고전단 혼합: 작동 방식, 유형 및 올바른 혼합기를 선택하는 방법

일주일 후에 분리되는 로션, 물처럼 변하는 소스, 아무리 저어도 제거할 수 없는 미세한 덩어리가 있는 색소 페이스트 등 설명하기 어려운 이유로 배치가 실패하는 것을 본 적이 있을 것입니다. 공통점은 기존 교반기가 액적 크기, 분산 또는 입자 분포를 제어할 만큼 충분한 전단력을 생성하지 못한다는 것입니다. 고전단 혼합은 로터-고정자 헤드를 사용하여 짧은 시간에 강한 기계적 힘을 적용함으로써 이러한 격차를 줄여 많은 식품, 음료, 화장품, 제약 및 화학 공정에 필요한 안정적인 유제, 현탁액 및 미세 분산액을 생성합니다.

이 가이드에서는 고전단 혼합이 무엇인지, 회전자-고정자 원리가 어떻게 작동하는지, 어떤 구성을 사용할 수 있는지, 고전단 혼합기를 구입하기 전에 확인해야 할 사항에 대해 설명합니다. 새로운 라인의 장비를 평가하거나 기존 라인의 문제를 해결하는 경우 첫 번째 결론은 간단합니다. 올바른 고전단 혼합기는 점도, 고형분 함량 및 목표 품질이 일치할 때만 반복 가능한 결과를 제공합니다.

고전단 혼합이란 무엇입니까?

고전단 혼합은 밀집된 고정자 내부에서 고속으로 회전하는 로터를 사용하여 강한 전단력을 생성하는 기계적 공정입니다. 이러한 힘은 작은 물방울이나 덩어리를 분해하고 분말을 액체로 끌어당겨 기존 교반보다 훨씬 미세한 질감의 균일한 혼합물을 생성합니다. 결과는 종종 유제(액체 내 액체), 현탁액(액체 내 고체) 또는 분산액(미세 입자가 균일하게 분포됨)으로 설명됩니다.

실용적인 측면에서 고전단 혼합은 다음과 같은 경우에 사용됩니다.

• 마이크로미터 범위의 액적 크기를 갖는 안정적인 유제
• 어안이나 덩어리가 없는 분말의 함침 및 분산
• 페인트, 잉크 및 화학 페이스트의 입자 분해 및 크기 감소
• 접착제, 크림, 약용 연고 등 걸쭉하거나 점성이 있는 제품의 신속한 제조

귀하의 응용 분야에 실제로 고전단이 필요한지 아직 확실하지 않은 경우 다음을 검토하는 것이 도움이 됩니다. 혼합탱크 설계의 기본 첫째, 용기 레이아웃이 믹서의 성능에 영향을 미칠 수 있기 때문입니다.

고전단 믹서의 작동 원리

모든 고전단 믹서는 동일한 핵심 원리를 공유합니다. 즉, 정밀 가공된 톱니가 있는 로터가 고정 고정자 내부에서 고속으로 회전합니다. 제품은 로터 안으로 빨려 들어가고 고정자 개구부를 통과하여 강렬한 기계적 및 유압적 전단을 경험하게 됩니다.

회전자-고정자 전단 영역

회전자와 고정자 사이의 간격은 모델에 따라 일반적으로 약 0.5mm에서 3mm로 작습니다. 로터가 회전함에 따라 유체는 틈새에서 가속되어 고속으로 배출됩니다. 이러한 가속은 물방울이나 입자가 얼마나 미세하게 분해되는지를 제어하는 ​​전단 속도를 생성합니다.

팁 속도 대 전단율

팁 속도는 로터 외부 가장자리의 선형 속도입니다. 이는 로터 직경을 설명하기 때문에 분당 회전수(RPM)보다 더 의미 있는 숫자입니다. 더 낮은 RPM에서 더 큰 로터는 더 높은 RPM에서 더 작은 로터와 동일한 팁 속도를 생성할 수 있습니다. 전단 속도는 팁 속도를 간격 너비로 나누어 대략적으로 계산됩니다. 이러한 이유로 간격이나 로터 설계를 조금만 변경해도 혼합 ​​결과가 크게 바뀔 수 있습니다.

이 표는 크기 순서에 대한 아이디어만 제공합니다. 실제 값은 일반 곡선이 아닌 프로세스 테스트를 통해 정의되어야 합니다.

고전단 혼합기의 유형: 탱크 내, 인라인 및 진공

모든 제품에 적합한 단일 고전단 혼합기는 없습니다. 가장 일반적인 세 ​​가지 구성은 탱크 내 배치 혼합기, 인라인 혼합기 및 진공 혼합 시스템입니다.

탱크 내 고전단 믹서

탱크 내 혼합기는 직접 또는 지지 프레임을 통해 공정 용기 상단에 장착됩니다. 원하는 결과에 도달할 때까지 로터-스테이터 헤드를 통해 탱크 내부의 액체를 재순환시킵니다. 이는 소규모에서 중간 규모의 배치 크기, 잦은 제품 변경, 혼합 시간 연장의 이점을 누리는 레시피를 위한 유연한 구성입니다.

인라인 고전단 믹서

인라인 믹서는 펌프 어라운드 또는 연속 장치처럼 작동합니다. 제품은 혼합 챔버의 한쪽으로 들어가고 단일 통과 또는 제어된 횟수의 통과 후에 다른 쪽에서 나옵니다. 인라인 구성은 연속 공정에 통합하기가 더 쉽고 체류 시간이 짧고 일정하기 때문에 더 재현 가능한 결과를 제공하는 경우가 많습니다.

진공 혼합 및 유화 탱크

진공 혼합 탱크는 고전단 혼합과 진공 후드 및 다양한 설계에서 스크레이퍼 교반기를 결합합니다. 진공은 제품에서 공기를 제거하는데, 이는 걸쭉한 크림, 연고, 배터리 슬러리 및 진공 탈기 접착제에 매우 중요합니다. 제품에 눈에 보이는 기포가 없어야 하는 경우 일반적으로 진공 유화 탱크가 더 안전한 선택입니다.

• 배치 크기가 다양하고 레시피에 유연한 혼합 시간이 필요한 경우 탱크 내 믹서를 선택하세요.
• 지속적인 생산을 위해 또는 빠른 단일 패스 결과로 충분할 경우 인라인 믹서를 선택하십시오.
• 공기 연행, 거품 또는 장기 안정성이 중요할 경우 진공 시스템을 선택하십시오.

고전단 혼합기 및 분산기, 균질화기 및 콜로이드 밀

고전단 혼합은 종종 미세 입자를 생성하는 다른 혼합기와 혼동됩니다. 각 기술마다 운영 비용과 결과가 다르기 때문에 차이점이 중요합니다.

실제로 고전단 혼합기는 일반적으로 최종 정제를 위해 균질화기나 분쇄기를 사용하는 공정의 첫 번째 단계입니다. 그러나 많은 액상 제품의 경우 잘 설계된 회전자-고정자 믹서만으로도 사양을 충족하기에 충분합니다.

생산에 고전단 혼합이 사용되는 경우

고전단 혼합은 다양한 산업 전반에 걸쳐 나타나며, 일반적으로 단순히 함께 섞는 것보다 제제를 만들기가 더 어려운 곳입니다. 아래 표에는 주요 응용 프로그램 그룹이 요약되어 있습니다.

예를 들어, 로터-고정자 유화 탱크는 오일과 수상을 안정적인 에멀젼으로 만들기 위해 화장품 및 식품 공장에서 널리 사용됩니다. 화학 공장에서는 동일한 원리로 안료 페이스트와 세척제를 준비합니다. 일반적인 요구 사항은 일반 교반기가 제공할 수 없는 제어된 전단 수준입니다.

적합한 고전단 혼합기를 선택하는 방법

견적을 요청하기 전에 프로세스를 숫자로 정의하십시오. 가장 저렴한 기계가 입자 크기나 사이클 시간 요구 사항을 충족하지 못할 때 가장 경제적이지는 않습니다.

다음 프로세스 매개변수로 시작

• 연속상 및 최종 제품의 점도
• 혼합 전후의 고형분 및 입자 크기
• 배치 크기 및 필요한 주기 시간
• 작동 온도 및 열에 대한 민감도
• 정량적 한계가 있는 표적 액적 또는 입자 크기
• 청소 방법: CIP 또는 수동 세척

위생 설계 및 규정 준수

식품, 유제품, 화장품 및 의약품의 경우 믹서는 SS316L 접촉 부품, 경면 연마로 제작되어야 하며 제품이 쌓일 수 있는 데드존이 없어야 합니다. GMP 라인에는 표면 마감 및 재료 인증서에 대한 문서도 필요합니다. 실험실에서 혼합 성능이 아무리 좋아 보이더라도 세척하기 어려운 혼합기는 결국 제품 안전을 위협하게 됩니다.

앵커 스크레이퍼 교반기가 있는 무균 진공 혼합 탱크 이 탱크는 깊은 진공 상태에서 작동하여 연고와 크림에서 기포를 제거하고 앵커 스크레이퍼는 완전한 열 전달을 보장하고 화상을 방지합니다. 사각지대가 없는 위생적인 ​​설계로 GMP 준수 및 멸균 제품의 손쉬운 세척을 지원합니다. 제품보기 →

완전한 가공 라인에 고전단 혼합 통합

고전단 혼합기는 단독으로 작동하지 않습니다. 일반적인 음료 또는 유제품 라인에서 고전단 탱크는 저장 탱크, 가열/냉각 재킷, CIP 시스템 및 저온살균기와 함께 작동합니다. 특히 라인이 자동화된 경우 믹서를 제어하고 청소하는 방법을 이해하는 것이 필수적입니다.

안료 및 화학물질 생산의 경우 배열이 더 간단합니다. 가열 또는 냉각 기능이 있는 고전단 탱크는 여러 개의 오래된 장비를 대체할 수 있습니다. 스키드 장착형 또는 탱크 기반 설계로 설치 시간이 단축되고 프로세스 검증이 더 쉬워졌습니다.

안료 및 페인트 분쇄용 산업용 고전단 혼합기 고형분 분산을 위해 설계된 이 믹서는 톱니형 분산 디스크를 사용하여 일관된 색상을 위해 안료 덩어리를 분해합니다. 내마모성 합금 및 방폭 표준 덕분에 연마 코팅 및 화학 배치에 적합하여 장비 요구 사항이 줄어듭니다. 제품보기 →

고전단 혼합은 단일 장비가 아닙니다. 이는 프로세스 결정입니다. 제품 사양부터 시작하여 필요한 액적 또는 입자 크기를 확인한 다음 배치 작업에 맞는 탱크 또는 인라인 구성을 선택하십시오. 가장 신뢰할 수 있는 결과는 모터 출력만 비교하는 것이 아니라 실제 기계 형상으로 실제 제제를 테스트하는 것에서 나옵니다.

새로운 라인을 계획하거나 기존 라인을 업그레이드하는 경우 탱크, 믹서 및 주변 제어 장치를 공급할 수 있는 장비 제조업체와 전체 프로세스를 논의하는 것이 좋습니다. 문의하기 귀하의 공정 매개변수와 함께 실제적인 고전단 솔루션을 정의하는 데 도움을 드릴 수 있습니다.