- بيت
- معدات
- الصناعات
- نحن إماي
- الموارد
- اتصال
يعد خلط السوائل عالية اللزوجة أكثر صعوبة من خلط السوائل منخفضة اللزوجة لأنها تقاوم التدفق بقوة أكبر وتميل إلى الدوران بشكل أبطأ داخل وعاء الخلط. ومع زيادة اللزوجة، يمكن أن يصبح تحقيق حركة موحدة في جميع أنحاء السائل أكثر صعوبة، خاصة عندما يكون للمنتج سلوك تدفق غير نيوتوني، أو يحتوي على مواد صلبة، أو حساس للقص ودرجة الحرارة. الهدف ليس مجرد تحريك السائل، ولكن تحقيق الدرجة المطلوبة من التجانس دون إحداث قص مفرط، أو احتجاز الهواء، أو مناطق راكدة.
لا توجد طريقة خلط واحدة تناسب كل سائل عالي اللزوجة. يعتمد النهج المناسب على ريولوجيا المنتج، واللزوجة، وحساسية القص، والتركيب، ودرجة الحرارة، ونتيجة الخلط المقصودة. يمكن أن يتطلب الخلط البسيط والذوبان والتشتت والاستحلاب ظروف خلط مختلفة، لذلك يجب اختيار طريقة الخلط بناءً على ما تحتاج العملية إلى تحقيقه بدلاً من اللزوجة وحدها.
يمكن للسوائل عالية اللزوجة أن تتدفق، لكنها توفر مقاومة أكبر للحركة من السوائل منخفضة اللزوجة. أثناء الخلط، تزيد هذه المقاومة من صعوبة تحريك الكتلة السائلة بأكملها عبر الوعاء، وتوزيع الطاقة الميكانيكية بالتساوي، واستبدال المواد القريبة من جدران الوعاء أو قاعه. ونتيجة لذلك، يمكن أن تصبح العديد من تحديات الخلط أكثر أهمية مع زيادة اللزوجة.
أحد التحديات الرئيسية هو تحقيق دوران كافٍ للجزء الأكبر في جميع أنحاء السائل. في السائل منخفض اللزوجة، يمكن أن تنتشر الحركة الناتجة عن عنصر الخلط بسهولة نسبية عبر الوعاء. مع السائل عالي اللزوجة، تميل الحركة إلى أن تكون موضعية أكثر، وبالتالي فإن السائل البعيد عن عنصر الخلط قد يدور بشكل أبطأ.
وهذا يعني أن مجرد زيادة سرعة الخلط لا يؤدي بالضرورة إلى خلط أفضل بشكل عام. يحتاج نظام الخلط إلى توليد حركة كافية لجلب أجزاء مختلفة من السائل إلى الدورة الدموية وتحقيق تركيبة أكثر اتساقًا في جميع أنحاء الوعاء.
يمكن أيضًا أن تكون السوائل عالية اللزوجة أكثر عرضة للمناطق المختلطة بشكل سيئ، خاصة عندما لا تصل عملية الخلط بشكل كافٍ إلى جدران الوعاء أو قاعه أو مناطق أخرى بعيدة عن نمط التدفق الرئيسي. قد تواجه هذه المناطق حركة محدودة حتى أثناء تحرك السائل القريب من عنصر الخلط بشكل نشط.
يمكن أن تؤدي هذه المناطق الميتة إلى تكوين غير متساوٍ، أو دمج غير كامل للمكونات، أو أوقات خلط أطول. لا يعتمد تكوينها على اللزوجة فحسب، بل يعتمد أيضًا على هندسة الوعاء ومستوى السائل ونمط الخلط وخصائص المنتج.
لا يتم بالضرورة توزيع الطاقة الميكانيكية بالتساوي في جميع أنحاء السائل عالي اللزوجة. قد تواجه المنطقة القريبة من عنصر الخلط قصًا عاليًا نسبيًا، بينما قد يتحرك جزء كبير من السائل بشكل أبطأ.
وهذا يخلق تمييزًا مهمًا بين القص المحلي والتداول العام. قد تؤدي زيادة السرعة إلى زيادة القص حول عنصر الخلط دون تحسين الحركة بشكل متناسب في بقية السائل. بالنسبة للمنتجات الحساسة للقص، قد يؤثر القص المحلي المفرط أيضًا على هيكل المنتج أو يسبب مشاكل معالجة أخرى.
يمكن للسوائل عالية اللزوجة أن تجعل إزالة الهواء أكثر صعوبة لأن فقاعات الهواء المحبوسة تميل إلى الارتفاع والهروب بشكل أبطأ من خلال سائل سميك. يمكن أن يكون هذا مناسبًا بشكل خاص للكريمات والمواد الهلامية والمعاجين وغيرها من التركيبات اللزجة حيث قد تظل الفقاعات محاصرة في المنتج لفترات أطول.
يمكن أيضًا إدخال الهواء أثناء إضافة المكونات أو التقليب المفرط. ولذلك، يجب النظر في سرعة الخلط وطريقة تقديم المكونات معًا بدلاً من التعامل مع شدة التقليب الأعلى على أنها أفضل تلقائيًا.
يمكن أن يصبح نقل الحرارة تحديًا آخر عند خلط السوائل عالية اللزوجة. ونظرًا لأن السائل يدور بسهولة أقل، فقد لا يتم استبدال المادة القريبة من جدار الوعاء الساخن أو المبرد بالسرعة بمواد من الكتلة.
يمكن أن يؤدي ذلك إلى اختلافات في درجات الحرارة داخل المنتج ويجعل عملية التسخين أو التبريد أقل تجانسًا. يصبح التأثير مهمًا بشكل خاص عندما تغير درجة الحرارة اللزوجة، لأن التغير في اللزوجة يمكن أن يغير بدوره الطريقة التي يدور بها المنتج أثناء الخلط.
تعتبر اللزوجة نقطة انطلاق مهمة عند تقييم سائل عالي اللزوجة، ولكنها لا توفر معلومات كافية لتحديد كيفية تصرف المنتج أثناء الخلط. يمكن أن يستجيب سائلان لهما لزوجة مماثلة بشكل مختلف تمامًا للتحريك إذا كان لهما خصائص انسيابية مختلفة، أو محتوى مواد صلبة، أو حساسية للقص، أو اعتماد على درجة الحرارة.
قبل اختيار طريقة الخلط، من المفيد تقييم كل من خصائص المنتج والنتيجة التي تحتاج العملية إلى تحقيقها.
ملكية |
لماذا يهم؟ |
اللزوجة |
يشير إلى مقاومة السائل للتدفق ويؤثر على مقدار القوة اللازمة لتحريك المنتج. |
الريولوجيا |
يصف كيفية تدفق السائل في ظل ظروف مختلفة، مثل التغيرات في معدل القص أو الوقت. |
إجهاد العائد |
يشير إلى ما إذا كانت هناك حاجة إلى مستوى معين من الضغط المطبق قبل أن تبدأ المادة في التدفق بشكل ملحوظ. |
حساسية القص |
يشير إلى كيفية استجابة المنتج للقص الميكانيكي وما إذا كان القص المفرط قد يؤثر على هيكله أو جودته. |
محتوى المواد الصلبة |
يؤثر على ترطيب الجسيمات، وتشتتها، وتعليقها، والميل إلى تكوين تكتلات. |
حساسية درجة الحرارة |
يحدد كيفية تأثير التغيرات في درجة الحرارة على اللزوجة وبالتالي سلوك الخلط. |
حساسية الهواء |
يساعد في تحديد ما إذا كان احتجاز الهواء أثناء الخلط قد يشكل مصدر قلق كبير. |
هدف الخلط |
يحدد ما إذا كانت العملية تتطلب مزجًا بسيطًا، أو إذابة، أو تشتيتًا، أو استحلابًا، أو أي نوع آخر من الخلط. |
بالنسبة للسوائل عالية اللزوجة، فإن اللزوجة وحدها لا تخبرك كيف سيتصرف المنتج أثناء الخلط. تحافظ بعض السوائل على لزوجة ثابتة نسبيًا مع تغير القص المطبق، بينما تصبح السوائل الأخرى أرق أو أكثر سمكًا عندما تتعرض لمستويات مختلفة من القص.
يتمتع السائل النيوتوني بلزوجة ثابتة نسبيًا تحت درجة حرارة وضغط معينين، بينما يمكن للسائل غير النيوتوني أن يغير لزوجته الظاهرة اعتمادًا على ظروف مثل معدل القص أو الوقت. على سبيل المثال، تصبح مادة ترقق القص أقل لزوجة مع زيادة القص، مما قد يجعل من السهل تحريكها أثناء التحريض مما قد توحي به اللزوجة المنخفضة القص في البداية.
تظهر بعض المواد عالية اللزوجة أيضًا إجهاد الخضوع، مما يعني أن المادة قد تتطلب قدرًا معينًا من الضغط المطبق قبل أن يبدأ التدفق الكبير. يعد هذا أمرًا مهمًا عند تقييم ما إذا كان إجراء الخلط يمكنه تحريك المنتج بأكمله بدلاً من إنشاء حركة قريبة من عنصر الخلط فقط.
تعتبر قيمة اللزوجة مفيدة، ولكن لا ينبغي معاملتها على أنها وصف كامل لكيفية تصرف السائل عالي اللزوجة أثناء الخلط.
تعتمد طريقة الخلط المناسبة أولاً على ما تحتاج العملية إلى تحقيقه. قد يحتاج السائل عالي اللزوجة فقط إلى مزجه مع سائل آخر، أو قد يحتاج إلى إذابة مكون صلب، أو تشتيت الجزيئات، أو تكوين مستحلب. تتطلب هذه الأهداف أنواعًا مختلفة من الحركة والطاقة الميكانيكية، لذا لا ينبغي أن تحدد اللزوجة وحدها طريقة الخلط.
عندما يلزم دمج مكونين سائلين أو أكثر في خليط موحد دون إنشاء مرحلة مشتتة منفصلة، فإن الهدف الأساسي هو التوزيع الشامل وتوحيد التركيب.
بالنسبة للسوائل عالية اللزوجة، تحتاج طريقة الخلط إلى تحريك كمية كافية من المادة السائبة عبر الوعاء بدلاً من تركيز الحركة حول عنصر الخلط.
تشمل الاعتبارات الرئيسية ما يلي:
تداول بالجملة
دوران السائل
تجنب المناطق الراكدة
تكوين موحد في جميع أنحاء السفينة
النظام النموذجي:
سائل + سائل → خليط سائل موحد
إذا كان هناك حاجة إلى مكون صلب ليذوب تمامًا في سائل، فإن العملية تتضمن أكثر من مجرد تدوير السائل. يجب ترطيب المادة الصلبة وتوزيعها بشكل مناسب حتى تذوب في السائل المحيط.
يمكن أن تؤدي اللزوجة العالية إلى إبطاء هذه العملية لأن السائل يتحرك بسهولة أقل حول الجسيمات، في حين يمكن أيضًا نقل المواد المذابة بعيدًا عن سطح الجسيمات بشكل أبطأ.
تشمل الاعتبارات الرئيسية ما يلي:
ترطيب
معدل إضافة المسحوق
حجم الجسيمات
منع التكتل
الحفاظ على الدورة الدموية الكافية
وقت الذوبان
النظام النموذجي:
مادة صلبة قابلة للذوبان + سائل → محلول مذاب
من المهم التمييز بين الذوبان والتشتت. إذا ظلت المادة الصلبة كجزيئات بدلا من الذوبان في السائل، فمن الأفضل وصف العملية بأنها التشتت.
التشتت يختلف عن الذوبان. في حالة التشتت، يتم توزيع الجزيئات الصلبة في جميع أنحاء السائل ولكنها لا تذوب بالضرورة.
بالنسبة للمنتجات عالية اللزوجة، قد يكون التحدي هو ترطيب الجزيئات، وتكسير التكتلات، والحفاظ على توزيع موحد للجسيمات في جميع أنحاء السائل.
تشمل الاعتبارات الرئيسية ما يلي:
ترطيب الجسيمات
تفكك التكتلات
توزيع الجسيمات
شدة القص
الحفاظ على الإيقاف
النظام النموذجي:
جسيمات غير قابلة للذوبان + سائل → تشتت الجسيمات الموحد
يعتمد مستوى القص المطلوب على خصائص الجسيمات، ودرجة التكتل، وريولوجيا المنتج، وجودة التشتت المطلوبة. وبالتالي فإن اتباع نهج القص العالي ليس مطلوبًا تلقائيًا لكل تشتت عالي اللزوجة.
عندما يلزم دمج سائلين غير قابلين للامتزاج في نظام مستقر، فإن الهدف يختلف عن المزج البسيط.
على سبيل المثال:
زيت + ماء → مستحلب
تحتاج العملية إلى إنشاء وتوزيع قطرات من مرحلة سائلة واحدة داخل مرحلة أخرى. ولذلك فإن الطاقة الميكانيكية المطلوبة تعتمد على حجم القطرة المطلوبة وخصائص المستحلب النهائي.
تشمل الاعتبارات الرئيسية ما يلي:
تشكيل القطرة
شدة القص
خصائص المرحلة
استقرار المستحلب
درجة حرارة
ولذلك لا ينبغي التعامل مع عملية المزج والاستحلاب البسيطة على أنها نفس العملية. يهدف المزج إلى تحقيق تركيبة موحدة، بينما يتضمن الاستحلاب إنشاء مرحلة سائلة مشتتة.
هدف الخلط |
النظام النموذجي |
التحدي الرئيسي |
مزج بسيط |
سائل + سائل |
تداول السائبة والتوحيد |
الذوبان |
مادة صلبة قابلة للذوبان + سائلة |
الترطيب والذوبان |
تشتت |
جزيئات غير قابلة للذوبان + سائل |
الترطيب وتفتيت التكتلات وتوزيع الجسيمات |
الاستحلاب |
سائل غير قابل للامتزاج + سائل |
تشكيل القطرة والاستقرار |
هذا التمييز مهم لأن اللزوجة العالية وحدها لا تحدد طريقة الخلط المناسبة. يمكن أن يتضمن نطاق اللزوجة نفسه متطلبات خلط مختلفة جدًا اعتمادًا على ما إذا كان الهدف هو المزج أو الذوبان أو التشتيت أو الاستحلاب.
يمكن استخدام أنواع مختلفة من الخلاطات للسوائل عالية اللزوجة، ولكن لا يوجد خلاط واحد مناسب لكل منتج أو عملية. يعتمد الاختيار المناسب على انسيابية السائل، واللزوجة، وحساسية القص، وهدف الخلط، ودرجة الدوران أو التشتت المطلوبة. بالنسبة للسوائل عالية اللزوجة التي تظل قابلة للتدفق، تم تصميم بعض الخلاطات بشكل أساسي لتعزيز الدورة الدموية الكبيرة، بينما يوفر البعض الآخر قصًا أكثر كثافة للتشتت أو الاستحلاب.
نوع الخلاط |
القوة النموذجية |
القيود المحتملة |
خلاط مرساة الإطار |
تداول جيد للكميات الكبيرة، وكنس الجدران، ونقل الحرارة |
قدرة محدودة على القص العالي |
خلاط الشريط الحلزوني |
دوران قوي وحركة في السوائل شديدة اللزوجة |
تصميم وتنظيف أكثر تعقيدًا |
خلاط مجداف |
خلط السائبة لطيف نسبيا |
قد تكون أقل فعالية مع زيادة اللزوجة |
خلاط عالي القص |
فعال للتشتت وتكسير التكتلات |
قد لا تكون مناسبة للمنتجات الحساسة للقص |
تخدم هذه الخلاطات أغراضًا مختلفة بدلاً من تمثيل مقياس بسيط من قوة الخلط الأقل إلى الأعلى. قد يكون خلاط مرساة الإطار مناسبًا عندما يكون تداول الجزء الأكبر والحركة بالقرب من جدران الوعاء مهمًا، في حين يمكن اعتبار الخلاط الشريطي الحلزوني أو الخلاط المجدافي لظروف التدفق واللزوجة المختلفة. يكون الخلاط عالي القص أكثر ملاءمة عندما تتطلب العملية تشتت الجسيمات، أو تفتيت التكتل، أو الاستحلاب بدلاً من المزج السائب البسيط.
وبالتالي فإن الخلاط المناسب يعتمد على خصائص السائل ونتيجة الخلط المقصودة، وليس اللزوجة وحدها. قد يتطلب السائل عالي اللزوجة الذي يحتاج فقط إلى مزج موحد خلاطًا مختلفًا عن الذي يحتاج إلى تشتيت صلب أو استحلاب.
يمكن أن تؤدي زيادة سرعة الخلط إلى زيادة القص المطبق على سائل عالي اللزوجة وقد يؤدي إلى تحسين الدورة الدموية في بعض العمليات. ومع ذلك، فإن السرعة الأعلى لا تؤدي تلقائيًا إلى خلط أفضل بشكل عام. يعتمد التأثير على ريولوجيا المنتج، وتصميم الخلاط، وهدف الخلط، وكيفية توزيع الطاقة الميكانيكية في جميع أنحاء السائل.
مع زيادة سرعة الخلط، يجب مراعاة العديد من التأثيرات:
القص العالي: يتم تطبيق المزيد من الطاقة الميكانيكية على السائل، مما يمكن أن يساعد في التشتت أو تفتيت التكتلات عند الحاجة إلى قص أعلى.
زيادة الطلب على الطاقة: زيادة السرعة يمكن أن تزيد بشكل كبير من الطاقة المطلوبة لتحريك منتج لزج.
التسخين الموضعي: يمكن تحويل الطاقة الميكانيكية إلى حرارة مما قد يؤثر على المنتجات الحساسة للحرارة أو يغير اللزوجة أثناء المعالجة.
احتجاز الهواء: يمكن أن يؤدي التقليب المفرط إلى سحب الهواء إلى المنتج، خاصة عندما يصبح سطح السائل مضطربًا للغاية.
تلف المنتج: قد تتأثر المنتجات الحساسة للقص بالإجهاد الميكانيكي المفرط.
حمل المحرك: يمكن أن تؤدي المقاومة العالية للمنتج اللزج إلى زيادة الحمل على نظام القيادة مع زيادة سرعة الخلط.
تداول كميات كبيرة محدودة: حتى مع وجود القص المحلي العالي، قد لا تزال أجزاء من الوعاء تواجه حركة غير كافية إذا لم يقم نمط الخلط بتدوير الكتلة السائلة بأكملها بشكل مناسب.
لهذا السبب، لا ينبغي التعامل مع السرعة الأعلى كحل عالمي للخلط عالي اللزوجة. الهدف هو تحقيق دوران أو تشتت أو استحلاب كافٍ بمستوى مناسب من الطاقة الميكانيكية بدلاً من مجرد زيادة عدد الدورات في الدقيقة إلى الحد الأقصى.
لا تعني سرعة الخلط الأعلى تلقائيًا خلطًا أفضل للكميات الكبيرة.
يعد هذا التمييز مهمًا بشكل خاص للسوائل عالية اللزوجة لأن كثافة الخلط المحلية والتدوير الإجمالي ليسا بالضرورة نفس الشيء. قد يكون للعملية حركة قوية بالقرب من عنصر الخلط بينما تظل المادة البعيدة سيئة التوزيع.
يمكن أن يؤدي التسخين إلى تسهيل خلط بعض السوائل عالية اللزوجة لأن لزوجتها قد تنخفض مع ارتفاع درجة الحرارة. يمكن أن تسمح اللزوجة المنخفضة للسائل بالتحرك بسهولة أكبر عبر الوعاء، وتحسين الدورة الدموية، وتقليل القوة الميكانيكية المطلوبة للخلط. ومع ذلك، فإن التأثير يعتمد على كيفية استجابة السائل المعين لدرجة الحرارة.
ولذلك ينبغي التعامل مع التدفئة باعتبارها متغير العملية، وليس كحل عالمي. قد تكون بعض المنتجات حساسة للتغيرات في درجات الحرارة، في حين أن التسخين المفرط يمكن أن يؤثر على استقرار المنتج، أو يسبب تغييرات غير مرغوب فيها في الملمس أو التركيب، أو يخلق اختلافات في درجات الحرارة داخل الوعاء إذا لم يتم توزيع الحرارة بالتساوي.
العلاقة بين درجة الحرارة واللزوجة ليست هي نفسها بالنسبة لكل منتج. تصبح بعض السوائل عالية اللزوجة أقل لزوجة بشكل ملحوظ عند تسخينها، بينما قد يظهر البعض الآخر تغيرًا أقل. لهذا السبب، يجب تحديد نطاق درجة الحرارة المفيد من خلال خصائص المنتج ومتطلبات العملية بدلاً من افتراض أن درجة الحرارة المرتفعة ستؤدي دائمًا إلى تحسين الخلط.
عند استخدام التسخين للمساعدة في الخلط عالي اللزوجة، يجب مراعاة عدة عوامل:
تقليل اللزوجة: قد تؤدي الزيادة المعتدلة في درجة الحرارة إلى تسهيل تحريك السائل وخلطه.
حساسية درجة حرارة المنتج: قد تتأثر المكونات الحساسة للحرارة بدرجات الحرارة الزائدة أو التسخين لفترة طويلة.
استقرار المنتج: يمكن أن تغير التغيرات في درجات الحرارة الخصائص الفيزيائية أو استقرار بعض التركيبات.
نقل الحرارة: قد تنتشر السوائل السميكة ببطء، مما يجعل التسخين الموحد أكثر صعوبة.
توحيد درجة الحرارة: يمكن أن يؤدي التسخين الموضعي إلى اختلافات في اللزوجة داخل نفس الدفعة، مما قد يؤثر على سلوك الخلط.
ولذلك، فإن التسخين يمكن أن يجعل خلط بعض السوائل عالية اللزوجة أسهل، لكنه لا يحل محل طريقة الخلط المناسبة. يجب مراعاة درجة الحرارة وظروف الخلط وخصائص المنتج معًا.
المناطق الميتة هي مناطق داخل وعاء الخلط حيث يتحرك السائل ببطء شديد أو يتلقى عملية خلط غير كافية. قد يكون من الصعب بشكل خاص التخلص منها عند العمل مع سوائل عالية اللزوجة لأن المنتج لا يدور بسهولة مثل السوائل منخفضة اللزوجة. قد يخلق الخلاط حركة قوية في أحد أجزاء الوعاء بينما تظل المناطق الأخرى راكدة نسبيًا.
ولذلك فإن منع المناطق الميتة يتطلب أكثر من مجرد زيادة سرعة الخلط. وينبغي النظر إلى نظام الخلط ككل، بما في ذلك تكوين الخلاط، وهندسة الوعاء، ومستوى السائل، وموقع المكونات الداخلية.
يجب أن يولد عنصر الخلط حركة كافية في جميع أنحاء حجم العمل بدلاً من تركيز التدفق في منطقة محلية واحدة. بالنسبة للسوائل عالية اللزوجة، يعني هذا النظر في مدى فعالية وصول الخلاط إلى المناطق العلوية والسفلية والخارجية من الوعاء.
لا يعني وجود نمط تدفق قوي بالقرب من الخلاط بالضرورة أن الدفعة بأكملها يتم تداولها بفعالية.
يمكن أن يؤثر قطر الوعاء وارتفاعه وشكله السفلي والنسبة بين أبعاد الوعاء على نمط التدفق الناتج. قد يؤدي تكوين الخلط الذي يعمل بشكل جيد في هندسة سفينة واحدة إلى إنتاج مناطق مختلطة بشكل سيئ عند تركيبها في سفينة بنسب مختلفة.
تؤثر المسافة بين عنصر الخلط وجدار الوعاء أو قاعه على كيفية تحرك المادة عبر هذه المناطق. قد يؤدي التخليص المفرط إلى ترك المناطق ذات حركة غير كافية، في حين أن التخليص غير الكافي يمكن أن يؤثر على نمط التدفق والتشغيل الميكانيكي.
يعتمد الخلوص المناسب على تكوين الخلاط وهندسة الوعاء وخصائص المنتج.
غالبًا ما يتطلب الخلط عالي اللزوجة حركة كافية عبر السائل السائب بدلاً من مجرد القص الموضعي العالي. ولذلك ينبغي النظر في اتجاه ومدى التدفق الناتج عن الخلاط عند تقييم المناطق الراكدة المحتملة.
يمكن أن يؤثر مستوى سائل العمل أيضًا على مدى فعالية دوران الخلاط للمنتج. قد لا ينتج تكوين الخلط المصمم لحجم عمل معين نفس نمط التدفق عندما يتغير مستوى السائل بشكل ملحوظ.
يمكن أن تؤدي الحواجز وأسطح التسخين أو التبريد والمسابير والأنابيب والمكونات الأخرى الموجودة داخل الوعاء إلى تغيير مسار التدفق. قد تكون هذه المكونات ضرورية للعملية، ولكن يجب أخذ موقعها وترتيبها في الاعتبار عند تقييم المناطق الراكدة المحتملة.
وفي نهاية المطاف، فإن منع المنطقة الميتة يمثل مشكلة توزيع التدفق، وليس مجرد مشكلة السرعة. قد تؤدي زيادة عدد الدورات في الدقيقة إلى زيادة الحركة بالقرب من الخلاط دون إزالة المناطق سيئة التوزيع في أماكن أخرى من الوعاء. يوفر تقييم تغطية الخلاط وهندسة الأوعية والتخليصات ومستوى السائل والمكونات الداخلية معًا طريقة أكثر موثوقية لتحديد المناطق الراكدة وتقليلها.
يمكن أن يصبح الهواء محاصرًا في السوائل عالية اللزوجة لأن الفقاعات تتحرك للأعلى عبر سائل سميك بشكل أبطأ مما تفعله خلال سائل منخفض اللزوجة. يمكن أيضًا إدخال الهواء أثناء إضافة المكونات، أو تقليب السطح، أو كثافة الخلط المفرطة. بمجرد احتجازها، يمكن أن تستغرق الفقاعات وقتًا أطول للخروج وقد تظل موزعة في جميع أنحاء المنتج.
هناك عدة عوامل يمكن أن تساعد في تقليل دخول الهواء غير الضروري أثناء الخلط:
تجنب الدوامة المفرطة: يمكن أن يؤدي الاضطراب السطحي القوي إلى سحب الهواء من السطح السائل إلى المنتج. يجب أن توفر ظروف الخلط دورانًا كافيًا دون إزعاج السطح بشكل غير ضروري.
التحكم في طريقة الإضافة: يجب إدخال المساحيق والمكونات السائلة بطريقة تقلل من اندماج الهواء. يمكن أن تؤدي الإضافة السريعة أو إسقاط المواد على سطح شديد التقلب إلى إدخال هواء إضافي.
تجنب التحريض عالي السرعة غير الضروري: يمكن أن تؤدي السرعة الأعلى إلى زيادة الاضطراب السطحي وسحب الهواء دون تحسين خلط المواد السائبة بالضرورة.
ضع في اعتبارك ما إذا كان نزع الهواء مطلوبًا: قد تتحمل بعض المنتجات كمية صغيرة من الهواء المحصور، بينما تتطلب منتجات أخرى محتوى هواء أقل لأن الفقاعات يمكن أن تؤثر على المظهر أو الملمس أو الحشو أو اتساق المنتج.
السماح بوقت معالجة كافٍ: قد ترتفع الفقاعات المحبوسة تدريجيًا وتتسرب إذا تم منح المنتج وقتًا كافيًا في ظل ظروف خلط مناسبة. يعتمد الوقت المطلوب على اللزوجة وحجم الفقاعة ودرجة الحرارة وخصائص المنتج.
يمكن أن تكون المعالجة بالفراغ مفيدة عندما تكون إزالة الهواء هدفًا مهمًا للعملية، ولكن لا ينبغي معاملتها كشرط لكل سائل عالي اللزوجة. يعتمد ما إذا كان نزع الهواء ضروريًا على المنتج والنتيجة النهائية المرغوبة.
وبالتالي فإن المفتاح لا يقتصر على التخلص من كل الهواء أثناء الخلط فحسب، بل التحكم في كمية الهواء التي يتم إدخالها وتحديد ما إذا كان الهواء المتبقي يؤثر على المنتج أو العملية النهائية.
إن تحديد ما إذا كان السائل عالي اللزوجة قد تم خلطه بشكل صحيح يتطلب أكثر من مجرد التحقق من مدة تشغيل الخلاط. قد يبدو المنتج موحدًا بالقرب من السطح بينما تظل الاختلافات في التركيب أو درجة الحرارة أو توزيع الجسيمات في مكان آخر في الوعاء. وبالتالي فإن نقطة النهاية المناسبة تعتمد على خصائص المنتج ونتيجة الخلط المقصودة.
يمكن استخدام عدة مؤشرات لتقييم تجانس الخلط:
المظهر الموحد: يتمتع المنتج بلون وملمس ومظهر مرئي ثابت في جميع أنحاء الدفعة.
اللزوجة المتسقة: قياسات اللزوجة من العينات التمثيلية متسقة بما فيه الكفاية للعملية.
توزيع موحد للمكونات: يتم توزيع المكونات المضافة في جميع أنحاء المنتج بدلاً من تركيزها في مناطق محددة.
تشتت الجسيمات المتسق: بالنسبة للمنتجات التي تحتوي على جزيئات غير قابلة للذوبان، تظل الجسيمات موزعة بشكل مناسب دون تكتل أو ترسيب واضح.
توحيد درجة الحرارة: تكون اختلافات درجات الحرارة بين الأجزاء المختلفة للدفعة ضمن نطاق العملية المطلوب.
لا توجد مناطق مرئية غير مخلوطة: لا توجد مناطق واضحة بالقرب من جدار الوعاء الدموي أو قاعه أو سطحه تبدو مختلفة عن بقية المنتج.
أخذ العينات من مواقع مختلفة: يمكن للعينات المأخوذة من مواقع تمثيلية أن توفر مؤشرا أكثر موثوقية لتوحيد الدفعة من مراقبة نقطة واحدة.
بالنسبة لبعض العمليات، قد يكون الفحص البصري كافيًا كفحص أولي، بينما قد يتطلب البعض الآخر قياسات اللزوجة، أو قياسات درجة الحرارة، أو اختبار التركيب، أو تقييم حجم الجسيمات. تعتمد الطريقة المناسبة على معنى 'الخلط بشكل صحيح' بالنسبة للمنتج المحدد.
لذلك يجب تحديد وقت الخلط حسب المنتج والعملية الفعليين بدلاً من تحديد وقت محدد يتم تطبيقه على كل سائل عالي اللزوجة. يمكن أن تؤثر اللزوجة وحجم الدفعة وتكوين الخلاط وتسلسل إضافة المكونات ودرجة الحرارة وهدف الخلط على المدة التي يستغرقها تحقيق التوحيد.
مشاكل الخلط عالية اللزوجة لا تأتي دائمًا من استخدام الخلاط الخاطئ. في كثير من الحالات، تنشأ المشاكل من اختيار ظروف الخلط دون النظر إلى سلوك تدفق المنتج، أو هدف الخلط، أو ظروف العملية. يمكن أن يؤدي تجنب بعض الأخطاء الشائعة إلى تسهيل تحقيق الخلط المتسق دون استخدام طاقة ميكانيكية غير ضرورية.
يمكن أن يكون للسوائل عالية اللزوجة خصائص ريولوجية ومتطلبات خلط مختلفة جدًا. السائل الذي يحتاج فقط إلى مزج موحد قد يتطلب طريقة خلط مختلفة عن تلك التي تحتوي على جزيئات صلبة أو تتطلب الاستحلاب.
وبالتالي فإن اختيار الخلاط على أساس اللزوجة وحدها يمكن أن يتجاهل عوامل مهمة مثل حساسية القص، ومحتوى المواد الصلبة، وإجهاد الخضوع، ونتيجة الخلط المرغوبة.
يمكن أن تؤدي زيادة سرعة الخلط إلى زيادة القص وقد تؤدي إلى تحسين عمليات معينة، ولكنها ليست دائمًا طريقة فعالة لتحسين الخلط بشكل عام. يمكن أن تؤدي السرعة المفرطة إلى زيادة الطلب على الطاقة، واحتجاز الهواء، والتدفئة الموضعية، والضغط الميكانيكي على المنتجات الحساسة للقص.
ولذلك ينبغي استخدام سرعة أعلى عندما توفر فائدة عملية محددة وليس لمجرد أن المنتج شديد اللزوجة.
يمكن أن يتصرف سائلان لهما لزوجة مماثلة بشكل مختلف أثناء الخلط إذا كانت خصائصهما الريولوجية مختلفة. على سبيل المثال، قد يصبح سائل تخفيف القص أقل لزوجة مع زيادة كثافة الخلط، في حين أن المادة ذات إجهاد الخضوع قد تتطلب قوة كافية قبل حدوث حركة كبيرة الحجم.
يوفر النظر في الريولوجيا فهمًا أفضل لكيفية تصرف المنتج فعليًا في ظل ظروف الخلط.
الحركة القوية بالقرب من الخلاط لا تعني بالضرورة أن الدفعة بأكملها يتم تداولها بشكل فعال. قد تواجه المناطق القريبة من جدار الوعاء الدموي أو قاعه أو المكونات الداخلية الأخرى حركة محدودة.
يمكن أن يؤدي تجاهل هذه المناطق إلى خلط غير كامل حتى عندما يبدو أن الخلاط يعمل بشكل طبيعي. ولذلك ينبغي النظر في تغطية الخلاط، وهندسة الوعاء، والخلوصات، ومستوى السائل، والمكونات الداخلية معًا.
يمكن أن تؤدي إضافة المساحيق بسرعة كبيرة جدًا إلى حدوث العديد من المشكلات في السائل عالي اللزوجة، بما في ذلك ضعف الترطيب والتكتل والتركيز الموضعي للمواد الصلبة. بمجرد أن تتشكل التكتلات الكبيرة، قد يكون من الصعب تكسيرها لأن السائل المحيط يوفر مقاومة أكبر للحركة.
ولذلك ينبغي اعتبار معدل الإضافة، وخصائص الجسيمات، وموقع الإضافة، والتدوير المتاح كجزء من عملية الخلط.
يمكن أن تؤثر درجة الحرارة بشكل كبير على لزوجة بعض السوائل. قد يؤدي التسخين إلى تسهيل تداول المنتج، في حين أن التبريد قد يزيد من مقاومته للتدفق.
يمكن أن يؤدي تجاهل هذه العلاقة إلى سلوكيات خلط مختلفة في مراحل الإنتاج المختلفة. ولذلك ينبغي النظر في درجة الحرارة جنبا إلى جنب مع اللزوجة وظروف الخلط، وخاصة عندما يكون المنتج حساسا لدرجة الحرارة.
لا يشير وقت الخلط الثابت بالضرورة إلى أن السائل عالي اللزوجة قد تم خلطه بشكل صحيح. يمكن أن تتطلب المنتجات المختلفة وأحجام الدُفعات وتكوينات الخلاط ودرجات الحرارة وتسلسلات إضافة المكونات أوقات معالجة مختلفة.
بدلاً من الاعتماد على الوقت فقط، يجب تقييم نقطة نهاية الخلط باستخدام المؤشرات المناسبة مثل توحيد التركيب، أو اللزوجة، أو توزيع الجسيمات، أو درجة الحرارة، أو المظهر، أو عينات من مواقع مختلفة داخل الدفعة.
إن خلط السوائل عالية اللزوجة ليس مجرد مسألة زيادة سرعة الخلط أو اختيار خلاط أكثر قوة. إن ريولوجيا المنتج، وحساسية القص، ومحتوى المواد الصلبة، ودرجة الحرارة، ونتيجة الخلط المرغوبة، وخطر المناطق الميتة أو انحباس الهواء، كلها تؤثر على نهج الخلط المناسب.
يساعد تقييم هذه العوامل قبل اختيار طريقة الخلط الشركات المصنعة على تحديد ما إذا كان التقليب التقليدي كافيًا أو ما إذا كانت هناك حاجة إلى نظام خلط أكثر تخصصًا للمنتج والعملية المحددة.
