볼 믹서

구형 믹서는 건조한, 습한 또는 젖은 분말을 균일하게 혼합하거나 혼합하는 혼합 기계입니다. 또한 액체를 혼합할 수도 있습니다. 일반적으로 배치 혼합 공정에서 사용됩니다. 구형의 내부는 이른바 혼합 공간을 형성합니다. 이 공간 내에서 혼합 도구가 회전하며 혼합물을 3차원으로 재배열합니다. 이 유동 과정은 혼합 도구의 회전축이 수평이나 수직 방향으로 정렬되지 않았을 때 매우 높은 혼합 효율을 발휘합니다. 가장 우수한 혼합 효과는 회전축이 경사 방향으로 배치되었을 때 달성됩니다. 구형 혼합기는 합성 반응기나 진공 혼합 건조기로도 사용될 수 있습니다. 이 경우 구형은 이중 벽 구조로 제작됩니다. 이중 벽은 열전달 매체로 흐르며, 이로써 물질과 열의 교환이 이루어집니다.

구형 믹서는 최소 한 개의 회전 혼합 도구를 갖추고 있습니다. 이는 전체 배치의 완전한 혼합을 보장합니다. 추가 혼합 도구를 옵션으로 장착할 수 있습니다. 일반적으로 이는 고속 회전 분쇄기나 칼날 도구입니다. 이 도구들은 작은 작동 직경을 가지고 있으며 혼합 과정에서 응집을 분해합니다. 마찰과 충돌 효과를 발생시켜 덩어리와 응집체를 분쇄합니다.

또한 분말을 습윤하거나 코팅해야 할 경우, 또는 모든 입자에 대해 이 과정이 필요한 경우 매우 효과적입니다. 성능 입력은 회전 속도의 약 3.5제곱에 비례합니다.

구형 혼합기 제조업체는 다양한 구조를 시장에 출시했습니다. 일부 제조업체는 혼합 축을 구형 상단 부분에 경사져 배치하며, 다른 제조업체는 하단 부분에 경사져 배치합니다. 또 다른 제조사는 혼합 축을 구형 아래쪽에 경사져 배치합니다. 일부 제조사는 혼합 축을 구형 위쪽에 경사져 배치하고 추가 분산 도구를 아래쪽에 경사져 배치합니다. 일부 제조사는 주 혼합 도구와 분산 도구를 모두 구형 위쪽에 배치합니다.

구형 혼합기의 주 혼합 도구

구형 믹서 제조업체들은 다양한 도구 기하학을 채택했습니다. 일부는 주요 혼합 도구를 공간적으로 곡선형 앵커로 설계했습니다. 다른 제조업체는 나사형 스파이럴을 사용합니다. 또 다른 제조업체는 삽 모양의 도구를 사용합니다. 중요한 점은 구형 내부를 회전하는 혼합 도구가 위치에 관계없이 항상 구형 벽면과 동일한 거리를 유지해야 한다는 것입니다. 이 거리는 무겁거나 달라붙는 혼합물을 혼합할 때도 유지되어야 합니다. 따라서 혼합 도구는 특히 형상 안정성이 뛰어나야 합니다.

혼합물 충전

혼합할 성분은 위에서 혼합실로 충전됩니다. 이를 위해서는 최소한 하나의 충전구가 필요합니다. 일부 볼 믹서에는 여러 개의 충전구가 있습니다. 차단 밸브는 회전식 플랩, 플랫 슬라이더 또는 볼 세그먼트 슬라이더로 설계될 수 있습니다. 배출 밸브와 달리 충전 밸브는 사각 공간이 없어야 합니다. 볼 상단에는 배기 노즐도 있습니다.

혼합물 배출

구형 혼합실의 하단에는 차단 밸브가 있습니다. 이 밸브는 닫힌 상태에서 구형의 일부를 잘라낸 형태를 가져야 합니다. 이러한 구조만이 사각 공간이 없습니다. 이는 구형 내부의 모든 부피가 혼합된다는 것을 의미하며, 차단 밸브 바로 위 부분도 포함됩니다.

혼합실의 청소 및 검사

일부 구형 혼합기는 점검을 위해 열 수 있는 두 개의 반구형 구조를 갖추고 있습니다. 다른 제조사는 혼합실에 원형 또는 타원형 점검 문을 설치합니다. 이 역시 사각 공간이 없어야 합니다. OmgaSeal^® 구조가 특히 검증되었습니다. 습식 청소를 위해 혼합실에 회전식 탱크 세척 노즐이 설치됩니다. 습식 세척 장치가 믹서에 영구적으로 설치된 구조도 있습니다.

질문: 믹싱 용기로서 구형의 장점은 무엇인가요?

반지름 r을 가진 구의 부피는 다음 공식으로 계산할 수 있습니다:

V = 4/3 ⋅ r³ ⋅ π

반지름 r을 가진 구의 표면적은 다음 공식으로 계산할 수 있습니다:

O = 4 ⋅ r² ⋅ π

다양한 회전 대칭체를 비교할 때, 구는 가장 작은 특정 표면적을 갖습니다. 이는 구형 혼합실이 원통형 또는 원뿔형 혼합실보다 청소하기 쉽다는 것을 시사합니다. 반면, 원뿔형 혼합 공간은 분말 형태의 혼합물 잔여물을 구형보다 더 잘 배출할 수 있을 것으로 예상됩니다. 제조업체들은 혼합물을 가능한 한 오염 없이 생산하기 위해 노력하고 있습니다. 이 과정에서 혼합 장치의 완전한 배출은 점점 더 중요한 역할을 하고 있습니다.

공 모양의 혼합기에 물이 채워져 있고, 채움량에 따라 물의 부피를 계산하려면 다음 공식을 근사적으로 적용할 수 있습니다:

V(𝑧) = π ⋅ z²⋅ (3 ⋅ r – 𝑧) /3

V: 물의 부피

z: 채움량

r: 공 모양의 내경 반경

혼합 도구의 존재를 무시하기 때문에 이 공식은 근사값만을 제공합니다. 실제 물의 부피는 약간 더 적습니다.

혼합 도구 청소 및 검사

동적으로 움직이는 혼합 도구의 청소는 특히 중요한 요소입니다. 이 부분은 구형 혼합기의 혼합 공간보다 훨씬 복잡합니다. 따라서 여기에는 특별한 요구사항이 적용됩니다. 그 형상은 혼합 날개의 유체 역학적 요구사항을 충족해야 합니다. 또한 EHEDG의 위생 요구사항을 준수해야 합니다.

혼합 도구는 간단한 기하학적 구조를 가져야 합니다.

• 혼합 도구는 혼합 재료의 유동을 촉진하고 압축 효과를 방지해야 합니다.
• 이는 미세 분말뿐만 아니라 조각 모양이나 덩어리화된 분말에도 동일하게 적용됩니다.
• 건조하고 유동성 있는 재료뿐만 아니라 습기 많은, 유동성이 낮은 분말에도 동일하게 적용됩니다.
• 혼합 도구는 가능한 한 작은 표면적을 가져야 합니다.
• 모든 부분이 쉽게 접근 가능하고 인체공학적으로 설계되어야 합니다.

각 혼합 작업 카테고리에 맞는 최적의 혼합기 구조를 찾을 수 있습니다. 이를 위해 amixon^®을 방문하여 기존 시험용 혼합기(원통형, 구형, 원뿔형, 사이클로이드형)를 체험해 보시는 것을 추천합니다.

• amixon^®은 다양한 혼합물을 혼합, 습윤, 건조 및 배출하기 위한 최상의 솔루션을 제공합니다.
• amixon^®은 혼합 시험과 함께 시험 후 혼합기의 세척도 시연할 것을 권장합니다.

혼합물의 종류와 산업 분야에 따라 맞춤형 세척 방식이 적용되어야 합니다. 이는 다음과 같습니다:

1. 건식 세척
2. 습윤 천으로 세척
3. 수동 습식 세척
4. 수동 습식 세척
5. 자동 습식 세척.

세척 유형 (2)부터 (5)까지는 잔여 수분 건조라는 중요한 주제도 포함됩니다.

혼합 공정에서 2개 또는 3개의 세척 체계를 번갈아 사용하는 것은 드문 일이 아닙니다. 오염 정도와 오염 허용도에 따라

습식 세척 후 따뜻한 물로 냉각

식품 산업의 고객들은 자동 습식 세척을 뜨거운 물만으로 수행하기를 원합니다. 그들은 어떤 종류의 계면활성제도 사용하지 않기를 원합니다. 이는 세척수의 온도를 높이고 분사 압력(유량과 압력)을 조정하면 가능합니다. 세척 후 믹서는 가능한 한 빨리 건조되어야 합니다. 세척수가 더 뜨겁게 가열될수록 건조 속도가 빠릅니다.

일반적으로 이후 혼합 작업을 계속해야 합니다. 그러나 이는 믹서가 냉각된 후에만 가능합니다. 구형 구조로 인해 냉각 시간이 다른 믹서 구조보다 약간 더 오래 걸립니다. 중공 구형의 열 방출은 열 복사 Q˙를 통해 이루어집니다. 이는 Stefan-Boltzmann 법칙을 사용하여 대략 계산할 수 있습니다.

Q˙ = ε ⋅ σ ⋅ A ⋅ (T_s⁴ − T_u⁴)

Q˙: 방출된 열량 (와트 [W])

ε: 표면의 방사율 (차원 없음, 0과 1 사이)

σ: Stefan-Boltzmann 상수 = 5.67 × 10⁻⁸ W/(m² K⁴)

A: 구의 외부 표면적 (제곱미터 [m²])

T_s: 구 표면의 절대 온도 (켈빈 [K])

T_u: 주변의 절대 온도 (켈빈 [K])

공의 냉각 속도 추정

공 직경: 1,000 mm

재료: 스테인리스강 1.4404 (오스테나이트계, V4A), 외부 및 내부 광택 처리

벽 두께: 15 mm

표면 방사율: 0.25

초기 온도: 70 °C

주변 온도: 15 °C

목표 온도까지 냉각: 25 °C.

두 가지 열전달 메커니즘을 고려해야 합니다: 열복사와 공기와의 대류. 이 두 가지의 총 냉각 능력은 약 2 kW입니다. 순수 계산상 냉각 시간은 4~5시간입니다. 상대 온도 차가 점점 줄어들기 때문에 냉각 곡선은 점차적으로 수렴합니다. 이 현상은 다음 지수 함수로 잘 표현될 수 있습니다:

T(t) = T_amb + (T_start − T_amb) ⋅ e^−kt

T: 온도 변화

t: 시간

T_amb: 주변 온도

T_start: 초기 온도

k: 냉각 계수, 약 8.59 × 10⁻⁵ 1/s

공기 구형 믹서 내의 믹싱 도구는 세척수로 인해 가열됩니다. 이 도구는 믹싱 공간이 열리지 않는 한 빠르게 냉각되지 않습니다. 이 과정에서 배출되는 증기 구름이 생산 환경에 부정적인 영향을 미칠 수 있으며, 특히 공기 조절 시스템이 습도를 충분히 빠르게 제거하지 못할 경우입니다. 따라서 증기 구름을 건조한 신선한 공기로 선택적으로 배출하는 것이 유용할 수 있습니다.

구형 믹서에서의 액체 추가 및 분배

실제 적용에서는 다양한 분말의 혼합 외에도 그 균일한 습윤이 중요합니다. 이른바 액체 추가 랜스가 빠르게 회전하는 분쇄 도구 영역으로 연결됩니다. 이 방식으로 덩어리 없는 균일한 최종 제품을 빠르게 얻을 수 있습니다.

이 주제에 대해 amixon은 수많은 블로그 글을 게시했습니다. 이는 액체의 표면 장력과 온도 변화 및 전단 응력에 따른 유변학적 특성에 관한 것입니다. 또한, 벌크 재료의 다공성도 중요한 역할을 합니다. 고체와 액체의 상 경계와 그 표현 형태인 소수성 및 친수성도 마찬가지로 중요합니다.

“구형 혼합기”라는 명칭에 대한 참고 사항.

사실 “동적 움직임이 있는 혼합 도구를 갖춘 중공 구형 혼합기”라는 명칭이 “구형 혼합기”보다 더 정확합니다.

“구형 혼합기”라는 명칭은 위생 분야에서도 사용됩니다. 이는 수돗물 밸브의 변형된 형태로, 여러 번 구멍이 뚫린 구형 부품이 레버와 연결되어 차가운 물과 따뜻한 물의 유입을 혼합하고 조절합니다.