在线混合的优势

间歇式还是连续式作业是工艺设计中最基本的选择之一。它尤其适用于最基本的操作过程之一：混合和搅拌。

 

作为在罐或其他容器中混合的替代方案，还可以直接在输送管道内部将液体与其他液体、粉末和其他固体物料进行混合，以进行填充或下一步操作。这可以通过转动部件（如转子）来实现，也可以通过迫使液体通过曲折路径混合的静态结构来实现。

 

在线操作是混合产品一种非常有效的方式，同时可以保持产品向充填机移动。但是，它与生产的许多环节一样，在获得效率的同时往往失去了一定的灵活性。由于一些性能问题，在线混合并不适合某些应用。

 

配方中组成成分的数量通常决定是否可以选择在线混合方案。如果配方中有很多经常变化的组成成分，间歇式（分批）混合可能是最好的选择方案，在线系统不擅长处理过于复杂的操作。

 

“如果我的客户所生产的产品仅包含四种成分，那么该过程只需要四个流道、四个泵、四个计量器、四个罐，”Statco-DSI圣路易斯分部总裁GregCollier说。“如果我的客户所生产的产品有八种成分，并且每个产品品牌之间的变化都很大——在这种情况下，设计一个有12~14条流道的系统来生产4~5种产品是没有意义的。”

 

有时采用在线混合的一个常见原因：空间。在线系统通常可以在其一小部分空间内处理一个间歇式混合搅拌机的生产量，这是一个决定因素，尤其是对顶棚较低的工厂。在其他情况下，间歇式混合搅拌机可能无法完全所有成分的混合；在线系统可以通过进一步混合分批罐中出来的物料来完成这个工作。

 

 

在线混合的最大优点之一是：如果配置得当，其结果往往比间歇式（分批）混合更均匀一致。这尤其适用于需要大幅度减少和分散其中一种成分的应用场合，例如用于人造黄油等产品的乳液。

 

 

“特别是在研磨机上，我们在乳化液上的液滴尺寸控制或降低硬质颗粒的粒径方面所能做的比在罐内混合机中完成的效果要更好。”波士顿剪切泵供应商AdmixInc.的全国销售和技术服务经理PatrickLakin说到。

 

胶体和增稠剂是最具挑战性的混合物料，因为它们通常很难完全润湿。

 

“这些成分通常很难分散，因为它们容易形成块状（被称为“鱼眼”），这些块状的中心处干燥，其水合层在外层起到一定的密封作用。”RossMixers销售副总裁KenLanghorn说，“鱼眼一旦形成，需要很长时间才能分散并完全润湿水合。”Ross拥有一系列在线混合器，其技术被称为固液注射歧管（S.L.I.M.），专门为此类应用而设计。

 

Langhorn说：“一般而言，在线混合器也可以整齐地安装到已经涉及转移步骤的工艺管道中。在这种应用中，将物料从工厂中的一个位置利用泵输送到另一个位置，从而提高了产品质量。”

 

 

实际上，更容易地将物料从一个位置转移到另一个位置是在线混合的优势。在线混合器不仅比间歇式（分批）混合节省时间；而且，在某些应用中，它可以产生有助于移动产品的动力。Ross的在线高剪切混合器将为粘度高达20,000厘泊（大约为巧克力糖浆的稠度）的液体产生流量和适度的排放压力。

 

尽管如此，如何用作泵的方式进行在线混合存在一些局限性。如果液体太粘稠，仅靠混合作用不足以推动液体。AxiflowTechnologies北美销售经理JobyFerary表示：“无论如何，搅拌机提供的泵送作用越大，其混合/搅拌强度就越低。如果想要从搅拌机中输出更大泵送动力，则会失去混合/搅拌强度。”

 

基本的难题是，在在线混合器中产生泵送作用的方式是使转子的齿向外倾斜，朝着产品流动方向，但这样做会减小施加到产品上的作用力。

 

 

Ferary表示，在一些情况下，在线混合器产生的剪切力本身不足以保持产品流动。他说到：“如果你拥有真正的高剪切混合器，那么你将从混合器中获得的最佳泵送能力是，它将成为一台低效的离心泵运行，它不能执行容积式泵的工作。”

 

一切都归结为粘度。有一些在线混合系统可以用作离心泵，它们可以处理粘度低至可以通过离心泵的液体，例如FristamPumps的FSI剪切泵。

 

Fristam的混合/搅拌产品经理DanOsiedacz说：“我们将FSI剪切泵的尺寸定制与其他离心泵一样，作为独立式泵，其粘度限制与离心泵相同。”当液体太粘稠而无法通过仅靠剪切力作用的混合器时，这个时候就需要增加动力泵，通常是正排量泵，增加在混合工艺的前端或后端，或两个位置都增加。

 

 

无论产品粘度如何，设计混合系统的最重要方面之一是微调产品停留时间。由于其连续性的特点，这对于在线混合而言，比间歇式（分批）混合更具挑战性。

 

确定正确的停留时间很大程度上取决于于管道和所有组件的尺寸。这主要是经验问题以及反复试验的问题。如果供应商拥有可以测试各种配置的设备完善的试验设施，那么它会有所帮助。

 

“对于乳液等剪切应用，我们有尺寸表作参考，可以让客户有一个好的起点，涉及剪切装置的型号、产品的流量、搅拌机的转速和选择的转子-定子类型等方面，”Osiedacz说，“根据这些信息，客户将调整转速和/或流量，以达到所需的剪切。”

 

“对于乳液等剪切应用，我们有尺寸表作参考，可以让客户有一个好的起点，涉及剪切装置的型号、产品的流量、搅拌机的转速和选择的转子-定子类型等方面，”Osiedacz说，“根据这些信息，客户将调整转速和/或流量，以达到所需的剪切。”

 

在大多数应用中，最佳混合意味着同时调整改变混合器的流速和转子在管道内旋转的速度，并进行实际混合。这意味着驱动转子的电动机需要以可变速度运行；推入/或抽出产品的泵通常也是如此。因为这些电机几乎都是交流电动机，所以需要变频驱动器。

 

Lakin说：“我们当然会使用变频电机（VFD），它可以改变研磨机或泵的输出速度，从而得到可以不同的输出结果。很显然，速度越高，混合的强度越大。”

 

以适当的顺序获得正确的流速，并在正确的时间以正确的数量释放组分，所有这些都必须仔细协调。这就是为什么在线混合系统的变频电机和其他组件通常是通过可编程逻辑控制器（PLC）运行的原因。在大多数情况下，可编程逻辑控制器固定在混合系统中的移动组件或滑道中，并根据需要进行上下连接。

 

Collier估计，在90%的系统安装中，Statco-DSI会为系统滑道提供变频电机、电动机启动器和其他必需的控件。有时，客户有自己的可编程逻辑控制器和其他控件，这些控件可通过控制柜操作，并希望将混合系统的控件放置在这些控制柜中。

 

“在这种情况下，我们可以将混合系统的控件纳入现有系统中，使其成为其中的一部分。”他说，“这样做对我们来说较少见，因为在大多数情况下，它最终会给现有系统带来很大的风险。”

 

与间歇式（分批）混合相比，在线混合可以在更小的空间内提供更均匀一致的结果。但它不是万能的，必须经过仔细审查以确保它适用于相应的应用领域。