最高のブレンドを得る方法: 粉末誘導技術

Jun 05, 2023

Erin Dillon 氏、メディア & マーケティング コーディネーター、Charles Ross & Son Co. | 2023 年 1 月 23 日

パンデミックによるサプライチェーンの混乱と原材料価格の値上げを受け、メーカーは2023年にコスト削減と効率を優先することになる。顧客が繰り返し尋ねる重要な問題の1つは、粉末成分を液体に迅速かつ効果的に導入するにはどうすればよいかということだ。 ドライコンポーネントとウェットコンポーネントを組み合わせるのは難しいため、いくつかの制約が課せられます。 粉塵を最小限に抑え、空気中の危険を回避することが 1 つの懸念事項です。 適切な量​​のせん断を加えて、分散液であっても溶液であっても、均一な混合物を作成することは別の方法です。 疎水性粉末を水性ビヒクルに組み込むと、さらに複雑な層が生じます。これは、疎水性粉末が濡れに強く、「フィッシュアイ」とも呼ばれる頑固な凝集体を形成するためです。

オペレーターは、粉末をふるいにかけてバッチにゆっくりと加えるという時間のかかるプロセスや、粉末を素早く加えてバッチを剪断して凝集物を破壊するなど、混合の目標を達成するための回避策を開発します。 極端な場合には、オペレーターは固体を過剰に投入し、長時間混合した後でも分散せずに残る不可避の塊を濾し取るという手段に頼ることになります。 このプロセスは手間がかかるだけでなく、高価な原材料とエネルギーを無駄にし、バッチ間の配合の完全性を損ないます。

特定の増粘成分では、粉末の投入が遅すぎると、プロセスの途中で制御不能な粘度の上昇が発生し、残りの固体が完全に取り込まれなくなる可能性があります。 一方、乱流条件下でバッチの表面に粉末をあまりにも早く添加すると、プロセスで粉塵が発生したり、粉末が浮遊したりする傾向があります。 また、激しく混合すると、すでに水和した粒子が過剰に剪断される可能性があります。 長時間にわたる激しい混合は、永続的な粘度の損失やその他の望ましくないレオロジー特性を引き起こす可能性があります。

前述の回避策に加えて、一部のメーカーは液体への粉末の誘導を改善するためにエダクター システムを採用しています。 これらのシステムでは、液体はベンチュリ チャンバーに高速でポンプで送られ、次にインライン ミキサーに送られます。 ベンチュリ チャンバー内で発生した真空により、粉末がオーバーヘッド ホッパーからエダクターに引き込まれ、そこで液体の流れに加わります。 次に、粉末と液体の流れはローター/ステーター装置によって混合され、流れを下流に推進します。 この構成ではバッチシステムに伴う粉塵や浮遊の問題は解消されますが、欠点もあります。 1 つは、システムは通常、3 つの個別のデバイスを直列に接続するため、多大なメンテナンスを必要とすることです。 ポンプ、エダクター、ミキサーのパフォーマンスのバランスをとることは多くの場合困難であり、多くのアプリケーションではダウンタイムが非常に長くなります。 最も深刻な制限は、詰まりが非常に一般的であるため、ベンチュリまたはエダクターの固有の動作制限に関連しています。 このシステムは気まぐれなため、適切に動作させるには多くのオペレーターの経験と注意力が必要です。 エダクターの供給速度は、高速で移動する流れによって生成される真空によって決定されるため、粘度にも大きく依存します。 粘度が増加するにつれてエダクターの効率は徐々に低下し、最終的に停止します。

大量の粉体を一括で添加する必要がある場合、または分散しにくい固体を高速ブレードを使用しても完全に湿らせるまでに時間がかかりすぎる場合、粉体誘導機能を内蔵したローター/ステーターミキサーを検討する価値があります。 。

一例として、Ross Solids/Liquid Injection Manifold (SLIM) システムがあります。 ヒュームドシリカ、炭酸カルシウム、ガム、デンプン、顔料などの粉末を高せん断ゾーンの液相に導入し、瞬時のウェットアウトを促進します。 撹拌バッチの上に粉末を追加したりエダクターを使用したりする従来の方法と比較して、分散液と溶液が短時間で作成されます。 特別に設計されたローター/ステーター ミキサーを利用する SLIM テクノロジーは、高せん断ゾーンで強力な真空を生成し、粉末を流体の流れに吸い込みます。乾燥した材料と湿った材料は、混合が行われる場所ではなく、まさにその場所で混合されます。上流のエダクター。 これにより、SLIM は目詰まりや凝集を起こすことなく、大量の固体を処理することができます。 もう 1 つの利点は、比較的粉塵が少ない操作であることです。オペレーターは、混合エリアの浮遊粒子が大幅に減少したと報告しています。

SLIM システムのローター/ステーター ジェネレーターは、大量の粉末 (黄色で表示) を高せん断ゾーンに引き込み、そこで同時に液体の流れ (青色) と混合されます。

インライン SLIM と再循環配管を備えた 1,000 ガロンのマルチ撹拌ミキサー。 SLIM を介して困難な粉末原料を導入した後、オペレーターはバッチの粘度が上昇するにつれて分散するために、鋸歯状ブレードのミキサー カバーを通して追加の原料を投入します。 最終製品は医療グレードのホットメルト接着剤です。

SLIM テクノロジーはバッチ構成でも使用できます。 ローター/ステーター混合ヘッドを備えたバッチ高せん断ミキサー (ホモジナイザーとも呼ばれる) は、粉末を湿らせて微細な分散液を調製するために一般的に使用されます。 4 ブレード ローターは、公差が厳密な固定ステーター内で約 3,000 ～ 4,000 フィート/分の先端速度で動作します。 これにより、製品コンポーネントがローター内に引き込まれ、ステーター開口部から半径方向に排出されることにより、機械的および油圧せん断が生成されます。 効率を向上させるために、このスタイルのミキサーには粉末誘導機能を内蔵することができます。 たとえば、バッチ SLIM は固体を表面下に導入し、浮遊粉末を排除し、瞬間的な分散を促進します。

複数の容器で使用するためのリフト上のバッチ SLIM 設計 (左) とタンクに固定設置された (右)

Erin Dillon は、Charles Ross & Son Co. (ニューヨーク州ホーポージ) のメディア & マーケティング コーディネーターです。 詳細については、631-234-0500 に電話するか、mixers.com にアクセスしてください。

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