赣工机械混合技术-高速分散的实用指南

每年都有新人加入在其实验室和制造设施中使用混合机的各种企业。对于许多有经验的人员来说，看似显而易见的事情对这些新人来说可能很复杂和令人沮丧。本指南的目的是对高速分散器的“内容、方式、时间和原因”进行基本解释。本指南致力于那些将成为未来专家的新人。

什么是分散器？    

分散机是一种混合器，用于快速分解粉末状材料块，在液体中均匀分布和润湿它们。它也用于溶解液体中的可溶性固体。

它是如何工作的？

分散器的工作原理是能量转移。盘式刀片安装在搅拌轴的底端，并以相对较高的尖端速度旋转。（吸头速度是旋转盘外端或边缘处的速度。分散器的典型吸头速度以英尺/分钟为单位，其计算方法是将圆盘直径的常数（以英尺为单位）乘以搅拌轴的每分钟转数。尖端速度的行业术语是圆周速度。固体和液体通过其产生的吸力被吸入旋转盘中。这种吸力通常会导致从混合物顶部到圆盘顶部的可见漩涡。在圆盘下方产生类似的漩涡，从油箱底部延伸到圆盘的底部。漩涡实际上是两个单独的漩涡，尽管常见的行业实践仅指可见的上部漩涡，称为漩涡。

当固体/液体混合物进入漩涡并被吸入高速圆盘时，能量（用于驱动圆盘的马力）瞬间从圆盘传递到混合物。这种密集聚焦的能量转移在混合物逐渐接触圆盘时在混合物中产生巨大的瞬时速度变化（将混合物想象成一系列单独的水平层，从顶部向下下降，从底部向上下降到旋转盘的表面。当每一层接触圆盘时，它从缓慢移动的涡旋瞬间加速到圆盘的极高速，并向外从圆盘向外投射并朝向罐壁。混合物中层层的快速撕裂是剪切力，通常称为剪切力。   

分散器和搅拌器有什么区别？

分散器和搅拌器都会混合。混合器有时与泵进行比较。泵的性能通常以每分钟加仑排放能力所需的马力来衡量。分散器是一种高功率、低容量的泵。考虑到其每加仑的马力要求要高得多，分散机是一种低效的混合器。搅拌器是一种低功率、高容量的泵，是一种高效的混合器。典型的分散应用（例如分散颜料以制造油漆）每10加仑需要约1 HP，而搅拌器应用（例如用溶剂稀释颜料分散）每100加仑需要约1 HP。虽然搅拌器是效率更高的泵，但它不能产生足够的剪切力来将大多数固体分散到液体中。

当需要一些剪切时，有时使用中等剪切分散器，其工作速度约为高剪切分散机正常叶片速度的1/2，以代替搅拌器。通常，椎间盘具有更大的齿以促进更好的泵送，并且需要大约1/3的马力高剪切分散器，但仍然是搅拌器的3倍

我什么时候需要使用分散器而不是搅拌器？

分散器将产生快速去除液体中粉末块状所需的剪切力。这种去结块过程称为分散。搅拌器是一种高效的混合器，但无论混合多长时间，它通常都不能产生足够的剪切力来分散粉末。这是因为将团聚体（块状物）保持在一起的力比试图将它们分开的混合器的力更强。混合器可以出色地将分散（剪切）混合物保持在悬浮液中，但通常不能分散（剪切）混合物。

分散机的局限性是什么？

分散器的局限性取决于产品流变学。 这意味着与分散产品的流动特性有很大关系。如果它太厚，它不会从罐壁自由进出刀片，因此罐中未分散材料的死区。如果它太薄，当产品层连续接触旋转盘时，可能没有足够的体在产品层之间产生撕裂。粘性或“粘性”产品也可能阻碍刀片在罐内产生适当流动的能力。适当的流动应类似于甜甜圈，刀片充当孔。产品应围绕罐壁以圆周模式流动，同时向内滚动以接触刀片。这种类型的流动有时被称为甜甜圈卷。如果未分散的颗粒粘附在罐壁上，或者流量不足以将整个分散体滚入刀片中，则无法实现彻底的分散。

添加补充搅拌以帮助给分散器叶片进料可以延长分散器的工作范围。这种类型的机器通常被称为双轴或三轴混合器，它既有一个轴，其缓慢移动的清扫器叶片靠近或刮擦罐壁以促进质量流动，以及一个或多个带有分散器叶片的附加混合轴以产生高剪切力。

有哪些不同类型的分散器可供选择，哪种类型最适合我？

分散器有单速、双速和变速混合轴。有些直接安装在油箱顶部，并固定在刀片仅在原始安装位置操作。其他安装在罐中的分散器可以在不离开罐的情况下将叶片升高和降低几英尺（以更好地控制涡流）。另一种设计，也许是最受欢迎的，将分散器放在液压升降机的顶部，类似于加油站用来提升汽车的升降机，安装在地板上。升降机使操作员能够将刀片完全抬出混合容器并换到另一个容器。这种技术使用小型便携式罐（高达500加仑），可以在车轮上滚动或用叉车拾取。较大的固定罐通常以从提升机中心到搅拌轴中心的旋转弧内为中心。然后将一端包含混合轴和另一端包含电机的桥从一个罐旋转到下一个罐。选择可用设计的最佳配置是功能需求和经济理由的结合。熟悉分散机的经验丰富的工艺工程师或顾问是一项不错的投资。

如何选择合适尺寸的分散机？

分散器的大小通常以马力来考虑。然而，有些分散器在尺寸上非常大，但使用的马力相对较小。这些是规则的例外。

分散器的马力与叶片直径以及叶片在给定速度和阻力下将产生的预期载荷有关。阻力是分散体流变性以及粘度和密度的函数。然而，随着叶片直径的增加，马力不成比例地增加。例如：如果一个直径为12英寸的叶片在非牛顿系统中消耗20 HP（粘度随剪切力而变化），则叶片直径加倍可以将马力需求增加5倍。这意味着相同设计的24英寸直径刀片，在同一产品中工作，将需要100马力。较大的叶片也会泵送得更多，因此它适合在更大（可能是体积的5倍）罐中工作，并在同一时间段内生产更多的成品。

马力要求与叶片直径、罐体直径、批量大小、流变性、粘度和密度相互关联。推荐操作参数以外的变化通常会导致性能下降，例如颗粒分离不良，分散时间延长以及成品质量下降。

如何为我的分散器选择合适尺寸的储罐？

大多数分散器的理想罐体略高于宽。碟形或碗形底部有助于防止固体积聚在与平底相关的尖角。同样重要的是，碟形底部排水到中心，在那里可以安装排放阀。齐平底部球阀焊接在碟形底部的中心，进一步增强了排放和清洁的便利性。最佳储罐几何形状是需要考虑的几个方面的一个组成部分，本文将进一步列出。

如何为分散机选择合适尺寸的刀片？

叶片的尺寸取决于产品的流动特性和所需的分散程度。产品越厚，与罐体直径相比，刀片直径必须越大。相反，产品越薄，与罐体直径相比，刀片直径必须越小。这种比较称为叶片与油箱的比率。厚产品（如可流动的稠糊剂）可能需要 .5：1 的比例。油漆等中等产品需要.33：1的比例，而污渍等薄产品可以达到.125：1的比例。

例如：如果刀片与油箱的比率为 .33：1，而油箱直径为 6 英尺，则刀片直径为 2 英尺。

我如何知道何时需要更换刀片？

一旦批量配方经过工艺优化，达到最大分散度所需的典型时间应在添加最后一种成分后20至30分钟之间。较长的时间通常不会产生更好的分散，并且在某些情况下，由于高剪切分散器叶片产生的较高批次温度，因此可能是有害的。随着刀片开始磨损，需要越来越长的批次时间才能达到优化的分散标准。锯齿式分散器刀片一旦刀尖磨损到其原始高度的一半，应更换。

哪种类型的刀片最适合我的分散机？

高剪切分散机刀片有多种样式和尺寸可供选择。它们一般可分为两类，开口锯齿型和环型。这两个类别在适当的操作条件下使用时都能很好地工作。

开放式锯齿刀片是最受欢迎的，因为它成本低，易于清洁，并且具有一般的实用性。它提供多种齿形设计。随着齿的尺寸增加和形状的增强，叶片的泵送能力增加。然而，随着泵送（湍流）的增加，剪切力会降低。与低剪切桨叶搅拌器相比，高泵送锯片仍然会产生显着的剪切力。在确定成品中要实现的目标时，这一方面是一个重要的考虑因素。

环形刀片是优化分散机性能的强大工具。它比锯片购买更昂贵，消耗更多的马力。它通常以更高的尖端速度（5700 + fpm）运行，并且性能更像转子定子。环叶片的大部分工作不是仅仅取决于圆盘的面和锯齿的剪切和流动配置，而是通过液压方式完成，因为离心力迫使产品在轮廓环之间产生速度差和高压区，然后瞬间排放到环外的低压区域， 创造薄膜分裂文丘里效应。额外的热量是作为较高剪切力的副产品而产生的。然而，在某些情况下，这种较高的剪切水平可以消除或大大减少以前可能需要的任何后续铣削。

还有哪些因素会影响分散机的性能？

分散剂配方是达到最佳分散性的重要组成部分。

优化配方有时可能与如何以及何时添加成分有关，因为基本的配方变化可能是不可接受的。在大多数情况下，将约1/2的粉末快速加入液体载体中是可以接受的，尽管仔细观察每个初始配方是谨慎的，以确保粉末不会漂浮在批次顶部超过几秒钟。添加干粉的速度太快会“阻塞”叶片，并可能导致不完全、不稳定的分散。最后1/2的粉末应逐渐更慢地添加，直到最终百分比完成配方。刀片速度应从粉末开始时的最终尖端速度的最小1/2到最终尖端速度的最大水平，因为批次变稠和流动减慢。该过程有助于防止飞溅和过度涡旋，这些飞溅和过度涡旋对分散效率低下，并且可能导致分散体中的空气滞留过多。假设遵循了罐体尺寸，马力，叶片尺寸等规则，大多数分散体在最后一次粉末正确添加后20至30分钟内完成。在该时间之后继续分散过程通常是无效的，如果温度继续升高，实际上会对某些成分造成伤害。

通常，当流动模式为甜甜圈形状并且叶片尖端在中等粘度（1500至5000厘泊）中以约5000英尺/分钟的速度行进时，分散器的性能最佳。较低的吸头速度在较高粘度下可能是可以接受的，而在较低粘度下较高的吸头速度可能是可以接受的，以达到相同的剪切速率和应力。换句话说，剪切力是叶片尖端速度和产品流变学的函数。

如何操作分散机以获得最佳性能？

以下是上述段落中概述的详细方面的摘要。最佳性能需要以下标准：

1. 从干净的水箱开始

2. 正确的铲刀与油箱比率

3. 正确的配方

4. 状况良好的合适刀片

5. 最高合适的刀片尖端速度

6. 正确的储罐几何形状（长度与宽度的比较）

7. 足够的马力

8. 添加原材料的正确技术。

9. 正确的流变学

我必须遵循哪些安全措施，为什么？

1. 阅读制造商提供的操作和安全说明。如果它们不可用，请致电制造商并请求其他副本。

2. 确保所有操作员都接受过适当的使用培训，并深入研究了分散器所涉及的潜在危险

3. 除非所有适当的安全功能都已就位且功能正常，否则请勿操作机器。在升降叶片的提升装置上，这些功能包括但不限于：A）搅拌轴护罩;B） 带限位开关的油箱支架;C） 升降机上的限位开关，以防止机器在操作员触手可及的范围内操作刀片或轴。

分散器是一种非常快速和强大的机器。严重和致命的事故可能发生在粗心大意的瞬间。人类的反射无法与不安全地操作分散器的瞬时危险相提并论。永远不要为了方便而牺牲安全。