¿Qué mezcladores continuos son adecuados para formulaciones de detergentes con aditivos líquidos?
En la fabricación continua de polvos y granulados detergentes, los componentes líquidos como los tensioactivos no iónicos, los aceites de perfume, los antiespumantes, las disoluciones poliméricas o los aglutinantes se incorporan a una mezcla sólida. Las enzimas, los blanqueantes, los abrillantadores ópticos y los aromas suelen dosificarse solo después de las etapas principales de alta intensidad energética o térmica, porque la humedad, el calor y la solicitación mecánica pueden afectar a su estabilidad. Por ello, en los detergentes las enzimas se emplean a menudo como granulados protegidos.
La selección del sistema de mezclado depende sobre todo de la cantidad y la viscosidad del líquido, la densidad aparente y el comportamiento de flujo del polvo base, la estructura de granulado deseada, la sensibilidad de los ingredientes, el rendimiento, la necesidad de limpieza y el aporte de energía admisible. Además, es decisivo si la adición de líquido debe generar únicamente una humectación homogénea o si se prevé una aglomeración, granulación, recubrimiento, secado o enfriamiento específicos.
Los mezcladores de capa anular continuos y los granuladores de capa anular son especialmente adecuados para una humectación y aglomeración intensivas y rápidas. Mediante herramientas giratorias, el polvo se conduce a lo largo de la pared de la cámara de mezclado como una capa anular dinámica; los componentes líquidos se pulverizan sobre esta capa en movimiento. El elevado movimiento relativo favorece la distribución de pequeñas cantidades de líquido y la formación de granulado. Sin embargo, con una dosificación de líquido demasiado alta o una solicitación mecánica excesiva pueden producirse sobretamaño, incrustaciones, desgaste o un calentamiento no deseado. Por ello, los sistemas de capa anular resultan especialmente adecuados cuando, además del mezclado, se desea una granulación o compactación específicas.
Los mezcladores continuos de rejas de arado generan un lecho de producto fluidizado mecánicamente. Mediante lanzas de dosificación o boquillas de pulverización pueden incorporarse líquidos en la zona de polvo en movimiento. Son versátiles cuando se desea humectar un polvo base detergente con tensioactivos líquidos, componentes de perfume u otros aditivos. Las herramientas de trituración adicionales pueden limitar la sobrehumectación local y la formación de grumos, pero aumentan el aporte de energía y la solicitación mecánica del producto. Por ello, solo deberían emplearse cuando la formulación y la estructura de partícula deseada así lo requieran.
Los mezcladores de paletas de doble eje son adecuados para procesos continuos con un aporte de energía moderado y una elevada capacidad de recirculación. Los ejes de paletas contrarrotantes generan una zona de mezclado superpuesta, en la que los componentes secos y los aditivos líquidos pueden distribuirse de manera uniforme. Resultan especialmente interesantes cuando se desea incorporar granulados sensibles, por ejemplo enzimas recubiertas, granulados blanqueantes o vehículos de aroma, de la forma más cuidadosa posible. Sin embargo, los datos sobre proporciones máximas de líquido o rendimientos no son generalizables. Dependen de la formulación, la viscosidad, la superficie del sólido, el tamaño del aparato y la estructura de producto deseada, y deben comprobarse mediante ensayo.
Las instalaciones continuas de lecho fluido son adecuadas cuando la adición de líquido debe combinarse con granulación, secado, enfriamiento o recubrimiento. En un lecho fluido, las partículas se fluidizan mediante aire de proceso mientras los líquidos se aplican a través de boquillas. Así pueden formarse granulados de baja formación de polvo y buena fluidez, o dotarse a componentes sensibles de capas de protección. Esta técnica se emplea, por ejemplo, cuando los granulados detergentes deben secarse, enfriarse o recubrirse de forma específica. Las necesidades de energía, así como los requisitos de tratamiento del aire de salida, separación de polvo y regulación del proceso, son mayores en comparación con un mezclador de flujo continuo simple.
Los mezcladores continuos verticales o los mezcladores de husillo cónico pueden ser adecuados con componentes muy sensibles a la cizalla, polvorientos o propensos a la rotura. Su punto fuerte reside en la homogeneización cuidadosa. Sin embargo, para líquidos de alta viscosidad, cantidades de líquido mayores o una aglomeración específica, suelen ser menos adecuados que los sistemas más intensivos de capa anular, de rejas de arado o de doble eje. Por ello, son más bien una solución especial para mezclas finales con baja proporción de líquido o para la incorporación de aditivos secos sensibles.
Para la dosificación de líquidos son adecuados los dosificadores gravimétricos de sólidos y las dosificaciones de líquido reguladas por caudal másico. Con aditivos viscosos se emplean con frecuencia bombas volumétricas, conductos con control de temperatura y boquillas calentables. Los medidores Coriolis pueden utilizarse para registrar y regular el caudal másico de líquido; deben comprobarse su selección, montaje, calibración y la idoneidad para la viscosidad correspondiente. La técnica de pulverización debe diseñarse de modo que el tamaño de gota, el patrón de pulverización, el rendimiento y la posición de la boquilla se adapten al flujo de producto. Una adición demasiado gruesa o concentrada localmente favorece la formación de grumos y depósitos, mientras que una atomización demasiado fina puede provocar pérdidas o carga del aire de salida en el caso de componentes volátiles.
En el caso de los aromas y las enzimas, suele ser razonable una posdosificación tardía y controlada. Los aceites de perfume pueden aplicarse sobre un granulado base terminado y suficientemente frío. Las enzimas se emplean habitualmente como granulados o granulados recubiertos, para reducir la liberación de polvo y las pérdidas de actividad. La humedad y los productos químicos blanqueantes oxidantes pueden afectar a la estabilidad de las enzimas; por ello, el orden de dosificación, el tiempo de contacto, la temperatura y el contenido de agua de la formulación deben determinarse de forma específica.
Una distribución estrecha del tiempo de permanencia ayuda a controlar mejor la homogeneidad y el tiempo de contacto de los aditivos sensibles. Sin embargo, su amplitud real viene determinada por la geometría del mezclador, el grado de llenado, el rendimiento, la retromezcla y las propiedades del producto; no puede atribuirse de forma genérica a un tipo de mezclador determinado. Además, en caso de cambios frecuentes de formulación o de aroma son importantes unas zonas de producto bien accesibles, tiempos cortos de vaciado residual y un procedimiento de limpieza coordinado, para limitar la contaminación cruzada y los tiempos de parada.
Así regula amixon® el mezclado continuo con adición de líquido en el mezclador continuo AMK
El mezclador continuo AMK de amixon® está diseñado para tareas de mezclado continuo con productos secos, húmedos y en suspensión. Puede emplearse cuando los sólidos se dosifican de forma continua y, en caso necesario, se les aplican líquidos como tensioactivos, aromas, aceites, aglutinantes u otros aditivos. Sin embargo, que un líquido pueda procesarse sin incrustaciones, formación de grumos o afectación de componentes sensibles depende de la formulación, la viscosidad, la cantidad de dosificación, el tamaño de gota, la temperatura del producto, la intensidad de mezclado y el concepto de limpieza, y debe comprobarse para cada aplicación concreta.
Al arrancar el AMK, el órgano de descarga permanece inicialmente cerrado. Los órganos de dosificación gravimétricos arrancan simultáneamente con un caudal másico bajo y ajustan sus flujos de dosificación entre sí durante el proceso de estabilización. El grado de llenado en el mezclador aumenta de forma continua. En cuanto se alcanza aproximadamente la mitad de la cantidad de llenado, arranca el accionamiento del mezclador. Con un grado de llenado de aproximadamente el 80 por ciento del contenido útil, el órgano de descarga se abre lentamente. A continuación, este grado de llenado se mantiene constante mientras los flujos de dosificación se aumentan gradualmente hasta el caudal másico previsto. Esta estrategia de arranque tiene por objeto garantizar que el producto solo se descargue después de una mezcla suficiente.
La parada también se realiza de forma controlada. Los órganos de dosificación reducen su caudal másico de forma sucesiva y se desconectan conjuntamente al final. El mezclador sigue funcionando durante este proceso y se vacía a través del órgano de descarga. El procedimiento puede reducir de forma notable las cantidades de arranque y de parada con una calidad de mezcla insuficiente. Que realmente no sea necesario desechar producto depende de la formulación concreta, del requisito de homogeneidad, de la calidad de regulación de la dosificación y de la estrategia de liberación de la planta.
Según amixon®, el grado de llenado puede ajustarse en un rango de aproximadamente el 10 al 80 por ciento del contenido útil. El tiempo de permanencia se ve influido por el grado de llenado y el rendimiento y, según el fabricante, puede ajustarse con independencia de la velocidad de giro de la herramienta de mezclado. Con ello, la intensidad de mezclado y el tiempo de permanencia medio pueden adaptarse por separado dentro de amplios márgenes. Sin embargo, la distribución real del tiempo de permanencia se ve influida además por las propiedades del producto, la geometría del mezclador, el rendimiento, la retromezcla y la adición de líquido. Especialmente en el caso de requisitos críticos de dosificación y homogeneidad, debería asegurarse mediante medición o mediante ensayos de mezclado representativos.
El órgano mezclador SinConvex® genera un movimiento de producto tridimensional. Según la ejecución de la herramienta y la velocidad de giro, el AMK puede diseñarse para una homogeneización cuidadosa o una desaglomeración más intensiva. Para las adiciones de líquido son decisivos la ubicación del punto de incorporación, la distribución del líquido en el flujo de producto y la coordinación entre la boquilla, la técnica de transporte y el funcionamiento del mezclador. Una adición finamente distribuida en una zona de producto suficientemente en movimiento puede mejorar la homogeneidad y limitar la sobrehumectación local. Con aditivos de alta viscosidad pueden ser necesarios depósitos, conductos o boquillas con control de temperatura.
Según el fabricante, el AMK también puede funcionar por lotes. Este modo de funcionamiento puede resultar razonable, por ejemplo, para ensayos de producto, formulaciones de menor tamaño, premezclas o procesos con una conducción distinta de grado de llenado y tiempo de permanencia. Para el posterior funcionamiento continuo, los flujos de dosificación de todos los componentes principales y secundarios deben ser estables y reproducibles; en el caso de ingredientes dosificados en cantidades bajas puede ser necesaria una premezcla.
Según amixon®, la gama de tamaños constructivos incluye, entre otros, el AMK 50, con un caudal volumétrico de aproximadamente 1 a 3 m³/h, así como tamaños mayores hasta el AMK 3000, con aproximadamente 45 a 135 m³/h. Estos valores deben entenderse como magnitudes orientativas del aparato. El rendimiento másico realmente alcanzable depende de la densidad aparente, la humedad, el comportamiento de flujo, la formulación, el tiempo de permanencia requerido y la tarea de mezclado.
Para aplicaciones en la producción de detergentes, el AMK puede emplearse para la homogeneización continua y la adición de líquido. Los aromas u otros aditivos sensibles suelen incorporarse solo después de las etapas previas especialmente intensivas en energía o térmicas. En el caso de las enzimas debe tenerse en cuenta que la humedad, la temperatura, los blanqueantes oxidantes y el desgaste mecánico pueden influir en su estabilidad. Por ello, en los polvos detergentes las enzimas se dosifican a menudo como granulados protegidos y se incorporan en condiciones controladas.
Según el fabricante, la cámara de mezclado del AMK está diseñada para la zona ATEX 20. Los equipamientos higiénicos, las aberturas de inspección, los órganos de descarga con pocos espacios muertos, las juntas y las opciones de limpieza pueden elegirse de forma específica para cada proyecto. Que una instalación cumpla los requisitos EHEDG, FDA o 3-A no viene determinado únicamente por el tipo de mezclador. Son decisivos la ejecución elegida, los materiales en contacto con el producto, las superficies, las juntas, la técnica de limpieza y la validación documentada del proceso previsto.