Quali soluzioni esistono per dimensioni di lotto flessibili (prodotti in polvere) da 5 a 5.000 litri nello stesso tipo di miscelatore?
L'elaborazione di lotti compresi tra 5 e 5000 litri pone requisiti elevati alla tecnologia di miscelazione e allo sviluppo del processo. In questo contesto occorre distinguere due questioni. In primo luogo si tratta della quantità di riempimento minima e massima che un singolo miscelatore può elaborare in modo sensato. In secondo luogo si tratta della trasferibilità di un processo di miscelazione dall'impianto di laboratorio a miscelatori di produzione più grandi della stessa serie costruttiva.
Una singola macchina di miscelazione non può normalmente coprire in modo sensato un intervallo da 5 a 5000 litri. Ciò corrisponde a un rapporto di 1 a 1000. Con quantità di riempimento molto piccole, gli utensili di miscelazione non possono immergersi a sufficienza nel prodotto. Inoltre, con lotti piccoli, l'attrito con le pareti, le quantità residue, la scaricabilità e l'onere di pulizia acquistano un'importanza notevole. Nella pratica, quindi, una serie di miscelatori geometricamente e funzionalmente comparabile, con miscelatori da laboratorio, pilota e produzione, è generalmente la soluzione migliore.
Per gradi di riempimento fortemente variabili si prestano in particolare i sistemi di miscelazione verticali con geometria del contenitore conica. I miscelatori a coclea conici secondo il principio Nauta convogliano il prodotto verso il punto più basso del contenitore. Una coclea rotante può quindi rimanere efficace sul prodotto anche con un riempimento relativamente ridotto. Anche i miscelatori verticali mono o bialbero con utensili di miscelazione ad ampia superficie operanti vicino al fondo possono coprire un ampio intervallo di grado di riempimento. Se venga raggiunta una determinata quantità di riempimento minima dipende tuttavia sempre dal prodotto sfuso, dalla granulometria, dal peso apparente, dal comportamento di scorrimento, dal compito di miscelazione e dalla geometria degli utensili.
Un'elevata flessibilità all'interno di una macchina richiede una geometria adeguata del contenitore e degli utensili di miscelazione. Fondi conici o geometrie del fondo appositamente progettate assicurano che, anche in caso di riempimento parziale, sia presente prodotto sufficiente nella zona d'azione dell'utensile di miscelazione. Utensili posizionati vicino al fondo possono migliorare il movimento del prodotto nella zona inferiore e ridurre la formazione di zone immobili.
Gli azionamenti a frequenza variabile consentono di adattare velocità di rotazione e intensità di miscelazione al grado di riempimento e alle proprietà del prodotto. Una velocità di rotazione più bassa può preservare le particelle sensibili, mentre una velocità più elevata può accelerare la miscelazione in determinati compiti. La velocità di rotazione richiesta non deve tuttavia essere derivata unicamente da un apporto di potenza specifico costante. Nei prodotti sfusi secchi, anche gravità, attrito con le pareti, forma delle particelle e coesione determinano il comportamento di miscelazione.
Una buona scaricabilità è particolarmente importante per lotti piccoli. Organi di scarico privi di volumi morti e una geometria del contenitore costruttivamente favorevole riducono le quantità residue. Più piccolo è il lotto, maggiore è l'influenza percentuale dei residui di prodotto su resa, fedeltà alla ricetta e contaminazione crociata. Se il prodotto deve essere temperato, può essere utile un'esecuzione di riscaldamento o raffreddamento adattata. Per i prodotti polverulenti occorre tuttavia verificare se lo scambio termico è sufficiente con un basso grado di riempimento.
L'intervallo da 5 a 5000 litri viene coperto nella pratica da una serie di miscelatori con più dimensioni costruttive. Per uno scale up affidabile, i miscelatori dovrebbero essere comparabili nella geometria di base e nel modo di funzionamento. Tra questi rientrano, tra l'altro, il rapporto tra utensile di miscelazione e diametro del contenitore, l'altezza del contenitore, la posizione degli utensili e il tipo di movimento del prodotto.
Nello scale up, grandezze caratteristiche come la velocità periferica, il numero di Froude, l'apporto di potenza specifico o l'apporto energetico possono servire da orientamento. Queste grandezze caratteristiche non possono tuttavia essere mantenute costanti contemporaneamente. Quale grandezza sia determinante per il trasferimento dipende dal compito di miscelazione. Nei prodotti sfusi a scorrimento libero, spesso è in primo piano il movimento convettivo del prodotto. Nelle polveri coesive, umide o contenenti agglomerati, possono essere più importanti l'azione di taglio, il tempo di miscelazione e la progettazione degli utensili di sminuzzamento.
Una serie di miscelatori geometricamente simile riduce l'onere di sviluppo, ma non sostituisce le prove in scala pilota o di produzione. Differenze nel grado di riempimento, nella pressione del prodotto, nel peso apparente, nello scarico e nel tempo di aggiunta possono influenzare la qualità di miscelazione. Le ricette critiche dovrebbero pertanto essere testate con il prodotto originale in più dimensioni costruttive. Oltre alla qualità di miscelazione, vengono valutate anche la tendenza alla segregazione, la delicatezza verso il prodotto, lo svuotamento residuo, la pulibilità e la riproducibilità.
La soluzione economicamente e tecnologicamente sensata consiste generalmente in una serie di miscelatori coerente per laboratorio, impianto pilota e produzione. Viene integrata da miscelatori con un intervallo di grado di riempimento utilizzabile il più ampio possibile, azionamenti a frequenza variabile, scarico a basso volume morto e una geometria degli utensili di miscelazione adattata al prodotto. In questo modo è possibile produrre lotti di sviluppo, quantità pilota e lotti di produzione con un'azione di miscelazione comparabile, senza superare i limiti fisici di una singola macchina.
Intervalli di lotto e dimensioni costruttive: la tecnologia di miscelazione amixon® da 5 litri a 100 metri cubi
amixon® offre soluzioni di miscelazione per lotti di sviluppo, quantità pilota e lotti di produzione di grande volume. Lo spettro va da piccoli miscelatori monoalbero a partire da circa 5 litri fino a grandi miscelatori Gyraton® per lotti fino a circa 100 metri cubi. Determinante non è solo il volume nominale, ma la questione di quale grado di riempimento, con quale prodotto e in quale tempo debba essere raggiunta una qualità di miscelazione definita.
Elevata flessibilità all'interno di un miscelatore
Molti miscelatori amixon® possono coprire un ampio intervallo di grado di riempimento. A seconda del tipo di miscelatore, del prodotto e del compito di miscelazione, sono possibili gradi di riempimento da circa il 10 al 100 percento del volume utile. Un miscelatore di produzione può quindi elaborare dimensioni di lotto diverse senza che sia necessario un impianto dedicato per ogni dimensione di lotto.
Un HM 7000 può ad esempio elaborare, con ricetta e progettazione adeguate, sia lotti parziali sia il lotto nominale completo. Se a 800 litri e a 7000 litri si raggiungano lo stesso tempo di miscelazione e la stessa qualità di miscelazione deve tuttavia essere verificato con il prodotto originale. Un ampio intervallo di grado di riempimento riduce la necessità di macchine aggiuntive, ma non sostituisce la valutazione specifica del processo ed eventualmente la qualifica delle diverse dimensioni di lotto.
La griglia delle dimensioni costruttive di amixon®
I miscelatori monoalbero della serie EM sono adatti per lotti di sviluppo, piccoli e just-in-time. A seconda dell'esecuzione, come contenitore di miscelazione possono essere utilizzati fusti normalizzati. Ciò facilita l'elaborazione di piccole quantità e può evitare le fasi di travaso.
I miscelatori per container della serie COM utilizzano il Mixtainer o l'IBC come vano di miscelazione. Coprono lotti da circa 100 a 4000 litri e sono particolarmente adatti per processi in cui il contenitore funge contemporaneamente da recipiente di trasporto, stoccaggio e miscelazione.
I miscelatori verticali e i miscelatori conici delle serie VM, HM e AM, nonché gli essiccatori-miscelatori sottovuoto e i reattori delle serie VMT e AMT, sono disponibili in numerose dimensioni costruttive. Ciò consente di adattare strettamente la capacità dell'impianto alla dimensione di lotto richiesta. Esecuzioni speciali consentono anche grandi volumi utili fino a circa 50000 litri.
Per lotti di grandi dimensioni è disponibile il Gyraton® GM. Può essere progettato per lotti nell'intervallo di circa 10-100 metri cubi. La dimensione costruttiva concreta viene determinata in base a prodotto, tempo di miscelazione richiesto, grado di riempimento, situazione di installazione e logistica dei materiali.
In aggiunta, amixon® offre soluzioni di miscelazione e granulazione continue. Sono utili quando non sono i singoli lotti a essere in primo piano, ma una portata di massa uniforme. La scelta tra processo discontinuo e continuo dipende da ricetta, portata, requisiti di pulizia e grado di flessibilità richiesto.
La portata nasce dall'intero processo
La portata reale di un impianto di miscelazione non deriva soltanto dalla dimensione del lotto. Sono determinanti il tempo di miscelazione, il riempimento, il dosaggio, lo scarico, la pulizia e il cambio tra le ricette. Per questo amixon® considera il tempo di ciclo come un processo complessivo.
Uno scarico rapido e il più possibile completo può migliorare notevolmente la disponibilità dell'impianto. Il KoneSlid® KS consente uno scarico rapido del prodotto. Gli elementi ComDisc® supportano lo svuotamento residuo e aiutano a ridurre il rischio di segregazione durante lo scarico. Il tempo di scarico e la quantità residua raggiungibili dipendono dal prodotto e dalla configurazione concreta dell'impianto.
Scalabilità con sperimentazione nel centro prove
Le serie amixon® sono progettate in modo che il rispettivo compito di miscelazione possa essere trasferito sistematicamente dallo sviluppo alla produzione. All'interno di una serie di miscelatori, il principio di miscelazione fondamentale e gli elementi attivi sul prodotto restano comparabili. Tuttavia, uno scale up non è garantito solo dalla somiglianza geometrica della costruzione.
Le prove di miscelazione con il prodotto originale sono quindi una componente centrale della progettazione. Nel centro prove amixon® di Paderborn sono disponibili oltre 30 impianti di prova in diverse dimensioni costruttive. In aggiunta esistono centri prove in Giappone, India, Thailandia, Cina, Corea del Sud e Stati Uniti. Le prove possono essere condotte con gradi di riempimento realistici, dimensioni di lotto nonché condizioni di temperatura e pressione previste.
Vengono valutati qualità di miscelazione, delicatezza verso il prodotto, apporto energetico, scaricabilità, pulibilità e riproducibilità. I risultati costituiscono la base per la scelta della dimensione costruttiva e la definizione dei parametri di processo nel successivo esercizio in serie.
Hygienic design per il cambio di lotto
L'hygienic design di amixon® supporta cambi di prodotto rapidi e una buona pulibilità. Il vano di miscelazione e l'utensile di miscelazione sono saldati e rettificati senza giunti. L'utensile di miscelazione è supportato esclusivamente nella parte superiore. Un passaggio inferiore dell'albero a contatto con il prodotto può così essere eliminato.
Le porte di ispezione Clever-Cut® con guarnizioni OmgaSeal® creano un buon accesso alle superfici a contatto con il prodotto. Organi di scarico privi di volumi morti e lance di lavaggio integrate opzionali supportano la pulizia a secco o a umido. A seconda dell'applicazione, l'esecuzione può essere adattata ai requisiti igienici dell'industria alimentare, farmaceutica o chimica.
amixon® offre quindi non una singola macchina per l'intero intervallo da 5 a 5000 litri, bensì un sistema modulare coordinato. Esso unisce gradi di riempimento flessibili all'interno dei singoli miscelatori con un'ampia scelta di dimensioni costruttive e una sperimentazione vicina al processo nel centro prove.