¿Qué ventajas ofrece un mezclador vertical de doble eje al mezclar y humectar polvos cohesivos?
Los mezcladores verticales de doble eje también resultan ventajosos cuando se desea humectar, homogeneizar o convertir polvos cohesivos en un estado similar a una masa. En este proceso desempeña un papel el comportamiento de flujo cambiante del material a granel. Este está determinado en gran medida por la cohesión, la adhesión, el contenido de humedad, la distribución del tamaño de partícula y la porosidad. La cohesividad de un polvo y su función de flujo pueden determinarse, por ejemplo, con un aparato de cizalla Jenike. En este ensayo se determinan la fricción interna y la fricción con la pared bajo tensiones de consolidación definidas. Los resultados, en forma de lugares geométricos de flujo (fließorte), son relevantes, entre otros aspectos, para evaluar la formación de puentes, la formación de canales y el comportamiento de descarga.
Cuanto más profundamente se entrelazan las dos herramientas de mezclado, más eficiente trabaja un mezclador vertical de doble eje. Las herramientas de mezclado de tipo helicoidal son las más eficientes en este sentido. El material a mezclar se transporta hacia arriba desde las zonas cercanas a la pared, mientras fluye hacia abajo en la zona central. Al mismo tiempo, existe una fuerte corriente transversal entre las dos partes del recipiente. De este modo, las partículas de polvo, las zonas de humedad, las adiciones de líquido y los aglomerados presentes se redistribuyen continuamente. Este tipo constructivo es adecuado para polvos secos, suspensiones húmedas, así como productos pastosos y de consistencia similar a una masa.
Precisamente al humectar polvos absorbentes, una distribución de líquido rápida y uniforme es decisiva. Sin una intensidad de mezclado suficiente pueden formarse zonas localmente sobrehumectadas, focos de pegajosidad y aglomerados, mientras otras zonas del producto permanecen secas. El movimiento de producto superpuesto de un mezclador de doble eje favorece la incorporación uniforme de líquidos, siempre que la cantidad de dosificación, el punto de dosificación, el tamaño de gota o el patrón de pulverización, la velocidad de adición y la duración del mezclado estén coordinados con la receta. En productos especialmente propensos a la aglomeración pueden resultar útiles herramientas adicionales de trituración o de mezclado intensivo, para disgregar los grumos que se forman y distribuir el líquido de forma más fina en el polvo.
Con una geometría de herramienta adecuada y distancias correspondientemente pequeñas respecto a la pared del recipiente y al fondo, las zonas de mezclado superpuestas pueden generar un efecto de rascado y autolimpieza eficaz. Esto es especialmente relevante para productos húmedos y pegajosos, ya que de este modo puede limitarse la acumulación de material en las herramientas, las superficies de pared y la zona del fondo. Menos adherencias conducen a condiciones de mezclado constantes, reducen los restos de producto tras la descarga y pueden disminuir el esfuerzo de limpieza y los tiempos de parada. Sin embargo, el efecto real depende de la adhesión del producto, la humedad, la temperatura, el estado de la superficie, la forma de la herramienta y los parámetros de operación, y debe comprobarse para la receta concreta.
El diseño vertical favorece además la descarga del producto por gravedad. Esto constituye una ventaja constructiva en mezclas cohesivas, húmedas o adherentes, siempre que el órgano de descarga, la geometría de la herramienta y el fondo del recipiente estén diseñados de modo que se formen la menor cantidad posible de zonas de producto estancadas. Una cantidad residual reducida es especialmente importante en caso de cambios frecuentes de producto, componentes valiosos, recetas relevantes desde el punto de vista alergénico o aplicaciones higiénicamente sensibles. Sin embargo, si es posible alcanzar un vaciado prácticamente completo debe evaluarse en función de las propiedades reales del producto.
En combinación con una camisa termorreguladora, la recirculación intensiva puede favorecer el intercambio de calor. En este proceso, el producto se conduce repetidamente desde las superficies de la camisa hacia el núcleo del recipiente y de vuelta, con lo que se reducen las diferencias de temperatura dentro del lote. Según la ejecución, también pueden integrarse la operación al vacío o a presión, así como dispositivos para la adición de líquido. Con ello pueden combinarse en un aparato de proceso cerrado la humectación, el mezclado, el acondicionamiento, la granulación, la termorregulación y, en determinadas aplicaciones, también pasos de secado y de reacción. Existen mezcladores verticales de doble eje comparables para productos secos, húmedos y pastosos. Pueden combinarse con transmisión de calor, técnica de vacío y ejecuciones fáciles de limpiar.
Sin embargo, la calidad de mezcla alcanzable no depende únicamente del diseño de doble eje. Son determinantes, entre otros factores, la geometría de la herramienta, la velocidad de giro, el grado de llenado, el orden de adición de los sólidos, la dosificación de líquido, el tiempo de residencia, la evolución de la humedad y la cohesividad del producto. Especialmente en polvos cohesivos, la función de flujo determinada con un aparato de cizalla Jenike puede proporcionar una base sólida para el diseño de los componentes de almacenamiento, dosificación y descarga. Esta describe la relación entre la tensión principal de consolidación y la resistencia a la compresión no confinada (unconfined yield strength), y permite clasificar el comportamiento de flujo desde muy cohesivo hasta de flujo libre. No obstante, los ensayos de mezclado con el producto original siguen siendo importantes para asegurar la homogeneidad, la distribución de humedad, la formación de aglomerados, el aumento de temperatura, la capacidad de vaciado y la reproducibilidad del lote en condiciones de operación realistas.
El mezclador vertical de doble eje amixon® HM está diseñado para la homogeneización rápida, uniforme y a la vez especialmente cuidadosa de polvos, materiales a granel húmedos, productos pastosos y mezclas humectadas. Dos órganos mezcladores helicoidales que giran en el mismo sentido generan un flujo tridimensional global pronunciado: el material a mezclar se transporta en espiral hacia arriba en la zona exterior y vuelve a fluir hacia abajo en el centro por efecto de la gravedad. En las zonas de solapamiento de ambas corrientes de producto se produce un intercambio intenso. De este modo, los componentes con distintas densidades aparentes, tamaños de grano, contenidos de humedad y propiedades de flujo se distribuyen por todo el volumen del lote. Los mezcladores verticales de doble eje de la serie HM están diseñados para polvos secos, suspensiones húmedas, pastas y productos de consistencia similar a una masa.
Para la humectación de polvos cohesivos, este flujo tridimensional ofrece ventajas considerables. Los líquidos pueden dosificarse a través de puntos de entrada adecuados en el lecho de polvo en movimiento y se distribuyen rápidamente por todo el volumen de producto. Esto ayuda a limitar la sobrehumectación local, los focos secos persistentes y la formación de grandes aglomerados. El diseño concreto de la adición de líquido se rige por la receta, en particular por la cohesividad, la estructura de partícula, la humedad inicial, la humectabilidad, la cantidad de dosificación, la velocidad de adición y el estado final deseado. Si se requiere una desaglomeración específica, pueden integrarse rotores de corte. Estos apoyan el proceso de mezclado al disgregar los aglomerados y mejorar la distribución de la fase líquida en el polvo.
La intensidad de mezclado puede adaptarse a la tarea. El mismo mezclador puede emplearse tanto para la mezcla intensiva y la desaglomeración como para tareas de homogeneización muy cuidadosas. Esto es importante, por ejemplo, cuando deben mezclarse polvos instantáneos secados por pulverización o aglomerados, ingredientes microencapsulados, partículas frágiles o componentes nutricionales sensibles. El objetivo es entonces alcanzar la homogeneidad deseada sin modificar innecesariamente la estructura del aglomerado, la solubilidad, el comportamiento de flujo o la calidad óptica del producto. Para ello, la velocidad periférica de las herramientas de mezclado puede ajustarse a un valor comparativamente bajo; el ajuste real se determina en función de la receta, el tamaño del lote y el objetivo de mezclado.
Las tecnologías amixon® SinConvex® y SinConcave® amplían las posibilidades de conducción del producto. Estas herramientas de mezclado helicoidal están diseñadas para una verströmación espacial mejorada y favorecen una mezcla uniforme en todo el volumen del recipiente. Al mismo tiempo, favorecen el vaciado, ya que conducen el producto desde las zonas cercanas a la pared y al fondo hacia la descarga. En materiales a granel de flujo libre puede alcanzarse un vaciado prácticamente completo. Esto reduce las pérdidas de producto, facilita el cambio de producto y contribuye al ahorro de recursos, ya que se generan menos restos de materia prima, agua de limpieza y aguas residuales.
Para aplicaciones especialmente sensibles está disponible MultiPane®. Esta tecnología permite un movimiento del producto especialmente cuidadoso y, por ello, es adecuada para tareas de mezclado en las que se desea preservar en la medida de lo posible la estructura de partícula y los aglomerados. Esto puede ser relevante en productos de suplementación nutricional, mezclas dietéticas, polvos instantáneos, microorganismos, gránulos sensibles o ingredientes microencapsulados. La combinación de una solicitación mecánica baja y una distribución tridimensional intensiva ayuda a resolver el conflicto de objetivos entre una homogeneidad elevada y el cuidado del producto.
ComDisc® favorece un vaciado residual muy completo del mezclador. Esto es tan importante en productos valiosos, cohesivos o relevantes desde el punto de vista alergénico como en los cambios frecuentes de receta. Una cantidad residual reducida disminuye las pérdidas de material y reduce el riesgo de arrastre al lote siguiente. Al mismo tiempo, reduce el esfuerzo de limpieza y favorece una producción económica y sostenible. Sin embargo, hasta qué punto puede vaciarse por completo un producto concreto depende siempre de su cohesividad, humedad, tendencia a la adherencia, estructura de partícula y del diseño del aparato correspondiente.
Con DosiFlap®, la descarga no solo puede abrirse y cerrarse, sino también controlarse de forma dosificada. La válvula puede cerrarse contra el flujo de producto en curso, lo que permite un envasado controlado en big bags, IBC u otros contenedores. En combinación con células de pesaje pueden alcanzarse cantidades de llenado definidas de forma reproducible. En mezcladores grandes pueden preverse varias válvulas DosiFlap®, de modo que puedan llenarse varios big bags o contenedores en paralelo. Esto acorta el tiempo de envasado, aumenta la flexibilidad de la línea y desacopla el proceso de mezclado de los pasos posteriores de envasado o llenado.
WaterDragon® amplía el mezclador con una función automatizada de limpieza en húmedo y secado. El sistema trabaja con limpieza de chorro dirigido programable: unas lanzas de limpieza extensibles con cabezales de lavado rotativos pueden actuar de forma selectiva sobre las superficies en contacto con el producto. Tras el ciclo de limpieza puede introducirse una gran cantidad de aire caliente seco en la cámara de mezclado para secar rápidamente el recipiente, el órgano mezclador, la zona de descarga y los dispositivos de limpieza. Esto acorta el tiempo entre cambios de producto, favorece una conducción del proceso higiénica y ayuda a evitar una entrada de humedad no deseada en el lote siguiente.
Para aplicaciones exigentes desde el punto de vista higiénico, el HM puede configurarse con órganos mezcladores apoyados y accionados desde arriba, puertas de inspección grandes y válvulas de descarga con pocos espacios muertos. De este modo se evitan los puntos de apoyo en contacto con el producto dentro de la cámara de mezclado. Según el proyecto, pueden preverse ejecuciones estancas al gas, resistentes al vacío o a la presión. Esto puede ser necesario, por ejemplo, en la carga neumática, la inertización o el procesamiento de productos sensibles a la oxidación. Una ligera sobrepresión de gas inerte puede evitar que el aire ambiente penetre en el espacio del proceso; el diseño concreto de presión y estanqueidad debe coordinarse con los aparatos, las juntas, las válvulas y las condiciones de proceso.
La serie HM también puede emplearse para lotes grandes. En recetas con muchos componentes, un mezclador de lote grande puede ofrecer ventajas logísticas y económicas, ya que deben pesarse, mezclarse, muestrearse y analizarse menos lotes individuales. Esto es relevante, por ejemplo, para productos dietéticos, alimentación infantil u otras mezclas de polvo críticas para la calidad. Sigue siendo decisivo que el plan de muestreo, el tiempo de mezclado, la velocidad de giro, el grado de llenado y la evaluación de homogeneidad se validen para cada receta. Una única muestra de mezcla solo puede considerarse representativa cuando así lo demuestra un concepto de validación adecuado y una estrategia de muestreo sólida.
Los mezcladores de doble eje amixon® pueden ejecutarse, a petición, conforme a requisitos higiénicos y normativos, por ejemplo según EHEDG y, según el diseño específico del proyecto, según 3-A Sanitary Standards, FDA, GMP o ASME. Antes de una inversión se recomienda un ensayo de mezclado con producto original. En él pueden evaluarse, en condiciones realistas, no solo la calidad y el tiempo de mezclado, sino también la distribución de humedad, la idoneidad de la dosificación de líquido, la formación de aglomerados, el posible daño al producto, el vaciado residual, la limpiabilidad y el posible uso de SinConvex®, SinConcave®, MultiPane®, ComDisc®, DosiFlap® y WaterDragon®.