Quali equazioni o approcci di scale-up sono consolidati per la tecnica di miscelazione verticale delle polveri?
Approcci di scale-up consolidati per la tecnologia di miscelazione verticale delle polveri
Per lo scale-up dei miscelatori verticali per polveri (per esempio miscelatori a vite conica, miscelatori verticali a pale o a elica) si sono affermati nella pratica soprattutto la similitudine geometrica, la velocità periferica costante degli utensili di miscelazione, approcci basati su grandezze caratteristiche tramite il tempo di miscelazione adimensionale, nonché criteri legati alla potenza. Quale metodo prevalga dipende dal materiale sfuso, dalla grandezza obiettivo del processo e dal salto di scala tra centro prove e produzione.
La similitudine geometrica è il presupposto fondamentale: rapporti come il diametro della camera di miscelazione rispetto all'altezza di riempimento dovrebbero restare quanto più possibile costanti su tutte le taglie, affinché le condizioni di flusso nel materiale sfuso si comportino in modo comparabile.
La velocità periferica costante degli utensili è, per le polveri, la grandezza di trasferimento più diffusa, poiché mantiene costante la sollecitazione meccanica delle particelle sensibili su tutte le taglie; il numero di giri in sé non è invece adatto, perché varia con il diametro dell'utensile.
Come approccio basato su grandezze caratteristiche si utilizza spesso il tempo di miscelazione adimensionale, ossia il numero di giri dell'utensile necessario per raggiungere l'omogeneità obiettivo, espresso come coefficiente di variazione (CV); esso resta pressoché costante, per miscelatori geometricamente simili, su un ampio intervallo di taglie.
Il numero di Froude, che nei miscelatori rotanti a tamburo e a lancio descrive il rapporto tra forza centrifuga e forza di gravità, non è un criterio di dimensionamento per i miscelatori con rimescolamento forzato: qui è determinante che il principio di miscelazione resti identico su tutte le taglie e che il rimescolamento interessi l'intera camera di miscelazione indipendentemente dal grado di riempimento.
Approcci legati alla potenza, come l'apporto specifico di energia per lotto, completano i criteri geometrici e basati su grandezze caratteristiche, in particolare quando coesione, scorrevolezza o distribuzione granulometrica del materiale sfuso variano da una taglia all'altra. La trasferibilità viene perciò verificata nel centro prove con il prodotto originale, e non soltanto prevista per via di calcolo.
Quali regole di scalatura applica amixon® – e dove le prove le sostituiscono
La velocità periferica come grandezza di scalatura guida
I miscelatori amixon® vengono esercitati su tutte le taglie nella stessa finestra di velocità periferica, per lo più a basso numero di giri e in funzione del prodotto e del compito. Con utensili geometricamente simili una velocità periferica costante mantiene comparabili tra le scale la sollecitazione meccanica delle particelle e lo schema di movimento del materiale sfuso, ed è quindi la condizione di similitudine praticamente più importante.
La portata dell'utensile di miscelazione, cioè la portata volumetrica di spostamento, si lascia descrivere approssimativamente come segue:
I_V = (π/4) · (D² − d²) · Φ · S · n · ζ
- I_V: portata volumetrica di spostamento ovvero di trasporto
- D: diametro esterno dell'elica
- d: diametro interno dell'elica
- Φ: grado di riempimento riferito al volume utile
- S: passo dell'elica
- n: frequenza di rotazione in giri al secondo
- ζ: coefficiente di velocità dell'utensile
Cosa resta costante – e cosa cambia
Costanti su tutte le taglie sono in amixon® il principio di miscelazione con il flusso totale SinConvex®, la geometria degli utensili e l'elevata qualità di miscelazione indipendente dal grado di riempimento. I tempi di miscelazione cambiano solo moderatamente nel passaggio da una taglia alla successiva e per questo non vengono trasferiti con una formula empirica, ma determinati nella prova con il prodotto originale.
Numeri caratteristici come quadro, prove come dimostrazione
I numeri caratteristici adimensionali quali il numero di Froude forniscono un quadro importante per il trasferimento degli stati di movimento. amixon® utilizza tali considerazioni nel dimensionamento, ma non si affida soltanto a esse: determina tempo di miscelazione, grado di riempimento e velocità dell'utensile nel centro prove con prodotti reali e documenta i risultati in modo solido.
Taglie fini come vantaggio
Un ulteriore vantaggio di scalatura risiede nel reticolo fine di taglie di amixon®. Poiché i miscelatori vengono fabbricati a passi di volume ridotti, non si deve sacrificare nessuna condizione di similitudine a un salto grossolano di catalogo: la macchina di destinazione può essere dimensionata con grande precisione sulla dimensione di lotto validata.
SinConcave® e SinConvex®
Con SinConcave® e SinConvex® sono disponibili due geometrie di utensile di miscelazione sviluppate appositamente, che uniscono la massima qualità di miscelazione a uno svuotamento residuo straordinario. L'inclinazione mirata delle eliche migliora sia l'efficienza di miscelazione sia l'autopulizia e rende le geometrie particolarmente interessanti per i prodotti impegnativi con elevate esigenze igieniche.
Centro prove e validazione
Dove i puri approcci di calcolo raggiungono i loro limiti, le prove di miscelazione sostituiscono la teoria con la pratica. Nel centro prove amixon® con 35 impianti di prova vengono verificati con il prodotto originale il comportamento di miscelazione, lo svuotamento residuo, il grado di riempimento e la finestra di processo; per i processi di granulazione tali prove sono comunque indispensabili.
Produzione e assistenza
amixon® sviluppa e fabbrica esclusivamente nello stabilimento di Paderborn, con un'elevata integrazione verticale e con un controllo qualità senza lacune nella propria sede. A ciò si aggiunge un'assistenza per l'intero ciclo di vita, con disponibilità di ricambi, ispezione e riequipaggiamento, cosicché le macchine restino allo stato dell'arte anche dopo molti anni.