So wählen Sie einen Hochviskosmischer aus: Laufradtypen, Drehmoment und Design

Stellen Sie sich vor einen 5.000-Liter-Reaktor, der Lithiumbatterie-Anodenschlamm enthält, und das Problem wird offensichtlich: Das Laufrad dreht sich, die Oberfläche bewegt sich kaum und nur ein kleiner Bereich um die Welle herum sieht gut gemischt aus. Dies ist der Kaverneneffekt und der Grund dafür, dass gewöhnliche Rührwerke mit niedriger Viskosität versagen, sobald das Produkt einige tausend Centipoise überschreitet. Die praktische Schlussfolgerung ist einfacher als die Strömungsmechanik dahinter – a Der Hochviskosmischer wird anhand der Laufradgeometrie, des getriebereduzierten Drehmoments und des wandnahen Abstands ausgewählt, nicht allein anhand der Motorgröße .

Was das hochviskose Mischen anders macht

Laminare Strömung ändert die Regeln

Wasser hat eine Viskosität von etwa 1 cP. Honig liegt bei etwa 10.000 cP. Eine streichfähige Beschichtung kann 100.000 cP oder mehr erreichen. Sobald das Produkt etwa 5.000 cP überschreitet, verschwindet die turbulente Strömung im Wesentlichen. Die Flüssigkeit bewegt sich in glatten, parallelen Schichten und die Vermischung erfolgt durch Scherung und Massenzirkulation statt durch Wirbel. Aus diesem Grund kann ein Hochviskosmischer nicht einfach eine größere Version eines Wasserrührwerks sein – es muss von vornherein auf laminare Bedingungen ausgelegt sein .

Der Höhleneffekt und tote Zonen

In einem Tank mit dicker Flüssigkeit erzeugt ein rotierendes Laufrad eine relativ gut gemischte „Höhle“ um sich selbst, während der Rest des Produkts langsam rotiert oder nahezu stationär bleibt. Die Folge sind Totzonen an der Tankwand, unter dem Laufrad und nahe der Oberfläche. Die Standard-Gegenmaßnahme besteht darin, den Laufraddurchmesser im Verhältnis zum Tankdurchmesser (D/T-Verhältnis) zu vergrößern und Abstreifelemente hinzuzufügen, die kontinuierlich die Behälterwand abstreifen und das Produkt in die Mischzone zurückführen.

Auswahl des richtigen Laufrads für dicke Flüssigkeiten

Es gibt kein einzelnes „bestes“ Mischlaufrad mit hoher Viskosität. Die richtige Wahl hängt davon ab, wie dick das Produkt ist, ob eine Wärmeübertragung erforderlich ist, ob das Produkt an der Wand haftet und wie oft Sie die Chargen wechseln. Die folgende Tabelle fasst die in der Industrie am häufigsten verwendeten Designs zusammen.

Anker- und Rahmenrührwerke

Ankerlaufräder folgen der Innenkontur des Behälters, sodass sie das Produkt entlang der Wand in Bewegung halten und die Wärmeübertragung durch den Mantel fördern. Wenn das Produkt klebrig ist oder dazu neigt, an der Wand festzubacken, a Rahmenrührwerk mit Abstreifflügeln für hochviskose Produkte ist die zuverlässigere Option, da die Schaber kontinuierlich Material von der Oberfläche abziehen. Diese Designs eignen sich für Reaktoren, Lagertanks und Beschichtungskessel im Bereich von 10.000 bis 100.000 cP.

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Spiralförmige Bandlaufräder

Wenn die Charge dicker als etwa 50.000 cP wird, kann ein einzelner Anker oder Rahmen oft nicht genügend Umschlag von oben nach unten erzeugen. Ein spiralförmiges Band drückt die gesamte Masse entlang des Schafts nach oben und an der Wand nach unten und sorgt so für die Zirkulation, die bei Ankerkonstruktionen fehlt. Das macht das Kombi-Rührflügel mit Spiralband für Rührwerke mit hoher Viskosität eine häufige Wahl für Polymerlösungen, Dichtstoffe, Batterieschlämme und schwere Pasten bis zu 1.000.000 cP.

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Planetenmischer: Wenn die Charge weitergeht

Ab mehreren Hunderttausend Centipoise oder wenn das Produkt große Mengen an Trockenpulver enthält, sind Planetenmischer praktisch. Ihre Laufräder drehen sich um ihre eigene Achse, während sie den Tank umkreisen und das gesamte Behältervolumen ohne tote Zonen durchstreichen. Der Kompromiss liegt in der mechanischen Komplexität und den Kosten, weshalb sie nur dann ausgewählt werden sollten, wenn sich einfachere Geometrien als unzureichend erwiesen haben.

Geometrie, Montage und Anwendungspassung

Einstieg von oben vs. Einstieg von unten vs. Einstieg von der Seite

Die Montagekonfiguration wird oft vom Tank selbst bestimmt. Am häufigsten werden Mischer von oben in Reaktoren und Druckbehältern eingesetzt, da die Welle direkt durch das Mannloch oder eine spezielle Düse verläuft. Wenn das Produkt extrem viskos ist, a Hochviskoser Rahmen-Top-Entry-Mischer Hält den Antrieb über der Flüssigkeit und ermöglicht die Größe des Laufraddurchmessers nahe an der Behälterwand. Mischer mit Boden- und Seiteneintritt sind kompakter, stellen jedoch Probleme bei der Abdichtung und Wartung dar, insbesondere bei abrasiven Schlämmen oder Produkten, die sich absetzen.

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Das Verhältnis zwischen Laufraddurchmesser und Tankdurchmesser ist der sichtbarste konstruktive Unterschied zwischen niedrigviskosen und hochviskosen Anlagen. Ein Standard-Turbinenlaufrad beansprucht nur etwa ein Drittel des Tankdurchmessers; ein hochviskoses Laufrad sollte mehr als neun Zehntel davon abdecken.

Beispiele aus realen Prozessen

In der chemischen Industrie verarbeiten Rahmen- und Bandmischer Harzkessel, Klebstoffe und Pasten, bei denen die Produktqualität von einer gleichmäßigen Temperatur und dem Fehlen toter Zonen abhängt. Die Referenzen zu Projekten in der chemischen Industrie auf dieser Seite zeigen, wie sich die gleiche Rahmengeometrie an unterschiedliche Reaktorgrößen und Dichtungsanforderungen anpasst. Bei der Herstellung von Lithiumbatterien sind die Anoden- und Kathodenschlämme typischerweise nicht-newtonsch, was bedeutet, dass sich ihre Viskosität mit der Schergeschwindigkeit ändert; die Projektreferenzen für die Lithiumbatterieindustrie veranschaulichen, warum CFD-Analyse und Materialauswahl wichtiger sind als eine einfache cP-Bewertung. Bei Beschichtungen besteht die allgemeine Nachfrage nach einem hochviskosen Mischer, der Pigmente in einem Harz dispergieren kann, ohne die Charge zu belüften.

Leistung, Drehmoment und häufige Spezifikationsfehler

Denken Sie zuerst an das Drehmoment

Der häufigste Fehler besteht darin, einen Mischer mit hoher Viskosität allein anhand der Motorleistung zu spezifizieren. Beim viskosen Mischen ist es das Drehmoment, das die Arbeit verrichtet. Ein 30-kW-Motor, der mit einer Hochgeschwindigkeitswelle verbunden ist, liefert ein sehr geringes Drehmoment. Derselbe Motor hinter einem Getriebe mit 30 U/min kann problemlos einen großen Anker drehen. Überprüfen Sie immer das Nenndrehmoment an der Abtriebswelle, nicht das Typenschild des Motors . Getriebeuntersetzte Antriebsstränge sind aus diesem Grund nicht verhandelbar und das Untersetzungsverhältnis muss auf die maximal zu erwartende Viskosität abgestimmt sein.

Fünf Spezifikationsfehler, die Geld kosten

1. Das Laufrad ist zu klein dimensioniert um durch einen vorhandenen Schacht zu passen. Der Mischer läuft dann stundenlang, ohne das Außenmaterial zu bewegen.
2. Abstand in der Nähe der Wand wird ignoriert . Ohne Schaber- oder Ankerabdeckung überhitzt das Produkt in der Nähe des Mantels oder bildet eine Kruste.
3. Angabe der Viskosität nur in cP Dabei werden Fließspannung und Scherverdünnungsverhalten außer Acht gelassen. Eine Paste kann im Ruhezustand wie 20.000 cP aussehen, sich unter einer Schaberlast jedoch wie 200.000 cP verhalten.
4. Die Gleitringdichtung vergessen . Viskose Produkte erzeugen radiale Belastungen, die die Welle zur Seite drücken; Standard-Patronendichtungen reichen nicht immer aus.
5. Keine Möglichkeit zum Testen . CFD- und Pilotversuche sind die günstigste Versicherung gegen einen vollwertigen Mischer, der nicht die erforderliche Homogenität erreichen kann.

Nicht-Newtonsches Verhalten verändert die Berechnung

Die meisten hochviskosen Industrieprodukte – Beschichtungen, Klebstoffe, Pasten, Batterieschlämme – sind nicht-Newtonsche Produkte. Ihre scheinbare Viskosität nimmt mit der Änderung der Laufradgeschwindigkeit ab oder zu. Aus diesem Grund ist eine Kurve der Viskosität gegenüber der Schergeschwindigkeit wertvoller als eine einzelne cP-Zahl. Wenn der Hersteller eine Produktprobe anfordert und einen Rheologietest durchführt, betrachten Sie dies als Zeichen professioneller Praxis und nicht als unnötige Verzögerung.

Was Sie vor dem Kauf angeben sollten

Die kurze Spezifikationsliste

Bevor Sie ein Angebot anfordern, erstellen Sie eine klare Erklärung zu Folgendem: Flüssigkeitszusammensetzung, Viskositätsbereich bei Betriebstemperatur, Dichte, erforderliche Chargengröße, Tankabmessungen, verfügbare Düsengröße, Betriebsdruck und -temperatur, ob der Behälter ummantelt ist und ob das Produkt abrasiv, korrosiv oder lebensmittelecht ist. Geben Sie außerdem an, ob der Mischer kontinuierlich oder intermittierend laufen muss und ob CIP (Clean-in-Place) erforderlich ist.

Nutzen Sie CFD, bevor Sie unterschreiben

Die rechnergestützte Fluiddynamikanalyse ist zu einem Standardbestandteil der Konstruktion von Hochviskosmischern geworden. Ein CFD-Modell kann Totzonen aufdecken, die Leistungsaufnahme bei unterschiedlichen Geschwindigkeiten abschätzen und zwei Laufradgeometrien vergleichen, ohne eine davon zu erstellen. Viele Ausrüstungslieferanten, einschließlich der Ingenieure hinter dieser Website, veröffentlichen ihre CFD-Technologie zur Analyse der Fluiddynamik im Rahmen der Designdienstleistung. Wenn ein Lieferant für Ihr spezifisches Produkt keine Durchflussmuster oder Drehmomentvorhersagen zeigen kann, betrachten Sie dies als Warnzeichen.

Planen Sie den Wartungszugang

Hochviskose Mischer sind schwer und ihre Dichtungen unterliegen einem höheren Verschleiß als ihre Gegenstücke mit niedriger Viskosität. Stellen Sie sicher, dass die Gleitringdichtung ohne Anheben des gesamten Antriebsstrangs gewartet werden kann, dass die Abstreiferblätter austauschbar sind und dass das Getriebe über eine ausreichende Ölkühlung für den Dauerbetrieb verfügt. Diese Angaben bestimmen, ob ein routinemäßiger Dichtungswechsel vier Stunden oder zwei Tage dauert.

Häufig gestellte Fragen zu Hochviskosmischern