آسیاب گلوله‌ای همزن سیاره‌ای با گردش آزمایشگاهی، خنک‌کننده آبی با انرژی بالا

1. مفهوم اصلی: یک مکانیسم "همزن سیاره‌ای" ترکیبی

اصطلاح "همزن سیاره‌ای" احتمالاً به یکی از دو اصل اختلاط پیشرفته اشاره دارد:

گزینه A: حرکت سیاره‌ای همزن‌ها:

به جای یک همزن مرکزی، چندین بازوی همزن روی یک صفحه چرخان نصب می‌شوند (مانند سیارات به دور خورشید). هر همزن نیز حول محور خود می‌چرخد. این امر یک الگوی جریان فوق‌العاده پیچیده و یکنواخت در محفظه آسیاب ایجاد می‌کند و اطمینان می‌دهد که هیچ ناحیه راکدی وجود ندارد و هر ذره تحت پردازش یکسانی قرار می‌گیرد.

گزینه B: برش سیاره‌ای با سرعت بالا:

این سیستم یک جریان "سیاره‌ای" از محیط آسیاب و دوغاب - یک حرکت آشفته و گردابی - را از طریق یک طراحی همزن با سرعت بسیار بالا ایجاد می‌کند که ضربه پرانرژی یک آسیاب گلوله‌ای سیاره‌ای را در یک محفظه ثابت تقلید می‌کند.

نتیجه: این مکانیسم ورودی انرژی و یکنواختی بسیار بیشتری نسبت به یک همزن عمودی ساده ارائه می‌دهد که منجر به کاهش اندازه و اختلاط کارآمدتر می‌شود.

2. ویژگی‌های کلیدی سیستم

الف) سیستم گردش آزمایشگاهی

عملکرد: دوغاب به طور مداوم از محفظه آسیاب پمپ می‌شود، از یک مبدل حرارتی (برای خنک کردن) عبور می‌کند و به محفظه باز می‌گردد. این یک فرآیند پیوسته و حلقه بسته ایجاد می‌کند.

مزایا:

• یکنواختی شدید: گردش مداوم تضمین می‌کند که هر قسمت از دوغاب چندین بار از ناحیه برش بالا عبور می‌کند و در نتیجه توزیع اندازه ذرات باریک حاصل می‌شود.
• نمونه‌برداری دقیق: می‌توان نمونه‌هایی را از خط گردش برای نظارت بر پیشرفت آسیاب در زمان واقعی و بدون توقف فرآیند گرفت.
• مقیاس‌پذیری: آسیاب گردش خون از آزمایشگاه تا حجم تولید بسیار مقیاس‌پذیر است.

ب) ژاکت خنک‌کننده با انرژی بالا

عملکرد: محفظه آسیاب توسط یک ژاکت احاطه شده است که آب (یا خنک‌کننده) با دمای کنترل‌شده از آن عبور می‌کند.

ضرورت: فرآیند آسیاب با "انرژی بالا" به دلیل اصطکاک و ضربه، گرمای قابل توجهی تولید می‌کند. این گرما می‌تواند مواد حساس به حرارت (به عنوان مثال، داروها، پلیمرها، برخی مواد شیمیایی) را تخریب کند و باعث تجمع ناخواسته ذرات ریز شود.

مزایا:

• کنترل دما: در طول کل فرآیند دمای ثابت و پایینی را حفظ می‌کند.
• حفظ یکپارچگی نمونه: برای نمونه‌های بیولوژیکی، ترکیبات حساس به دما و جلوگیری از تبخیر حلال ضروری است.
• امکان زمان‌های آسیاب طولانی‌تر: چرخه‌های آسیاب طولانی‌تری را که برای دستیابی به ظرافت در مقیاس نانو بدون آسیب حرارتی ضروری است، امکان‌پذیر می‌کند.

ج) همزن عمودی برای آسیاب و اختلاط

عملکرد: یک شفت همزن سنگین و مرکزی با دیسک‌ها یا پین‌های تخصصی به داخل محفظه آسیاب امتداد می‌یابد. این مسئول سیال‌سازی محیط آسیاب (به عنوان مثال، دانه‌های زیرکونیای 0.1-1.0 میلی‌متری) و نمونه است.

مزایا:

• آسیاب و اختلاط همزمان: این نه تنها اندازه ذرات را کاهش می‌دهد، بلکه اجزای مختلف را نیز در یک مرحله کاملاً همگن می‌کند.
• راندمان برش بالا: طراحی عمودی و هندسه همزن برای ایجاد حداکثر نیروهای برشی و ضربه‌ای بین دانه‌های آسیاب بهینه شده است.

3. گردش کار فنی

1. بارگیری: محیط آسیاب، نمونه و حلال (برای آسیاب مرطوب) در محفظه بارگیری می‌شوند.
2. آب‌بندی و گردش: سیستم آب‌بندی شده و پمپ گردش خون راه‌اندازی می‌شود.
3. خنک‌کننده: سیستم خنک‌کننده آبی برای تنظیم دمای مورد نظر فعال می‌شود.
4. پردازش: مکانیسم همزن سیاره‌ای با سرعت بالا درگیر می‌شود. دوغاب به طور مداوم از ناحیه برش بالا و حلقه خنک‌کننده عبور می‌کند.
5. نظارت و تکمیل: این فرآیند تا زمانی که اندازه ذرات هدف به دست آید ادامه می‌یابد، که می‌توان با نمونه‌برداری از خط گردش آن را کنترل کرد. در نهایت، محصول تخلیه می‌شود، اغلب از طریق یک الک که محیط آسیاب را جدا می‌کند.

4. خلاصه مزایا

• ظرافت و یکنواختی بی‌نظیر: قادر به دستیابی به ذرات واقعی در مقیاس نانو (<100 نانومتر) با توزیع اندازه بسیار باریک.
• کنترل فرآیند برتر: کنترل دقیق بر دما، نیروی برشی و زمان ماندگاری، تکرارپذیری استثنایی دسته به دسته را تضمین می‌کند.
• ایده‌آل برای مواد حساس به حرارت: سیستم خنک‌کننده آبی برای کاربردهای پیشرفته در داروسازی و بیوتکنولوژی حیاتی است.
• راندمان بالا: ترکیب همزن با انرژی بالا و گردش خون منجر به زمان پردازش به طور قابل توجهی کوتاه‌تر در مقایسه با روش‌های سنتی می‌شود.

5. کاربردهای معمولی

این سیستم برای خواسته‌برانگیزترین وظایف تحقیق و توسعه و تولید در مقیاس کوچک طراحی شده است:

• جوهر و رنگدانه‌های نانو: تولید پراکندگی‌های نانو رنگدانه پایدار و با کارایی بالا برای الکترونیک و پوشش‌ها.
• دوغاب‌های باتری پیشرفته: آسیاب و اختلاط مواد الکترود (کاتدها/آندها) برای دستیابی به پوشش‌های کاملاً همگن و فوق‌العاده ریز.
• نانو سوسپانسیون‌های دارویی: تولید فرمولاسیون‌های دارویی تزریقی یا خوراکی که در آن اندازه ذرات و پایداری برای اثربخشی حیاتی است.
• سرامیک‌های با کیفیت بالا: تهیه پودرهای سرامیکی فوق‌العاده ریز و بدون تجمع برای سرامیک‌های فنی.
• لوازم آرایشی: ایجاد نانو امولسیون‌ها و پراکندگی‌های فوق‌العاده صاف و پایدار برای لوسیون‌ها و کرم‌ها.