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通過更高效的分散減少原材料的使用

無論是在化工,醫(yī)藥,化妝品和食品行業(yè)，原材料的成本在全世界范圍和所有領(lǐng)域里一直在增長。

生產(chǎn)型企業(yè)通過尋求新的工藝和新的機會來保持競爭性和與其競爭對手的差異性。在有些情況下，例如，他們會通過使用更便宜的原材料來代替昂貴的原材料獲得成功。

另外一種節(jié)省的可能性是在生產(chǎn)中減少原材料的使用量，但是為了保證產(chǎn)品質(zhì)量，一般需要對工藝步驟的改變或和改善。

許多類型的產(chǎn)品，如油漆和涂料、膠水和粘合劑、嬰兒食品和飲料、洗滌劑和洗發(fā)水，以及藥物和乳霜，都是基于多種分散相的生產(chǎn)。一種普遍的分散漿料是懸浮液，它由成分混雜的各種液體和精細分散的顆粒組成。這兩種成分不會相互溶解或化學(xué)結(jié)合，如果不加以處理，最終會沉淀下來。對于懸浮液的生產(chǎn)，現(xiàn)有的團聚體和集聚體必須被粉碎，尺寸減小，在液體中分布、潤濕和穩(wěn)定。目標就是使這些顆粒均勻地分布到液體容積中的各元素。分散是懸浮液質(zhì)量的強制性要求。如果粉末（分散相）分散到一種基礎(chǔ)液體(連續(xù)相)中，固體的徹底均勻潤濕是懸浮質(zhì)量的最重要因素。如果原材料即相應(yīng)的膠體完全潤濕，就可能在工藝過程中減少原材料使用量。分散或產(chǎn)生懸浮液有不同的技術(shù)解決方案:

1. 批次分散機：混合攪拌機、高速分散機和轉(zhuǎn)子定子系統(tǒng)

混合攪拌機由一個驅(qū)動器，一根帶密封的軸和混合或攪拌部件組成。攪拌或混合元件可以制作成一個簡單的槳葉或者讓槳葉在定子內(nèi)部旋轉(zhuǎn)(如捷流攪拌機)。這類攪拌機只是將固體顆粒均勻在液體中，由于幾乎不存在剪切能量，它對團聚體和集聚體是不起研磨作用的。這種攪拌機可用于分散易濕、不粘和不結(jié)塊的原料和粉末，或保持懸浮均勻。

高速分散機的設(shè)計與混合攪拌機的原理相同，但使用一個齒狀的攪拌盤用于分散。這種圓盤產(chǎn)生更強的沖擊效果。它的工藝目標是粉碎團聚體和集聚體，以實現(xiàn)更細的懸浮。然而，它的剪切效果是受限制的，剪切梯度強烈地依賴于液體的粘度。一旦液體開始旋轉(zhuǎn)時，沖擊擊和剪切效果就會顯著降低。

轉(zhuǎn)子定子系統(tǒng)的功能取決于轉(zhuǎn)子與定子之間的間隙。一般來說，兩個部分(旋轉(zhuǎn)部分和靜態(tài)部分)都帶齒形。由于給定的形狀，剪切梯度保持恒定，幾乎與液體的粘度無關(guān)。

       在實際生產(chǎn)中懸浮液的制備有時是特別困難。上述所有類型的機器，都是直接安裝在容器中，或通過升降機降入容器中。通常情況下，基本液體被灌進容器，原料粉被簡單地倒入液體表面上。粉末具有相當大的比表面，在極端情況下(例如細顏料、納米粉末或硅酸鹽)，比表面積計算約為30萬m2/kg粉末。在大多數(shù)生產(chǎn)情況下，這些粉末直接添加到液體的表面。由于液體的面積只有幾平方米，很明顯粉末比表面積和液體比表面積之間存在著不利的關(guān)系。其結(jié)果是單個顆粒不會被潤濕，只有團聚體和集聚體被粗略的潤濕。

粉末漂浮在液體表面的頂部時，必須應(yīng)用強烈的混合效果來濕潤所有的顆粒。當使用高速分散機時，在液體中形成一個漩渦，除了粉末外，空氣也被帶入產(chǎn)品中。

很多情況下，不同的原料必須被分散到液體中，這給不同的包裝系統(tǒng)(如需要移動和清空的袋子、桶和容器)的處理帶來了很高的工作量。

這些粉末中有許多是粘性的，大多數(shù)容易形成粉塵。在容器壁上和安裝在容器內(nèi)的其他設(shè)備上形成一層層的結(jié)殼和結(jié)塊。這些結(jié)塊在以后的過程中很難破壞，需要大量的能量和時間。產(chǎn)品的質(zhì)量受到一個粗顆粒的影響以及不同批次的質(zhì)量不穩(wěn)定的結(jié)果。由于原料的使用效率低下，為了達到預(yù)期的效果，需要添加比通常要求更多的原料。一部分原材料以粉塵的形式“消失”在環(huán)境、排氣系統(tǒng)和除塵系統(tǒng)中?？偟膩碚f，這導(dǎo)致了較高的生產(chǎn)成本和總成本。

2.  基于轉(zhuǎn)子-定子原理的粉末濕潤設(shè)備

Conti-TDS粉料潤濕分散機的功能原理

不同于上述設(shè)備，Conti-TDS粉末濕潤分散機安裝在容器之外，并通過一個簡單的管道系統(tǒng)連接。

基本液體在循環(huán)管路中進行循環(huán)，在機器的分散腔內(nèi)形成真空。這種真空是用來吸粉體實現(xiàn)無塵和無損失，可以直接從袋，容器，大袋，筒倉，甚至從槽車中導(dǎo)入。粉體在不需要漏風(fēng)情況下以密相輸送，并在真空下直接分散到液體里。由于真空，粉料夾帶的空氣膨脹，打開了粉末的表面，具備了濕潤條件。同時，分散區(qū)液體的表面積也被極大地增大。只有在這一節(jié)點時，粉末才與液體相接觸(見對應(yīng)圖片)，并以最有效的方式變得濕潤。在這個區(qū)域，剪切梯度比高速分散機高1000倍。由于泵送過程中產(chǎn)生的爆炸波，膠體得到徹底潤濕。粘附在顆粒表面的微氣泡被分離、凝固并聚集在液體表面，形成一層粗糙的泡沫，即使在被認為難以脫氣消泡的產(chǎn)品中也是如此。

在分散腔體中制備的懸浮液作為“制成”產(chǎn)品返回到容器中。取決于粉末的數(shù)量和所需的固體裝載量，粉末的導(dǎo)入可通過關(guān)閉粉末入口而中斷。還可以通過循環(huán)管路進行額外的分散以實現(xiàn)特定的粒徑分布或均勻性，此過程也用于產(chǎn)品的脫氣。與粘度、容器類型和批量大小無關(guān)，一個穩(wěn)定的懸浮液的生產(chǎn)只需傳統(tǒng)混合分散系統(tǒng)幾分之一的時間就能完成。

例如:40噸的二氧化鈦漿料在不到2小時內(nèi)完成。在溶劑或水性涂料中可節(jié)約5~15%的TiO2消耗的可能性已被證實。由于分散區(qū)液體比表面極大增加，可達100萬倍以上，因此甚至可不用潤濕劑，同時高剪切梯度及真空可使得增稠劑和消泡劑用量減少。

在一臺機器上合并了5個處理步驟(排空容器、粉末輸送、粉末導(dǎo)入、粉末濕潤和分散)，Conti-tds 技術(shù)帶來了巨大的工藝合理化潛力。節(jié)省生產(chǎn)時間和能耗。

Conti-TDS粉體潤濕分散系統(tǒng)