Streszczenie
Przesyłanie past o dużej lepkości, takich jak farba drukarska, zawiesina elektrod z baterii litowych oraz sosy i ciasta przeznaczone do kontaktu z żywnością, wymaga specjalistycznego sprzętu, który może przenosić grube, lepkie materiały bez powodowania nadmiernego ścinania lub napowietrzania. Do tego zadania czasami rozważa się dwie technologie: obrotowy zawór proszkowy przystosowany do obsługi pasty i pompę membranową. Chociaż oba mogą przenosić lepkie płyny, ich zasady działania, profile ścinania i możliwości dozowania znacznie się różnią. Obrotowy podajnik śluzy powietrznej zapewnia wyporowe przemieszczanie przez obracające się wnęki przy minimalnej pulsacji. Pompa membranowa wykorzystuje działanie membrany o ruchu posuwisto-zwrotnym do tworzenia suwów ssania i tłoczenia. W tym przewodniku porównano obie technologie pod względem wrażliwości na ścinanie, dokładności objętościowej i wymagań konserwacyjnych, aby pomóc inżynierom w wyborze odpowiedniego rozwiązania do przenoszenia pasty.
A
zawór obrotowy proszkuprzystosowany do lepkiej pasty to wyporowy podajnik obrotowy z precyzyjnie obrobioną obudową i wielołopatkowym lub wielołopatkowym rotorem. Kieszenie rotora są głębsze i szersze niż w przypadku suchego proszku, aby pomieścić dużą ilość pasty na obrót. Luz końcówki jest szerszy, zwykle od 0,30 do 0,80 milimetra, aby zapobiec nadmiernemu ścinaniu lepkiego materiału podczas jego przechodzenia przez pierścieniową szczelinę. Obudowa może być wyposażona w płaszcz w celu kontrolowania temperatury w celu utrzymania optymalnej lepkości pasty. Wirnik napędzany jest motoreduktorem o zmiennej częstotliwości, co pozwala na regulację prędkości wypływu w zakresie od 5 do 50 obrotów na minutę w zależności od konsystencji pasty. Uszczelnienia wału są zazwyczaj podwójnymi uszczelnieniami mechanicznymi z płynem barierowym, aby zapobiec migracji pasty do wnęki łożyska.
Pompa membranowa do podawania pasty to pompa wyporowa napędzana powietrzem lub elektrycznie, wyposażona w dwie elastyczne membrany, które poruszają się tam i z powrotem. Podczas suwu ssania membrana cofa się, tworząc podciśnienie, które zasysa pastę do komory pompy przez zawór zwrotny. Podczas suwu tłoczenia membrana przesuwa się do przodu, wypychając pastę przez zawór zwrotny tłoczenia. Membrany są wykonane z elastomerów, takich jak PTFE, Santoprene lub Hytrel, wybranych pod kątem kompatybilności chemicznej i trwałości przy zginaniu. Pompa pracuje cyklicznie, wytwarzając przepływ pulsacyjny. Pneumatyczne pompy membranowe są szeroko stosowane ze względu na ich zdolność do pracy na sucho, samozasysania i przenoszenia ciał stałych w zawiesinie. W przypadku past o wysokiej lepkości powyżej 50 000 centypuazów wymagane są specjalistyczne pompy membranowe z większymi portami i mocniejszymi membranami.
Fizycznie zawór obrotowy jest urządzeniem obracającym się w sposób ciągły, zapewniającym stały, pulsacyjny przepływ przy minimalnych wahaniach ciśnienia. Pompa membranowa to urządzenie o ruchu posuwisto-zwrotnym, które przy każdym skoku dostarcza dyskretne krople pasty, tworząc mierzalną pulsację. Zawór obrotowy zapewnia bezpośrednią zależność objętościową pomiędzy prędkością wirnika i szybkością tłoczenia. Pompa membranowa zapewnia przepływ w oparciu o długość skoku, częstotliwość skoku i wydajność objętościową, która zmienia się w zależności od przeciwciśnienia i lepkości. Te różnice operacyjne określają, która technologia jest odpowiednia dla danego zastosowania przenoszenia pasty.
Dlaczego wybór pomiędzy zaworem obrotowym a pompą membranową ma znaczenie
Wybór niewłaściwej technologii przenoszenia pasty powoduje wady jakościowe, awarie sprzętu i straty produkcyjne, które mogą być trudne do zdiagnozowania i skorygowania.
Wrażliwość na ścinanie i degradacja materiału
Pasty o wysokiej lepkości często zawierają delikatne struktury, które mogą zostać uszkodzone przez nadmierne ścinanie. Zawiesiny katod baterii litowych zawierają nanorurki węglowe i polimery wiążące, które tworzą strukturę sieciową. Nadmierne ścinanie powoduje przerwanie tych sieci, zmniejszając przewodność elektryczną i przyczepność. Farby drukarskie zawierają aglomeraty pigmentu, które muszą pozostać rozproszone. Pasty spożywcze, takie jak majonez czy jogurt, zawierają zemulgowane kropelki tłuszczu, które mogą pęknąć w przypadku zbyt agresywnego ścinania. Pompy membranowe wytwarzają duże siły ścinające na zaworach zwrotnych oraz podczas przepychania pasty przez wąskie otwory przelotowe. Działanie posuwisto-zwrotne tworzy również zlokalizowane strefy dużej prędkości. Zawory obrotowe wytwarzają znacznie mniejsze ścinanie. Pasta jest delikatnie przenoszona w kieszeniach rotora przy minimalnym gradiencie prędkości. W przypadku past wrażliwych na ścinanie zdecydowanie preferowany jest zawór obrotowy.
Dokładność wolumetryczna i pomiary
W przypadku powlekania elektrod akumulatorowych aktywną zawiesinę należy nałożyć na folię o dokładnej grubości na mokro, zwykle kontrolowanej przez powlekarkę szczelinową zasilaną przez pompę dozującą. Szybkość podawania musi być dokładna z dokładnością do plus minus 1 procent, aby zachować jednorodność powłoki. Zawór obrotowy z napędem sterowanym serwo może osiągnąć ten poziom dokładności, ponieważ każdy obrót wirnika przemieszcza znaną objętość. Pompy membranowe są mniej dokładne, ponieważ wydajność objętościowa zmienia się wraz z przeciwciśnieniem. Gdy matryca powlekająca zwiększa ciśnienie, membrana lekko się ugina, a poślizg wewnętrzny wzrasta, zmniejszając efektywne natężenie przepływu. W przypadku zastosowań związanych z precyzyjnym powlekaniem właściwym wyborem będzie zawór obrotowy lub pompa zębata. Pompy membranowe są dopuszczalne do przenoszenia ze zbiornika mieszającego do zbiornika magazynującego, gdzie dokładne natężenie przepływu jest mniej krytyczne.
Porwane powietrze i pienienie
Lepkie pasty mają tendencję do zatrzymywania powietrza, co powoduje powstawanie pustych przestrzeni w produkcie końcowym. Pompy membranowe wciągają pastę do komory poprzez zasysanie, co może wciągnąć powietrze do pasty i wytworzyć pianę. Jest to szczególnie problematyczne w zastosowaniach spożywczych, gdzie włączenie powietrza wpływa na teksturę i okres przydatności do spożycia. Zawory obrotowe nie opierają się na ssaniu. Pasta jest wpychana do kieszeni rotora pod wpływem ciśnienia głowicy ze zbiornika zasilającego lub za pomocą ślimaka podającego. Wyporowe działanie minimalizuje napowietrzanie. W przypadku zastosowań wymagających niskiej zawartości powietrza lepszym wyborem jest zawór obrotowy.
Konserwacja i wymiana części eksploatacyjnych
Pompy membranowe mają skończoną żywotność membrany. W przypadku pasty ściernej membrana może ulec uszkodzeniu po 2000 do 8000 godzinach pracy. Wymiana membrany wymaga odłączenia pompy, otwarcia komory i założenia nowej membrany. Zawory zwrotne również ulegają zużyciu i wymagają okresowej regeneracji. Zawory obrotowe mają mniej części zużywalnych mających kontakt z pastą. Końcówki wirnika mogą z czasem się zużywać, ale większy luz stosowany podczas smarowania zmniejsza efekt tarcia. Uszczelnienia mechaniczne są głównym elementem konserwacji i zwykle wytrzymują od 4000 do 8000 godzin. W przypadku zakładów o ograniczonych zasobach konserwacyjnych zawór obrotowy zapewnia prostszy długoterminowy profil konserwacji.
Możliwość czyszczenia i zmiany produktu
Zakłady spożywcze i farmaceutyczne często zmieniają produkty, co wymaga dokładnego czyszczenia pomiędzy partiami. Pompy membranowe mają złożone kanały wewnętrzne z zaworami zwrotnymi, komorami membranowymi i wnękami kolektora, które są trudne do całkowitego oczyszczenia. Zawory obrotowe mają prostą geometrię wewnętrzną z cylindrycznym otworem i kieszeniami wirnika, które można skutecznie przepłukiwać. Sanitarne zawory obrotowe z przyłączami do czyszczenia na miejscu i elektropolerowanymi powierzchniami spełniają rygorystyczne wymagania dotyczące czystości w zakładach spożywczych i farmaceutycznych. W przypadku częstej zmiany produktu preferowany jest zawór obrotowy.
Jak wybrać pomiędzy zaworem obrotowym a pompą membranową
Wybór zależy od lepkości pasty, wrażliwości na ścinanie, wymagań dotyczących dokładności i ograniczeń instalacji. Poniższe scenariusze ilustrują prawidłowe zastosowanie każdej technologii.
Scenariusz 1 Transfer zawiesiny elektrod akumulatorowych
Zawiesina katodowa akumulatorów litowo-jonowych zawiera substancję czynną NCM lub LFP, sadzę, spoiwo PVDF i rozpuszczalnik NMP. Lepkość wynosi zazwyczaj od 3000 do 8000 centypuazów. Zawiesina jest wrażliwa na ścinanie i musi być przenoszona do maszyny powlekającej bez pęcherzyków powietrza. Obrotowy podajnik śluzy powietrznej z obudową z płaszczem, rotorem pokrytym ceramiką i podwójnymi uszczelnieniami mechanicznymi zapewnia delikatne i dokładne podawanie. Pompa membranowa spowodowałaby nadmierne ścinanie i napowietrzenie, pogarszając jakość szlamu. Zawór obrotowy to oczywisty wybór.
Scenariusz 2 Cyrkulacja atramentu drukarskiego
Lepkość farby drukarskiej waha się od 500 do 5000 centypuazów, w zależności od procesu. Atrament musi krążyć ze zbiornika do platformy drukującej i z powrotem. Do tego zadania powszechnie używa się pompy membranowej, ponieważ radzi sobie z lepkością, jest łatwa w utrzymaniu i może pracować na sucho, jeśli poziom atramentu spadnie. Ścinanie wytwarzane przez pompę jest akceptowalne, ponieważ formuła farb drukarskich jest odporna na pompowanie. W przypadku cyrkulacji atramentu pompa membranowa jest praktycznym i opłacalnym wyborem.
Scenariusz 3 Nadzienie pastą spożywczą
Do przenoszenia koncentratu pomidorowego, masła orzechowego lub serka śmietankowego z kotła przetwórczego do maszyny napełniającej zawór obrotowy zapewnia dokładne dozowanie i delikatną obsługę. Pasta jest wypychana w sposób wymuszony, bez wprowadzania powietrza. Do przenoszenia do zbiornika magazynowego można zastosować pompę membranową, ale pulsacja i napowietrzanie sprawiają, że nie nadaje się ona do bezpośredniego podawania do dyszy napełniającej. W końcowym etapie dozowania preferowany jest zawór obrotowy.
Scenariusz 4 Ścierny poślizg ceramiczny
Płytki ceramiczne zawierające cząstki tlenku glinu lub tlenku cyrkonu są bardzo ścierne. Pompa membranowa z ceramicznymi kulkami zwrotnymi i gniazdami jest w stanie wytrzymać ścieranie, ale membrany zużywają się pod wpływem zawieszonych w nich ciał stałych. Zawór obrotowy z wirnikiem z ceramiczną końcówką i otworem wyłożonym ceramiką radzi sobie z tym samym poślizgiem przy mniejszym zużyciu obracających się elementów. W celu ciągłego przenoszenia poślizgu ścierniwa zawór obrotowy zapewnia dłuższą żywotność.
Scenariusz 5 Pasta o wysokiej zawartości części stałych
Pasty o zawartości cząstek stałych powyżej 60 procent objętościowych, takie jak niektóre mieszanki ogniotrwałe lub materiały o konsystencji ciasta, mogą nie przepływać łatwo do króćca ssawnego pompy membranowej. Pompa może ulec kawitacji lub utracić siłę zasysania. Zawór obrotowy z lejem zasypowym umieszczonym nad wlotem wpycha pastę do kieszeni rotora, zapewniając dobre napełnienie. W przypadku past o wyjątkowo dużej zawartości substancji stałych jedyną niezawodną opcją jest zawór obrotowy.
Przykład zastosowania
Gigafabryka baterii litowych na Węgrzech przeniosła zawiesinę NCM z mieszalnika planetarnego do maszyny do powlekania za pomocą pneumatycznych pomp membranowych. Pompy wprowadziły mikropęcherzyki do zawiesiny, powodując defekty typu otworków w powłoce elektrody. Wskaźnik defektów osiągnął 4,2 procent, co spowodowało, że koszty złomowania przekroczyły 800 000 dolarów miesięcznie. Doebritz zastąpił pompy membranowe obrotowymi podajnikami śluzy powietrznej z obudowami ze stali nierdzewnej z płaszczem, wirnikami pokrytymi PTFE i magnetycznymi uszczelnieniami napędu, aby wyeliminować ryzyko zanieczyszczenia płynu barierowego w uszczelnieniu mechanicznym. Zawory obrotowe dostarczały zawiesinę ze stałym przepływem 12 litrów na minutę przy zerowym wykrywalnym napowietrzeniu. Wskaźnik defektów otworkowych elektrody spadł do 0,3 procent, co pozwoliło zaoszczędzić ponad 700 000 dolarów miesięcznie na zmniejszonej liczbie złomu. Zakład zgłosił również, że zawory obrotowe były łatwiejsze do czyszczenia pomiędzy zmianami produktów, co skróciło czas zmiany produktu o 35 procent.
Często zadawane pytania
Czy pompa membranowa poradzi sobie z pastą o lepkości powyżej 100 000 centypuazów
Specjalistyczne pompy membranowe mogą obsługiwać lepkość do 200 000 centypuazów, ale natężenie przepływu znacznie spada, a pompa wymaga zbyt dużych portów i mocniejszych membran. Zawór obrotowy jest na ogół bardziej skuteczny w przypadku past o bardzo dużej lepkości.
Które urządzenie jest lepsze w przypadku materiałów wrażliwych na ścinanie
Zawór obrotowy wytwarza znacznie mniejsze ścinanie niż pompa membranowa. Delikatne działanie kieszonkowe pozwala zachować delikatne struktury w zawiesinach akumulatorowych, tuszach i emulsjach spożywczych.
Jak dokładny jest zawór obrotowy do dozowania pasty
Zawór obrotowy z serwonapędem i precyzyjną regulacją prędkości może osiągnąć dokładność dozowania od plus minus 0,5 do 1 procent. Jest to lepsze rozwiązanie w porównaniu z pompą membranową, która w idealnych warunkach zazwyczaj osiąga plus minus 3 do 5 procent.
Czy zawór obrotowy może pracować na sucho
W przeciwieństwie do pompy membranowej, zawór obrotowy nie może pracować na sucho przez dłuższy czas. Bez pasty w kieszeniach końcówki wirnika mogą stykać się z otworem i ulegać zużyciu. Niektóre zawory obrotowe ze specjalnymi materiałami końcówek mogą tolerować krótkotrwałą pracę na sucho, ale ciągła praca na sucho spowoduje uszkodzenie zaworu.
Czy Doebritz produkuje pompy membranowe
Doebritz specjalizuje się w proszkowych zaworach obrotowych i obrotowych podajnikach śluz powietrznych. Nie produkujemy pomp membranowych. W przypadku zastosowań związanych z przenoszeniem pasty, gdzie odpowiednia jest pompa membranowa, możemy polecić wykwalifikowanych dostawców i pomóc w określeniu odpowiedniego materiału membrany i rozmiaru pompy dla charakterystyki pasty.
Wniosek
Wybór pomiędzy obrotowym zaworem proszkowym a pompą membranową do przenoszenia lepkiej pasty zależy od specyficznych wymagań aplikacji. Pompy membranowe oferują prostotę, możliwość samozasysania i łatwość konserwacji w przypadku ogólnych zadań związanych z transportem. Obrotowe podajniki śluzy powietrznej zapewniają doskonałą kontrolę ścinania, wyższą dokładność dozowania i lepszą łatwość czyszczenia w zastosowaniach precyzyjnych w przemyśle akumulatorowym, atramentowym i spożywczym. W przypadku wrażliwych na ścinanie past o wysokiej wartości, których jakość nie może zostać pogorszona, technologią z wyboru jest zawór obrotowy. W przypadku wytrzymałego, przerywanego transportu mniej wrażliwych materiałów pompa membranowa pozostaje praktycznym koniem pociągowym. Zrozumienie profilu ścinania, wymagań dotyczących dokładności i konsekwencji konserwacji każdego urządzenia zapewnia właściwy wybór dla danego procesu obsługi pasty.
Określ odpowiednią technologię transferu pasty dla swojej aplikacji. Skontaktuj się z Doebritz Shanghai Co., Ltd. już dziś, aby omówić wymagania dotyczące lepkości pasty, wrażliwości na ścinanie i dokładności. Nasi inżynierowie zalecą optymalną konfigurację obrotowego podajnika śluzy powietrznej dla danego zastosowania atramentu, zawiesiny akumulatorowej lub pasty spożywczej i przedstawią szczegółową ofertę dostosowaną do Twojego procesu.
Twoja wiadomość musi mieć od 20 do 3000 znaków!