Оборудование для диспергирования в лаборатории: выбор в зависимости от объема образца.

Почему объем производства важнее мощности двигателя, а мощность двигателя — в последнюю очередь.

Мощность двигателя описывает привод. Она показывает, сколько работы машина может выполнить за час, а не насколько хорошо она распределяет нагрузку. Две машины мощностью 1,1 кВт могут вести себя совершенно по-разному в одном и том же стакане, если одна использует диск диаметром 100 мм, а другая — 150 мм, поскольку сдвиговое усилие возникает на ободе диска, а не на валу.

Объем играет первостепенную роль, поскольку он определяет геометрию, которая физически подходит. Диск диаметром 150 мм нельзя погрузить в стакан объемом 250 мл: стенка сосуда слишком близко к краю, вихрь поднимается по стенке, и смесь выбрасывается, а не циркулирует. Практическое правило, используемое в цеху, заключается в том, что диаметр диска должен составлять примерно одну треть диаметра сосуда, поэтому небольшой образец вызывает небольшой напор, а небольшой напор ограничивает достижимое сдвиговое усилие.

Та же логика применима и на другом конце. В партии объемом 60 л диск диаметром 100 мм слишком мал, чтобы перевернуть весь объем, поэтому верхний слой остается неподвижным, а нижний перегибается. Ни один из этих случаев не отражен в спецификации, и оба приводят к потере недели испытаний.

Три настольных тренажера и назначение каждого из них.

Практически все виды работ на верстаке охватывают три семейства станков, и они не взаимозаменяемы. Их отличает механизм, передающий энергию изготавливаемому изделию.

Роторно-статорный гомогенизатор: размер капель и растворение

Ротор вращается внутри неподвижного статорного экрана с небольшим зазором, втягивая продукт в осевом направлении и выбрасывая его через щели. Сдвиговое усилие в зазоре плюс многократные проходы через экран уменьшают размер капель и разрушают твердые скопления. Это подходящий инструмент для эмульсий, для смачивания порошков в связующем веществе и для растворения полимерных гранул. В линейке POLYC серия PSL/PSF охватывает объемы от 10 мл до 10 л со сменными статорами от 10 до 70 мм.

Дисковый диспергатор Коулза: увлажнение при пилотном объеме.

Диск с пилообразными зубьями вращается достаточно быстро, чтобы создавать вихрь, который переносит порошок с поверхности в зону сдвига у зубьев. Он не уменьшает размер частиц; он разделяет агломераты на первичные частицы и смачивает их. Это основной инструмент при разработке рецептур красок и чернил, а серия BPF-H охватывает диапазон объемов от 5 до 80 л с дисками диаметром от 100 до 150 мм на уравновешенной колонне.

Корзинчатая мельница: фактическое уменьшение размера частиц.

Корзина содержит за удерживающей сеткой заряд мелких шариков, а крыльчатка внутри корзины циркулирует смесь через слой фильтрующего материала. Поскольку одна и та же жидкость многократно проходит через слой, время помола становится определяющим фактором, и даже при объеме менее литра можно добиться нужной тонкости помола. Модель PZM-L подходит для объемов от 0,5 до 2,5 л и содержит циркониевый фильтрующий материал размером от 1,6 до 2,2 мм.

Лаборатория, которая покупает только одну машину, обычно приобретает диспергатор, поскольку он наименее дорогой и наиболее неприхотливый. Лаборатория, которая сравнивает рецептуры, обычно в итоге приобретает диспергатор и мельницу, поскольку сравнение двух пигментных паст только по качеству дисперсии не позволяет определить, какая из них будет соответствовать требованиям к тонкости помола.

Скорость вращения наконечника — это число, которое передается между машинами.

Сами по себе обороты в минуту ничего не значат, потому что одинаковые обороты в минуту при разном диаметре дают разную скорость вращения обода. Число, которое используется на разных станках и весах, — это скорость вращения наконечника, рассчитываемая исходя из диаметра и скорости:

v = π × D × n / 60где D — диаметр диска или статора в метрах, а n — скорость вращения вала в об/мин, что дает v в метрах в секунду.

Применительно к опубликованным скоростям и диаметрам трех вышеупомянутых семейств, различия оказываются больше, чем предполагают номинальные характеристики двигателей. Эти цифры рассчитаны на основе скорости и диаметра, указанных в каталоге, а не измерены:

Расчет производится на основе диаметров и диапазонов скоростей, указанных в каталоге. Фактическая рабочая скорость вращения наконечника определяется типом изделия и емкостью, а не максимальной скоростью, которую может развить привод.

Последствия для протокола испытаний просты. Запись «работало при 1800 об/мин» не является спецификацией, поскольку в ней не указано, какой станок или какой диск использовался. Запись скорости вращения наконечника или частоты вращения вместе с диаметром диска — это то, на что может опираться инженер-технолог.

Согласование регулятора громкости с устройством

В таблице ниже представлено решение, с которым сталкивается большинство лабораторий: какой прибор будет обрабатывать объемы, поступающие на стенд. В случаях, когда два прибора работают на одном и том же оборудовании, решающим фактором является необходимый объем, а не сам объем.

Объемы и диаметры взяты из опубликованных технических характеристик на страницах PSL/PSF, PZM-L и BPF-H.

Где перестаёт работать настольный тренажер

У любой геометрии есть предел, и эти пределы не одинаковы. Знание их заранее — это то, что предотвращает покупку второй машины через три месяца после начала проекта.

• Порог вязкостиЛабораторная корзиночная мельница рассчитана примерно на 5000 сП. Как только циркуляция через слой мелющих тел прекращается, измельчение фактически прекращается, даже несмотря на то, что вал продолжает вращаться.
• Коллапс вихряДиск Коулза должен вращаться достаточно быстро, чтобы стягивать порошок с поверхности. В густой пасте вихрь не образуется, а увеличение скорости приводит только к увеличению тепла и притоку воздуха.
• Длина вала на напольном тренажереНастольный диспергатор имеет короткий и жесткий вал. Масштабирование той же конструкции до емкости объемом 600 л означает более длинный вал, большее биение и собственную частоту колебаний, которую привод должен избегать — именно поэтому в больших машинах используются другие конструкции рамы, а не более длинные колонны.
• удержание медиаконтентаБолее мелкие гранулы обеспечивают более мелкий помол, но сито должно их удерживать. Размер гранул и размер сита — это одно решение, а не два.

При превышении этих пределов правильным ответом будет другое семейство машин, а не увеличенная версия того же самого: планетарный или двухвальный смеситель для высоковязких продуктов и горизонтальная или вертикальная шаровая мельница для непрерывного тонкого измельчения в промышленных объемах.

Вопрос о бусинах: когда диспергатора недостаточно.

Различие между дисперсией и измельчением, которое чаще всего определяет бюджет на оборудование, обычно размывается как поставщиками, так и покупателями.

Диспергатор разделяет агломераты на уже содержащиеся в них первичные частицы. Если пигмент поступает в виде кластеров размером 20 мкм с кристаллами размером 0,2 мкм, диспергатор может освободить кристаллы и стабилизировать их, и полученная тонкость соответствует тонкости исходного сырья. Мешалка идет дальше: она измельчает сами первичные частицы, что является единственным способом достижения целевого показателя, которого нет в исходном сырье.

На практике эти два этапа выполняются последовательно. Предварительное диспергирование заключается в помещении порошка в носитель и удалении воздуха; затем измельчение уменьшает размер частиц. Энергия, затраченная на первый этап, не расходуется впустую, поскольку плохо увлажненный порошок не может быть эффективно измельчен — контактирующие с носителем частицы скользят мимо агломератов, все еще покрытых воздухом, вместо того чтобы разрушить их.

На настольной мельнице размер гранул является основным фактором, влияющим на результат, а размер удерживающего сита — ограничивающим фактором. Загрузка гранул размером 1,6–1,8 мм в меньшей модели обеспечивает больше точек контакта и более тонкое распределение; гранулы размером 1,8–2,2 мм в большей модели несут больше энергии на контакт и подходят для более крупной подачи. Ни один из этих вариантов не заменяет достаточно длительную обработку партии, и время — это переменная, которую необходимо учитывать для воспроизведения результата.

Четыре предположения, из-за которых потребовалась неделя испытаний.

• Более высокие обороты в минуту означают лучшее рассеивание.При скорости, превышающей ту, которая формирует полноценный вихрь, избыточная энергия в основном превращается в тепло, подсос воздуха и износ. Полезным показателем является скорость на конце обода.
• То, что на вид гладкая партия на самом деле является рассеянной, означает, что партия имеет неоднородную структуру.Партия может выглядеть однородной, но при этом содержать агломераты, которые позже проявятся в виде показаний помола, разницы в блеске или засорения фильтра. Проверка проводится для определения тонкости помола, а не визуально.
• То, что результат стендовых испытаний передается при тех же оборотах в минуту.Более крупный диск при той же частоте вращения вращается с большей скоростью, а та же мощность, распределенная на больший объем, приводит к меньшему потреблению энергии на литр. Если учитывать скорость вращения и соотношение диска к резервуару, то следует ожидать изменения времени обработки партии.
• Подойдет любой размер бусинок, если их растянуть достаточно долго.Сетка для удержания частиц устанавливает минимальный размер гранул, и слишком мелкий материал для крупнозернистой подачи вообще не сможет его измельчить. Размер гранул зависит от размера мишени и сетки, а не наоборот.

Запись трех чисел для каждого испытания — объема, скорости вращения наконечника и времени — ничего не стоит и устраняет большую часть неопределенности, когда результат необходимо повторить или перенести.

Где изготавливаются настольные тренажеры.

Лабораторная серия производится на том же заводе, что и серийное оборудование, масштаб которого она соответствует, поэтому диаметры, скорости и размеры сред на лабораторном стенде соответствуют реальным показателям серийного оборудования, а не отдельной конструкции малогабаритного станка.

Часто задаваемые вопросы