¿Qué soluciones existen para tamaños de lote flexibles (productos en polvo) de 5 a 5000 litros en el mismo tipo de mezclador?
El procesamiento de lotes de entre 5 y 5000 litros plantea elevados requisitos a la técnica de mezclado y al desarrollo del proceso. En este contexto deben distinguirse dos cuestiones. En primer lugar, se trata de la cantidad de llenado mínima y máxima que un único mezclador puede procesar de forma razonable. En segundo lugar, se trata de la transferibilidad de un proceso de mezclado desde la instalación de laboratorio a mezcladores de producción más grandes de la misma serie.
Por lo general, una única máquina mezcladora no puede cubrir de forma razonable un rango de 5 a 5000 litros. Esto corresponde a una relación de 1 a 1000. Con cantidades de llenado muy pequeñas, las herramientas de mezclado no pueden sumergirse suficientemente en el producto. Además, la fricción con la pared, las cantidades residuales, la capacidad de vaciado y el esfuerzo de limpieza cobran gran importancia en los lotes pequeños. Por ello, en la práctica suele ser mejor solución una serie de mezcladores geométrica y funcionalmente comparables, con mezcladores de laboratorio, piloto y de producción.
Para grados de llenado muy variables son adecuados especialmente los sistemas de mezclado verticales con geometría de recipiente cónica. Los mezcladores de husillo cónico según el principio Nauta conducen el producto hacia el punto más bajo del recipiente. Un husillo giratorio puede así seguir siendo eficaz sobre el producto incluso con un llenado comparativamente bajo. Los mezcladores verticales de uno o dos ejes con herramientas de mezclado de gran superficie que trabajan cerca del fondo también pueden cubrir un amplio rango de grado de llenado. Sin embargo, si se alcanza una determinada cantidad de llenado mínima depende siempre del material a granel, el tamaño de grano, el peso a granel, el comportamiento de flujo, la tarea de mezclado y la geometría de la herramienta.
Una elevada flexibilidad dentro de una máquina requiere una geometría adecuada del recipiente y de la herramienta de mezclado. Los fondos cónicos o las geometrías de fondo diseñadas de forma específica garantizan que, incluso con un llenado parcial, haya suficiente producto en la zona de acción de la herramienta de mezclado. Las herramientas dispuestas cerca del fondo pueden mejorar el movimiento del producto en la zona inferior y reducir la formación de zonas sin movimiento.
Los accionamientos regulados por frecuencia permiten adaptar la velocidad de giro y la intensidad de mezclado al grado de llenado y a las propiedades del producto. Una velocidad de giro más baja puede proteger las partículas sensibles, mientras que una velocidad de giro más alta acelera el mezclado en determinadas tareas. Sin embargo, la velocidad de giro necesaria no debe derivarse únicamente de un aporte de potencia específico constante. En los productos a granel secos, la gravedad, la fricción con la pared, la forma de la partícula y la cohesión también determinan el comportamiento de mezclado.
Una buena capacidad de vaciado es especialmente importante en lotes pequeños. Los órganos de descarga con pocos espacios muertos y una geometría de recipiente constructivamente favorable reducen las cantidades residuales. Cuanto más pequeño es el lote, mayor es la influencia porcentual de los residuos de producto en el rendimiento, la fidelidad a la formulación y la contaminación cruzada. Si el producto debe termorregularse, puede resultar útil una ejecución de calentamiento o enfriamiento adaptada. Sin embargo, en los productos en polvo debe comprobarse si la transmisión de calor es suficiente con un llenado bajo.
En la práctica, el rango de 5 a 5000 litros se cubre mediante una serie de mezcladores con varios tamaños constructivos. Para un escalado fiable, los mezcladores deberían ser comparables en su geometría básica y su modo de funcionamiento. Entre ellos figuran, entre otros, la relación entre la herramienta de mezclado y el diámetro del recipiente, la altura del recipiente, la posición de las herramientas y el tipo de movimiento del producto.
En el escalado pueden servir de orientación magnitudes como la velocidad periférica, el número de Froude, el aporte de potencia específico o el aporte de energía. Sin embargo, estas magnitudes no pueden mantenerse constantes simultáneamente. Qué magnitud es decisiva para la transferencia depende de la tarea de mezclado. En los productos a granel de libre fluidez suele predominar el movimiento convectivo del producto. En los polvos cohesivos, húmedos o con aglomerados, el efecto de cizalla, el tiempo de mezclado y el diseño de las herramientas de trituración pueden ser más importantes.
Una serie de mezcladores geométricamente similares reduce el esfuerzo de desarrollo, pero no sustituye los ensayos a escala piloto o de producción. Las diferencias en el grado de llenado, la presión del producto, el peso a granel, el vaciado y el tiempo de adición pueden influir en la calidad de mezcla. Por ello, las formulaciones críticas deberían probarse con el producto original en varios tamaños constructivos. Además de la calidad de mezcla, se evalúan la tendencia a la segregación, la protección del producto, el vaciado residual, la limpiabilidad y la reproducibilidad.
La solución razonable desde el punto de vista económico y de la ingeniería de procesos consiste, en la mayoría de los casos, en una serie de mezcladores coherente para laboratorio, planta piloto y producción. Se complementa con mezcladores con un rango de grado de llenado utilizable lo más amplio posible, accionamientos regulados por frecuencia, un vaciado con pocos espacios muertos y una geometría de herramienta de mezclado adaptada al producto. De este modo pueden fabricarse lotes de desarrollo, cantidades piloto y lotes de producción con un efecto de mezclado comparable, sin superar los límites físicos de una única máquina.
Rangos de lote y tamaños constructivos: la técnica de mezclado de amixon® de 5 litros a 100 metros cúbicos
amixon® ofrece soluciones de mezclado para lotes de desarrollo, cantidades piloto y lotes de producción de gran volumen. El espectro abarca desde pequeños mezcladores de un eje a partir de aproximadamente 5 litros hasta grandes mezcladores Gyraton® para lotes de hasta unos 100 metros cúbicos. En este contexto, lo decisivo no es solo el volumen nominal, sino la cuestión de con qué grado de llenado, con qué producto y en qué tiempo debe alcanzarse una calidad de mezcla definida.
Elevada flexibilidad dentro de un mezclador
Muchos mezcladores amixon® pueden cubrir un amplio rango de grado de llenado. En función del tipo de mezclador, el producto y la tarea de mezclado son posibles grados de llenado de aproximadamente el 10 al 100 % del volumen útil. De este modo, un mezclador de producción puede procesar distintos tamaños de lote sin que se necesite una instalación propia para cada tamaño de lote.
Un HM 7000 puede procesar, por ejemplo, con una formulación y un diseño adecuados, tanto lotes parciales como el lote nominal completo. Sin embargo, si con 800 litros y con 7000 litros se alcanzan el mismo tiempo de mezclado y la misma calidad de mezcla debe comprobarse con el producto original. Un amplio rango de grado de llenado reduce la necesidad de máquinas adicionales, pero no sustituye la evaluación referida al proceso ni, en su caso, la cualificación de los distintos tamaños de lote.
La retícula de tamaños constructivos de amixon®
Los mezcladores de un eje de la serie EM son adecuados para lotes de desarrollo, lotes pequeños y lotes just-in-time. Según la ejecución, pueden emplearse bidones normalizados como recipiente de mezclado. Esto facilita el procesamiento de cantidades pequeñas y puede evitar los pasos de trasvase.
Los mezcladores de contenedor de la serie COM emplean el Mixtainer® o el IBC como cámara de mezclado. Cubren lotes de aproximadamente 100 a 4000 litros y son especialmente adecuados para procesos en los que el recipiente se utiliza simultáneamente como recipiente de transporte, almacenamiento y mezclado.
Los mezcladores verticales y los mezcladores cónicos de las series VM, HM y AM, así como los secadores-mezcladores de vacío y reactores de las series VMT y AMT, están disponibles en numerosos tamaños constructivos. De este modo, la capacidad de la instalación puede adaptarse estrechamente al tamaño de lote requerido. Las ejecuciones especiales permiten además grandes volúmenes útiles de hasta aproximadamente 50 000 litros.
Para lotes grandes está disponible el Gyraton® GM. Puede diseñarse para lotes en el rango de aproximadamente 10 a 100 metros cúbicos. El tamaño constructivo concreto se determina en función del producto, el tiempo de mezclado exigido, el grado de llenado, la situación de montaje y la logística de materiales.
Como complemento, amixon® ofrece soluciones de mezclado y granulación continuas. Estas resultan útiles cuando lo prioritario no son lotes individuales, sino un caudal másico uniforme. La elección entre proceso por lotes y continuo se orienta según la formulación, el rendimiento, el requisito de limpieza y el grado de flexibilidad necesario.
El rendimiento surge de todo el proceso
El rendimiento real de una instalación de mezclado no se deriva únicamente del tamaño de lote. Son determinantes el tiempo de mezclado, el llenado, la dosificación, el vaciado, la limpieza y el cambio entre formulaciones. Por ello, amixon® considera el tiempo de ciclo como un proceso global.
Un vaciado rápido y lo más completo posible puede mejorar considerablemente la disponibilidad de la instalación. El KoneSlid® KS permite una descarga rápida del producto. Los elementos ComDisc® favorecen el vaciado residual y ayudan a reducir el riesgo de segregación durante la descarga. El tiempo de vaciado y la cantidad residual alcanzables dependen siempre del producto y de la configuración concreta de la instalación.
Escalado con verificación en el centro de ensayos
Las series de amixon® están diseñadas de modo que la tarea de mezclado correspondiente pueda transferirse de forma sistemática desde el desarrollo hasta la producción. Dentro de una serie de mezcladores, el modo de funcionamiento básico del mezclado y los elementos que actúan sobre el producto permanecen comparables. No obstante, un escalado no queda garantizado únicamente por la semejanza geométrica constructiva.
Por ello, los ensayos de mezclado con el producto original son un componente central del diseño. En el centro de ensayos de amixon® en Paderborn hay disponibles más de 30 instalaciones de prueba en distintos tamaños constructivos. Además, hay centros de ensayos en Japón, India, Tailandia, China, Corea del Sur y Estados Unidos. Los ensayos pueden realizarse con grados de llenado y tamaños de lote realistas, así como con las condiciones de temperatura y presión previstas.
Se evalúan la calidad de mezcla, la protección del producto, el aporte de energía, la capacidad de vaciado, la limpiabilidad y la reproducibilidad. Los resultados constituyen la base para la selección del tamaño constructivo y la determinación de los parámetros de proceso en el posterior funcionamiento en serie.
Diseño higiénico para el cambio de lote
El diseño higiénico de amixon® (amixon® Hygienic Design) favorece los cambios rápidos de producto y una buena limpiabilidad. La cámara de mezclado y el órgano mezclador están soldados y pulidos sin juntas. El órgano mezclador está apoyado exclusivamente en la parte superior. De este modo puede prescindirse de un paso de eje inferior en contacto con el producto.
Las puertas de inspección Clever-Cut® con juntas OmgaSeal® crean un buen acceso a las superficies en contacto con el producto. Los órganos de descarga con pocos espacios muertos y las lanzas de lavado integradas de forma opcional favorecen la limpieza en seco o en húmedo. Según la aplicación, la ejecución puede adaptarse a los requisitos higiénicos de la industria alimentaria, farmacéutica o química.
amixon® ofrece así, no una única máquina para todo el rango de 5 a 5000 litros, sino un sistema modular coordinado. Combina grados de llenado flexibles dentro de cada mezclador con una amplia selección de tamaños constructivos y una verificación cercana al proceso en el centro de ensayos.