Dobór mieszadła przemysłowego powinien rozpocząć się od analizy produktu oraz procesu, a nie od wyboru mocy silnika czy prędkości obrotowej. Innego rozwiązania wymaga ciecz o niskiej lepkości, innego gęsta masa, pasta czy krem, a jeszcze innego zawiesina zawierająca cząstki stałe.
Znaczenie ma również cel procesu. Mieszadło może odpowiadać za homogenizację, rozpuszczanie składników, tworzenie emulsji, utrzymywanie cząstek w zawiesinie, wyrównywanie temperatury lub delikatne przemieszczanie produktu.
Dlatego nie istnieje jedno uniwersalne mieszadło przemysłowe odpowiednie do każdego zastosowania. Konstrukcja urządzenia powinna być dopasowana do właściwości medium, geometrii zbiornika oraz oczekiwanego efektu technologicznego.
Od czego zacząć dobór mieszadła przemysłowego?
Pierwszym krokiem jest określenie właściwości produktu, który będzie mieszany.
Najważniejsze parametry to:
- lepkość,
- gęstość,
- temperatura pracy,
- obecność cząstek stałych,
- podatność produktu na ścinanie,
- skłonność do pienienia,
- agresywność chemiczna,
- zmiana właściwości produktu podczas procesu.
Równie ważne jest ustalenie, jaki efekt ma zapewnić mieszadło.
Może to być:
- ujednolicenie produktu,
- rozpuszczenie składników,
- przygotowanie emulsji,
- dyspersja,
- utrzymywanie cząstek stałych w zawiesinie,
- przeciwdziałanie sedymentacji,
- wyrównanie temperatury,
- wspomaganie ogrzewania lub chłodzenia.
Dwa produkty o podobnej lepkości mogą wymagać zupełnie innych rozwiązań, jeśli cel technologiczny procesu jest inny.
Lepkość produktu a wybór mieszadła
Lepkość jest jednym z najważniejszych parametrów wpływających na dobór mieszadła.
Im bardziej lepki jest produkt, tym większy opór stawia podczas przepływu. W przypadku bardzo gęstych mediów niewielkie mieszadło może intensywnie oddziaływać jedynie na produkt znajdujący się bezpośrednio wokół wirnika, pozostawiając słabiej wymieszane obszary w pozostałej części zbiornika.
Lepkość wpływa między innymi na:
- rodzaj mieszadła,
- jego średnicę,
- geometrię elementu roboczego,
- prędkość obrotową,
- moment obrotowy,
- wymaganą moc napędu.
Mieszadła do produktów o niskiej lepkości
W przypadku cieczy o niewielkiej lepkości często stosuje się mieszadła śmigłowe.
Generują one intensywny przepływ osiowy i mogą być wykorzystywane między innymi do:
- mieszania cieczy,
- rozpuszczania składników,
- wyrównywania temperatury,
- ujednolicania składu mieszaniny.
Ich zadaniem jest przede wszystkim wprawienie dużej ilości medium w skuteczną cyrkulację.
Mieszadła do produktów o wysokiej lepkości
W przypadku kremów, past, żeli czy gęstych mas większe znaczenie ma możliwość przemieszczania produktu w dużej części zbiornika.
W takich procesach często wykorzystuje się mieszadła kotwiczne lub ramowe.
Ich element roboczy ma większą średnicę i może pracować blisko ścian zbiornika. Jest to szczególnie istotne również w procesach ogrzewania lub chłodzenia produktu.
Rodzaje mieszadeł przemysłowych
Dobór rodzaju mieszadła powinien wynikać z charakterystyki medium i wymaganego efektu technologicznego.
Mieszadło śmigłowe
Mieszadła śmigłowe stosowane są przede wszystkim do cieczy o niższej lepkości. Zapewniają intensywny przepływ medium i sprawdzają się w procesach wymagających szybkiej cyrkulacji.
Mogą być wykorzystywane między innymi do homogenizacji cieczy, rozpuszczania składników i wyrównywania temperatury.
Mieszadło turbinowe
Mieszadła turbinowe stosuje się tam, gdzie potrzebne jest bardziej intensywne oddziaływanie na produkt.
Mogą być wykorzystywane do:
- homogenizacji,
- dyspersji,
- tworzenia emulsji,
- napowietrzania,
- rozbijania skupisk składników.
Ich zastosowanie zależy jednak od konkretnej receptury i wymaganych sił ścinających.
Mieszadło kotwiczne
Mieszadło kotwiczne znajduje zastosowanie głównie przy produktach o dużej lepkości.
Duży element roboczy porusza się blisko ścian zbiornika i umożliwia przemieszczanie gęstego produktu w znacznej części jego objętości.
Rozwiązanie takie może być szczególnie przydatne przy produkcji:
- kremów,
- żeli,
- past,
- gęstych mas,
- lepkich produktów spożywczych lub kosmetycznych.
Mieszadło ramowe
Mieszadła ramowe stosowane są często w procesach wolnoobrotowych.
Sprawdzają się przy gęstych produktach oraz tam, gdzie wymagane jest łagodne mieszanie bez generowania nadmiernych sił ścinających.
Mieszadło wolnoobrotowe czy szybkoobrotowe?
Większa prędkość nie zawsze oznacza lepszy efekt mieszania.
Mieszadła szybkoobrotowe są wykorzystywane przede wszystkim tam, gdzie wymagane jest intensywne mieszanie, dyspersja, rozpuszczanie składników lub homogenizacja.
Mieszadła wolnoobrotowe sprawdzają się natomiast przy gęstych i lepkich produktach oraz w procesach wymagających przemieszczania dużej objętości medium bez nadmiernego ścinania.
W bardziej złożonych instalacjach można również zastosować dwa różne mieszadła w jednym zbiorniku – na przykład wolnoobrotowe odpowiedzialne za cyrkulację całego produktu oraz szybkoobrotowe do intensywnej homogenizacji.
Takie rozwiązanie powinno jednak wynikać z rzeczywistych potrzeb procesu technologicznego.
Geometria zbiornika ma wpływ na dobór mieszadła
Mieszadło oraz zbiornik powinny być traktowane jako jeden układ technologiczny.
Przy projektowaniu należy uwzględnić między innymi:
- średnicę zbiornika,
- jego wysokość,
- pojemność roboczą,
- kształt dna,
- minimalny i maksymalny poziom produktu,
- rozmieszczenie króćców,
- obecność płaszcza grzewczego lub chłodzącego,
- elementy znajdujące się wewnątrz zbiornika.
Znaczenie ma również położenie mieszadła oraz stosunek średnicy elementu roboczego do wymiarów zbiornika.
Zbyt małe lub niewłaściwie umieszczone mieszadło może powodować powstawanie martwych stref, czyli obszarów, w których produkt nie jest wystarczająco intensywnie przemieszczany.
Może to prowadzić do różnic w składzie, osadzania się cząstek oraz problemów z uzyskaniem powtarzalnej jakości produktu.
Mieszadło a ogrzewanie i chłodzenie produktu
W wielu procesach mieszanie odbywa się jednocześnie z ogrzewaniem lub chłodzeniem produktu.
Mieszadło powinno wtedy zapewniać odpowiednią cyrkulację pomiędzy medium znajdującym się przy ścianach zbiornika a jego centralną częścią.
Ma to szczególne znaczenie przy produktach o wysokiej lepkości, które samoczynnie przemieszczają się znacznie wolniej.
W takich zastosowaniach odpowiednia geometria mieszadła może znacząco wpłynąć na równomierność temperatury oraz czas trwania procesu.
Jak dobrać moc mieszadła przemysłowego?
Moc silnika powinna wynikać z parametrów całego układu.
Pod uwagę bierze się przede wszystkim:
- lepkość i gęstość produktu,
- średnicę mieszadła,
- rodzaj elementu roboczego,
- prędkość obrotową,
- ilość produktu,
- geometrię zbiornika.
Przewymiarowanie silnika może zwiększać koszty zakupu i eksploatacji, natomiast zbyt mały napęd może nie zapewnić wymaganej wydajności procesu.
Dlatego moc nie powinna być dobierana w oderwaniu od konstrukcji mieszadła i charakterystyki medium.
Kiedy warto zastosować regulację obrotów?
Parametry produktu mogą zmieniać się podczas kolejnych etapów procesu.
Przykładowo po dodaniu kolejnego składnika wzrasta lepkość mieszaniny, a podczas ogrzewania może ona ponownie się zmniejszyć.
Zastosowanie regulacji prędkości obrotowej pozwala dopasować pracę urządzenia do aktualnych warunków.
Może to również ograniczyć zużycie energii, ponieważ mieszadło nie musi pracować przez cały czas z maksymalną prędkością.
Dlaczego mieszadła wykonuje się ze stali nierdzewnej?
W wielu zastosowaniach przemysłowych stosuje się mieszadła ze stali nierdzewnej ze względu na ich odporność, trwałość i możliwość utrzymania wysokiego poziomu higieny.
Jest to szczególnie istotne w branżach:
- spożywczej,
- kosmetycznej,
- farmaceutycznej,
- chemicznej.
W zależności od charakterystyki produktu wykorzystywane mogą być między innymi stale AISI 304 oraz AISI 316L.
Dobór gatunku stali powinien uwzględniać skład produktu, temperaturę procesu, środki czyszczące oraz warunki chemiczne występujące w instalacji.
Higiena i możliwość czyszczenia mieszadła
W branży spożywczej, kosmetycznej i farmaceutycznej konstrukcja mieszadła powinna umożliwiać skuteczne mycie urządzenia.
Znaczenie mają między innymi:
- odpowiednie wykończenie powierzchni,
- jakość spoin,
- ograniczenie trudno dostępnych miejsc,
- właściwe uszczelnienia,
- możliwość zastosowania systemów CIP lub SIP.
W takich aplikacjach liczy się więc nie tylko skuteczność mieszania, ale również konstrukcja umożliwiająca utrzymanie odpowiednich warunków higienicznych.
Mieszadło standardowe czy projektowane na zamówienie?
Standardowe mieszadło może być wystarczające w prostych procesach, w których właściwości medium i warunki pracy są dobrze znane.
Indywidualne projektowanie warto rozważyć przede wszystkim wtedy, gdy:
- produkt ma wysoką lepkość,
- parametry produktu zmieniają się podczas procesu,
- w medium występują cząstki stałe,
- wymagane jest ogrzewanie lub chłodzenie,
- produkt jest wrażliwy na ścinanie,
- zbiornik ma nietypową geometrię,
- wymagane są określone standardy higieniczne,
- proces składa się z kilku różnych etapów.
W takich przypadkach konstrukcja mieszadła może zostać dopasowana do konkretnego procesu, zamiast dostosowywać cały proces do możliwości standardowego urządzenia.
GMM INOX projektuje i wykonuje mieszalniki i mieszadła przemysłowe ze stali nierdzewnej z uwzględnieniem właściwości medium, parametrów zbiornika oraz wymaganego efektu technologicznego.
Jakie informacje przygotować przed zamówieniem mieszadła?
Przed kontaktem z producentem warto przygotować podstawowe dane dotyczące produktu i instalacji.
Najważniejsze informacje to:
- rodzaj produktu,
- lepkość,
- gęstość,
- temperatura pracy,
- obecność cząstek stałych,
- pojemność zbiornika,
- średnica i wysokość zbiornika,
- kształt dna,
- oczekiwany efekt mieszania,
- wymagany czas procesu,
- sposób ogrzewania lub chłodzenia,
- wymagania higieniczne,
- materiał wykonania,
- sposób montażu.
Im dokładniejsze informacje zostaną przekazane na początku, tym łatwiej dopasować konstrukcję urządzenia do rzeczywistych warunków pracy.
Najczęstsze błędy przy wyborze mieszadła przemysłowego
Jednym z najczęstszych błędów jest wybór urządzenia wyłącznie na podstawie mocy silnika.
Duża moc nie zrekompensuje niewłaściwej geometrii mieszadła.
Problemem może być także:
- nieuwzględnienie lepkości produktu,
- pominięcie geometrii zbiornika,
- zastosowanie zbyt dużej prędkości,
- nieuwzględnienie zmian produktu podczas procesu,
- wybór rozwiązania wyłącznie na podstawie ceny.
W praktyce najważniejsze jest właściwe dopasowanie wszystkich elementów układu do konkretnego procesu technologicznego.
Jak dobrać mieszadło przemysłowe? Podsumowanie
Dobór mieszadła przemysłowego powinien uwzględniać jednocześnie produkt, proces oraz konstrukcję zbiornika.
Najważniejsze parametry to:
- lepkość i gęstość medium,
- cel mieszania,
- geometria zbiornika,
- oczekiwany charakter przepływu,
- wrażliwość produktu na ścinanie,
- temperatura procesu,
- rodzaj mieszadła,
- prędkość obrotowa,
- materiał wykonania,
- wymagania higieniczne.
Dopiero po analizie tych parametrów można określić, czy najlepszym rozwiązaniem będzie mieszadło śmigłowe, turbinowe, kotwiczne, ramowe czy indywidualnie zaprojektowany układ mieszający.
W przypadku bardziej wymagających procesów warto traktować mieszadło jako część całej instalacji technologicznej, a nie jako niezależne urządzenie dobierane wyłącznie na podstawie mocy czy wymiarów.
