촉진합니다. 제품이 끈적거리거나 벽에 달라붙는 경향이 있는 경우, 고점도 제품용 스크레이퍼 블레이드가 있는 프레임 교반기 스크레이퍼가 표면에서 재료를 지속적으로 벗겨내기 때문에 더 신뢰할 수 있는 옵션입니다. 이러한 설계는 10,000~100,000cP 범위의 반응기, 저장 탱크 및 코팅 용기에 적합합니다.

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나선형 리본 임펠러

배치가 약 50,000cP보다 두꺼워지면 단일 앵커 또는 프레임으로 위에서 아래로의 회전율이 충분히 생성되지 않는 경우가 많습니다. 나선형 리본은 전체 질량을 샤프트를 따라 위쪽으로, 벽에서 아래쪽으로 밀어넣어 앵커 설계에 부족한 순환을 제공합니다. 이는 고점도 교반기용 나선형 리본 결합 교반 패들 폴리머 용액, 실런트, 배터리 슬러리 및 최대 1,000,000cP의 무거운 페이스트에 대한 일반적인 선택입니다.

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유성식 혼합기: 배치가 더 진행되는 경우

수십만 센티푸아즈를 초과하거나 제품에 다량의 건조 분말이 포함되어 있는 경우 유성식 혼합기가 실용적입니다. 임펠러는 탱크 궤도를 선회하면서 자체 축을 중심으로 회전하여 데드존 없이 용기 전체를 ​​청소합니다. 기계적 복잡성과 비용이 절충되므로 단순한 형상으로는 충분하지 않은 경우에만 선택해야 합니다.

형상, 장착 및 용도 적합성

상단 입구 vs. 하단 입구 vs. 측면 입구

장착 구성은 종종 탱크 자체에 의해 결정됩니다. 샤프트가 맨홀이나 전용 노즐을 직접 통과하기 때문에 상단 입구 믹서는 원자로 및 압력 용기에 가장 일반적입니다. 제품의 점성이 매우 높은 경우, 고점도 프레임 탑엔트리 믹서 드라이브를 액체 위에 유지하고 임펠러 직경을 용기 벽에 가깝게 조정할 수 있습니다. 하단 입구 및 측면 입구 믹서는 더 컴팩트하지만 특히 연마성 슬러리 또는 침전되는 제품의 경우 밀봉 및 유지 관리 문제가 발생합니다.

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임펠러 직경과 탱크 직경의 비율은 저점도 설치와 고점도 설치 사이에서 가장 눈에 띄는 설계 차이가 됩니다. 표준 터빈 임펠러는 탱크 직경의 약 1/3만 사용합니다. 고점도 임펠러는 전체의 9/10 이상을 덮어야 합니다.

실제 프로세스 예시

화학 산업에서 프레임 및 리본 믹서는 제품 품질이 균일한 온도와 불감대가 없는 수지 케틀, 접착제 및 페이스트를 처리합니다. 는 화학 산업 프로젝트 참고 자료 이 사이트에서는 동일한 프레임 형상이 다양한 반응기 크기 및 씰 요구 사항에 어떻게 적응하는지 보여줍니다. 리튬 배터리 생산에서 양극 및 음극 슬러리는 일반적으로 비뉴턴성입니다. 즉, 점도가 전단 속도에 따라 변합니다. 는 리튬 배터리 산업 프로젝트 참고 자료 CFD 분석과 재료 선택이 단순한 cP 등급보다 더 중요한 이유를 설명합니다. 코팅에서는 배치에 공기를 넣지 않고도 안료를 수지에 분산시킬 수 있는 고점도 혼합기에 대한 일반적인 요구가 있습니다.

전력, 토크 및 일반적인 사양 실수

토크를 먼저 생각하세요

가장 일반적인 오류는 모터 전력만으로 고점도 믹서를 지정하는 것입니다. 점성 혼합에서는 토크가 작용합니다. 고속 샤프트에 연결된 30kW 모터는 매우 적은 토크를 전달합니다. 30RPM을 생성하는 기어박스 뒤에 있는 동일한 모터는 대형 앵커를 쉽게 돌릴 수 있습니다. 항상 모터 명판이 아닌 출력축의 정격 토크를 확인하십시오. . 이러한 이유로 기어 감속 구동 트레인은 협상할 수 없으며 감속비는 최대 예상 점도와 일치해야 합니다.

비용이 많이 드는 5가지 사양 오류

1. 임펠러 크기가 너무 작음 기존 맨홀에 끼우기 위해 그런 다음 믹서는 외부 재료를 움직이지 않고 몇 시간 동안 작동합니다.
2. 벽 근처 간격 무시 . 스크레이퍼나 앵커 커버가 없으면 재킷 근처의 제품이 과열되거나 껍질이 형성됩니다.
3. 점도만 cP로 지정 항복응력과 전단박화 거동은 무시하면서. 페이스트는 정지 상태에서는 20,000cP처럼 보일 수 있지만 스크레이퍼 부하에서는 200,000cP처럼 동작합니다.
4. 메카니컬 씰을 잊어버린 경우 . 점성 제품은 샤프트를 옆으로 밀어내는 방사형 하중을 생성합니다. 표준 카트리지 씰만으로는 항상 충분하지 않습니다.
5. 테스트를 위한 규정 없음 . CFD 및 파일럿 시험은 필요한 균질성을 달성할 수 없는 전체 규모 믹서에 대한 가장 저렴한 보험입니다.

비뉴턴 거동으로 인해 계산이 변경됨

코팅, 접착제, 페이스트, 배터리 슬러리 등 대부분의 산업용 고점도 제품은 비뉴턴성입니다. 임펠러 속도가 변함에 따라 겉보기 점도가 떨어지거나 상승합니다. 이것이 바로 점도 대 전단율 곡선이 단일 cP 수치보다 더 중요한 이유입니다. 제조업체가 제품 샘플을 요청하고 유변학 테스트를 실행할 때 이는 불필요한 지연이 아니라 전문적인 관행의 표시라고 생각하십시오.

구매하기 전에 지정해야 할 사항

간략한 사양 목록

견적을 요청하기 전에 유체 구성, 작동 온도에서의 점도 범위, 밀도, 필요한 배치 크기, 탱크 크기, 사용 가능한 노즐 크기, 작동 압력 및 온도, 용기 재킷 여부, 제품이 마모성, 부식성 또는 식품 등급인지 여부에 대한 명확한 설명을 준비하십시오. 또한 믹서를 연속적으로 작동해야 하는지 간헐적으로 작동해야 하는지, CIP(Clean-In-Place)가 필요한지 여부도 명시하십시오.

서명하기 전에 CFD를 사용하세요

전산 유체 역학 분석은 고점도 믹서 설계의 표준 부분이 되었습니다. CFD 모델은 데드존을 드러내고, 서로 다른 속도에서 전력 소비를 추정하고, 둘 중 하나를 만들지 않고도 두 개의 임펠러 형상을 비교할 수 있습니다. 이 사이트의 엔지니어를 포함한 많은 장비 공급업체는 CFD 유체역학 해석 기술 디자인 서비스의 일환으로. 공급업체가 특정 제품에 대한 흐름 패턴이나 토크 예측을 표시할 수 없는 경우 이를 경고 신호로 간주하십시오.

유지 관리 액세스 계획

고점도 믹서는 무겁고 저점도 믹서보다 씰의 마모가 더 높습니다. 전체 드라이브 트레인을 들어올리지 않고도 메카니컬 씰을 정비할 수 있는지, 스크레이퍼 블레이드를 교체할 수 있는지, 기어박스에 연속 작동을 위한 적절한 오일 냉각 기능이 있는지 확인하십시오. 이러한 세부 사항에 따라 일상적인 씰 교체에 4시간이 걸릴지, 아니면 2일이 걸릴지 결정됩니다.

고점도 믹서에 대해 자주 묻는 질문