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球形混合机

 

球式混合机是一种用于将干燥、潮湿或湿润粉末进行均匀混合或混合的混合设备。它们也可以混合液体。通常用于批次混合工艺。球体的内部形成所谓的混合室。在混合室中，一个混合工具旋转并使混合物在三维空间中重新分层。这种流动过程在混合工具的旋转轴既不水平也不垂直时，能实现非常高的混合效率。最佳混合效果在倾斜布置时实现。球形混合机也可用作合成反应器或真空混合干燥机。在这种情况下，球体为双层结构。双层外壳中流过热载体介质。这样就实现了物质和热量的交换。

球式混合器至少配备一个旋转混合工具。这保证了整个批次完全混合。可选配额外的混合工具。通常情况下，这些是快速旋转的切碎或刀具。它们的工作直径较小，在混合过程中可实现解聚。它们会产生摩擦和撞击效应。这样就可以打破结块和团聚。

此外，它们在润湿或包覆粉末时，或者所有颗粒都需要润湿或包覆时非常有效。其功率输入大约为旋转频率的 3.5 倍。

球式混合机的制造商在市场上推出了各种结构形式。一些制造商将混合轴斜置在球体上方，另一些制造商则将其斜置在球体下方。还有些将混合轴斜置在球体下方。还有些将混合轴斜置在上方，将额外的分散工具斜置在下方。有些制造商将主混合工具和分散工具都放置在球体上方。

 

 

球式混合器中的主混合工具

球形混合机的制造商采用了不同的工具几何形状。一些制造商将主混合工具设计成空间弯曲的锚形。另一些制造商则使用螺旋形螺旋。还有一些制造商使用铲形工具。关键的是，无论位置如何，球体中旋转的混合工具与球体壁之间的距离始终相同。在混合重或粘性混合物时，也必须保证这个距离。因此，混合工具必须具有特别稳定的形状。

 

 

填充混合物

要混合的成分从上方填充到混合室。为此，至少需要一个填充口。一些球形混合器还有多个填充口。截止阀可选择旋转阀、平滑阀或球形阀。与排空阀不同，填充阀无需无死角工作。球体顶部还有一个排气口。

 

 

混合物的排空

球形混合室的底部有一个截止阀。该阀在关闭状态下应呈球形切口形状。只有这种结构才能无死角。这意味着球体中的所有体积都会被混合，包括截止阀正上方。

 

 

混合室的清洁和检查

一些球形混合器有两个半球，可以打开进行检查。其他制造商在混合室中安装了圆形或椭圆形的检查门。这些检查门也必须没有死角。OmgaSeal® 结构已经过实践检验。为了进行湿式清洁，在混合室中安装了旋转式罐体清洗喷嘴。还有一种设计，湿式清洗装置永久安装在混合器中。

 

 

问题：球形混合容器有哪些优势？

半径为 r 的球体体积可按以下公式计算：

V = 4/3 ⋅ r³ ⋅ π

 

半径为 r 的球体的表面积可按以下公式计算：

O = 4 ⋅ r² ⋅ π

 

将各种旋转对称体相互比较，球体的比表面积最小。这表明球形混合室比圆柱形或圆锥形混合室更易于清洁。另一方面，可以认为，与球形混合室相比，圆锥形混合室更易于排出粉末状混合物残留物。生产商致力于尽可能减少混合物中的污染。在此过程中，混合设备残留物的彻底清除变得越来越重要。

如果球形混合器中装满了水，并且想要根据水位计算水的体积，则可使用以下近似公式：

 

V(𝑧) = π ⋅ z2⋅ (3 ⋅ r – 𝑧) /3

 

V： 水体积

z： 水位

r：空心球内半径

由于忽略了混合工具的存在，该公式仅提供一个近似值。实际水体积略小。

 

 

混合工具的清洁和检查

动态运动的混合工具的清洁是一个特别重要的方面。球形混合器的这一部分比混合室复杂得多。因此，这里有特殊的要求。其形状必须满足混合叶片的流体动力学要求。此外，它还必须符合 EHEDG 的卫生要求。

 

 

混合工具必须具有简单的几何形状。

  • 混合工具必须有利于混合物的流动，避免压实效应。
  • 这同样适用于细分散粉末以及片状或团聚的散装物料。
  • 这同样适用于干燥、可流化的物料以及潮湿、难流动的粉末。
  • 混合工具必须具有尽可能小的表面积。
  • 其设计必须确保所有区域均易于操作且符合人体工学。

对于每种类型的混合任务，都可以找到最佳的混合器结构。为此，建议您访问 amixon®，在那里您可以尝试现有的试验混合器（圆柱形、球形、锥形、摆线形）。

  • amixon® 为您提供一流的混合、润湿、干燥和排出各种混合物料的解决方案。
  • amixon® 建议在混合试验后演示混合机的清洁过程。

 

 

根据混合物料的类型和行业，必须采用相应的清洁方案。这包括：

  1. 干式清洁
  2. 用湿布清洁
  3. 手动湿式清洁
  4. 手动湿式清洁
  5. 自动湿式清洁。

清洁类型 (2) 至 (5) 还包括重要的残留水分干燥问题。

在混合操作中，交替使用 2 到 3 种清洁方案的情况并不少见。根据污染程度和污染容忍度

 

 

湿式清洁后用温水冷却

食品行业的客户通常希望自动湿式清洗只用热水进行。他们不想用任何表面活性剂。只要提高清洗水的温度并调整喷淋压力（体积流量和压力），就可以做到这一点。清洗后，搅拌机必须尽快干燥。清洗水加热得越热，干燥得越快。

通常情况下，混合操作应随后继续进行。但只有在搅拌机冷却后才能进行。由于球形结构，冷却时间比其他搅拌机结构稍长。空心球的热量通过热辐射 Q˙ 释放。可使用斯蒂芬-玻尔兹曼定律进行大致计算。

 

Q˙ = ε ⋅ σ ⋅ A ⋅ (Ts⁴ − Tu⁴)

 

Q˙：辐射热量，单位为瓦特 [W]

ε：表面发射率（无量纲，介于 0 和 1 之间）

σ： 斯蒂芬-玻尔兹曼常数 = 5.67 × 10⁻⁸ W/(m² K⁴)

A： 球体的外表面积，单位为平方米 [m²]

Ts： 球体表面的绝对温度，单位为开尔文 [K]

Tu： 环境的绝对温度，单位为开尔文 [K]

 

 

空心球体的冷却速度估算

球体直径：1,000 mm

材料：1.4404 不锈钢（奥氏体，V4A），内外表面抛光

壁厚：15 mm

表面发射率：0.25

初始温度：70 °C

环境温度：15 °C

冷却至目标温度：25 °C。

需要考虑两种热传递机制：热辐射和空气对流。它们的总冷却能力约为 2 kW。从纯数学角度来看，冷却时间为 4 到 5 小时。由于相对温度差越来越小，冷却曲线呈渐近线。以下指数函数可以很好地描述这种情况：

 

T(t) = Tamb + (Tstart − Tamb) ⋅ e−kt

 

T：温度变化

t：时间

Tamb：环境温度

Tstart：初始温度

k：冷却系数，约为 8.59 × 10⁻⁵ 1/s

空心球中的混合工具也会被洗涤水加热。只有打开混合室，它才能快速冷却。如果空调无法快速排出空气中的水分，逸出的蒸汽会对生产环境产生负面影响。因此，有必要用干燥的新鲜空气有针对性地排出蒸汽。

 

 

球形混合器中的液体添加和分配

在实际应用中，除了混合各种粉末外，还要确保它们均匀润湿。所谓的液体添加喷嘴通向快速旋转的研磨工具的工作区域。这样可以快速获得无结块、均匀的最终产品。

amixon 就此主题发表了多篇博客文章。文章涉及液体表面张力及其在温度和剪切作用下流变特性。此外，散装物料的孔隙率也起着重要作用。固体与液体之间的相界特征及其表现形式（疏水性和亲水性）同样重要。

 

 

关于“球形混合机”名称的说明。

实际上，“带动态搅拌工具的空心球形搅拌机”比“球形搅拌机”更准确。

“球形搅拌机”一词也用于卫生领域。它是一种改良的水龙头配件。一个多孔球体与一个杠杆相连，可以混合和调节冷热水的流量。