Quali vantaggi offre un miscelatore conico monoalbero rispetto a un classico miscelatore verticale, in presenza di prodotti con grandi differenze di densità?
Un miscelatore conico monoalbero non offre, con prodotti miscelati aventi grandi differenze di densità apparente, alcun vantaggio fisico fondamentale rispetto a un classico miscelatore verticale cilindrico. Entrambe le configurazioni lavorano con un flusso forzato convettivo: un utensile a elica o a nastro elicoidale rotante trasporta il solido sfuso verso l'alto lungo la parete del recipiente, mentre al centro il prodotto rifluisce verso il basso per effetto della gravità. Attraverso la ricircolazione ripetuta, i componenti vengono distribuiti e scambiati nello spazio. Sia i miscelatori verticali conici sia quelli cilindrici possono quindi raggiungere, con un dimensionamento adeguato, una distribuzione casuale ideale. Questa qualità di miscelazione tecnicamente ideale non è ulteriormente migliorabile nella pratica, nelle rispettive condizioni di processo.
Grandi differenze di densità apparente restano comunque un compito di miscelazione impegnativo. Possono aumentare la tendenza alla segregazione, in particolare durante lo scarico, sui tratti di caduta, in seguito a vibrazioni, nel trasporto pneumatico o nei recipienti a valle. La forma del recipiente da sola non impedisce questi effetti. Sono determinanti inoltre la distribuzione granulometrica, la forma delle particelle, la coesività, l'umidità, il grado di riempimento, la geometria dell'utensile di miscelazione, la velocità di rotazione, l'ordine di aggiunta delle materie prime, il tempo di miscelazione, nonché la configurazione del tratto di scarico, trasporto e riempimento. Le differenze di granulometria e di densità apparente sono tra i fattori determinanti della segregazione. Per questo l'omogeneità dovrebbe essere valutata non solo al termine della miscelazione, ma anche durante lo scarico e dopo i successivi trasferimenti di materiale.
I vantaggi del miscelatore conico monoalbero risiedono soprattutto nella sua conduzione di processo. La geometria del recipiente, rastremata verso il basso, concentra il prodotto miscelato nella zona di scarico e favorisce lo scarico del prodotto assistito dalla gravità. Con prodotti sufficientemente scorrevoli, ciò può ridurre la quantità residua e favorire uno svuotamento economico. La forma conica evita superfici di deposito orizzontali e consente spesso un ampio campo di lavoro quanto ai gradi di riempimento. Il campo di grado di riempimento effettivamente utilizzabile, lo svuotamento residuo e la velocità di scarico dipendono tuttavia sempre da coesività, tendenza all'adesione, struttura delle particelle, umidità, geometria dell'utensile ed esecuzione della valvola di scarico.
Con lotti piccoli, il miscelatore conico può inoltre offrire vantaggi nell'integrazione di un rotore di taglio. Grazie alla rastremazione del recipiente, il prodotto si concentra nella zona inferiore. Un rotore di taglio ivi posizionato viene quindi raggiunto in modo affidabile dal prodotto anche con quantità di riempimento ridotte. Ciò è particolarmente vantaggioso quando si devono disagglomerare polveri coesive, distribuire piccole quantità di liquido o produrre premiscele di piccole dimensioni. L'efficacia effettiva dipende dal grado di riempimento, dalla coesività, dalla resistenza degli agglomerati, dalla geometria dell'utensile e dalla velocità di rotazione, e dovrebbe essere verificata con il prodotto originale.
Con miscele aventi grandi differenze di densità apparente, una bagnatura mirata può essere opportuna, a condizione che sia compatibile con la specifica del prodotto e della ricetta. Le particelle fini possono in tal caso essere legate a particelle vettore più grosse. Questa agglomerazione mirata delle polveri fini può ridurre il numero di frazioni fini liberamente mobili e quindi ridurre il rischio di segregazione lungo l'ulteriore catena di processo. Presupposto è un dosaggio uniforme e riproducibile di piccole quantità di liquido, nonché una distribuzione sufficientemente intensiva del liquido. La quantità aggiunta deve essere scelta in modo da non generare grumi indesiderati, sovrainumidimento locale, un comportamento di flusso alterato o compromissioni della qualità. Se la bagnatura migliori effettivamente la stabilità allo scarico deve essere verificato per ogni ricetta mediante prove di miscelazione, stoccaggio, trasporto e riempimento.
Il classico miscelatore verticale cilindrico ha i suoi punti di forza soprattutto con grandi volumi di lotto. A parità di diametro esterno, una camera di miscelazione cilindrica sfrutta il volume costruttivo disponibile in modo più efficiente di un cono. Ciò può essere vantaggioso dal punto di vista economico con superficie di installazione limitata, portate elevate o grandi volumi utili. La geometria uniforme del recipiente può essere dimensionata per processi stabili con lotti di grandi dimensioni. Se un miscelatore cilindrico possa essere svuotato altrettanto bene di un miscelatore conico, per una determinata ricetta, dipende dalla geometria del fondo, dalla valvola di scarico, dalle distanze utensile-parete e dalle proprietà di flusso del prodotto.
La scelta, in presenza di grandi differenze di densità apparente, non dovrebbe quindi basarsi su una presunta maggiore sicurezza contro la segregazione del miscelatore conico. Determinante è quale miscelatore, in combinazione con ricetta, ordine di caricamento, parametri di miscelazione e catena di processo a valle, raggiunga l'omogeneità richiesta e la mantenga fino al riempimento. Rientrano in ciò, se necessario, premiscele per microcomponenti, una bagnatura mirata per l'agglomerazione delle polveri fini, una geometria di scarico povera di segregazione, nonché una tecnica di trasporto e riempimento adattata al prodotto miscelato. Un lotto può essere idealmente omogeneo nella camera di miscelazione e tuttavia segregarsi nuovamente in seguito durante lo svuotamento o il trasporto.
Miscelatore conico monoalbero AM rispetto ai classici miscelatori verticali
Il miscelatore conico monoalbero amixon® AM e i classici miscelatori verticali amixon® lavorano secondo lo stesso principio di miscelazione fondamentale: un utensile a nastro elicoidale SinConvex® trasporta il prodotto miscelato verso l'alto nella zona vicina alla parete, mentre al centro rifluisce verso il basso per effetto della gravità. Questa combinazione genera un flusso totale tridimensionale, nel quale le zone di prodotto vengono continuamente ridistribuite. Con un dimensionamento idoneo, sia i miscelatori conici sia quelli verticali cilindrici possono raggiungere una miscela casuale tecnicamente ideale. Ciò vale anche per componenti con densità apparenti, granulometrie e proprietà di flusso diverse.
Grandi differenze di densità apparente restano fondamentalmente un compito impegnativo, perché possono favorire una segregazione, in particolare dopo la vera e propria miscelazione. Situazioni critiche insorgono spesso durante lo scarico, sui tratti di caduta, con le vibrazioni, durante il trasporto o durante il riempimento. Il miscelatore conico monoalbero non impedisce tali effetti soltanto grazie alla sua geometria del recipiente. Il vantaggio risiede piuttosto nel ricircolo del prodotto controllato, intenso e al tempo stesso relativamente lento. Con velocità periferiche di circa 0,8–3,5 m/s il prodotto viene continuamente rimescolato, senza favorire una marcata separazione centrifuga. La velocità di rotazione, la durata di miscelazione e l'ordine di caricamento idonei vengono sempre derivati dal comportamento del prodotto e dal compito di miscelazione.
La geometria conica dell'AM offre un vantaggio dal punto di vista dell'ingegneria di processo soprattutto nello scarico. Il prodotto miscelato viene convogliato verso l'organo di scarico centrale. Con prodotti scorrevoli si può raggiungere uno svuotamento residuo molto esteso. Ciò riduce le perdite di prodotto, facilita i cambi di ricetta e riduce l'onere per la pulizia e il rilascio. La quantità residua effettivamente raggiungibile dipende tuttavia dalla struttura delle particelle, dalla coesività, dall'umidità, dalla tendenza all'adesione, dalla valvola di scarico e dalla modalità di esercizio. Un'indicazione come «99,98 per cento» dovrebbe quindi essere utilizzata solo come valore concretamente dimostrato per un prodotto definito e un'esecuzione concreta dell'apparecchio, non come promessa di prestazione generale.
Il cono amplia inoltre verso il basso la finestra di grado di riempimento utilizzabile. Grazie alla geometria rastremata del recipiente, anche una piccola quantità di prodotto viene efficacemente raggiunta nella zona vicina al fondo. Ciò è vantaggioso quando nello stesso miscelatore vengono lavorati lotti piccoli e grandi, oppure quando è necessaria una premiscela con una quantità di riempimento ridotta. Con un'esecuzione idonea, un rotore di taglio può essere raggiunto in modo sufficiente dal prodotto anche con grado di riempimento basso. Ciò favorisce la disagglomerazione delle polveri coesive e l'incorporazione uniforme di piccole quantità di liquido. Se un determinato grado di riempimento funzioni in modo affidabile dal punto di vista del processo deve essere dimostrato, per la rispettiva ricetta, mediante prove con il prodotto originale.
I classici miscelatori verticali cilindrici come VM e HM offrono i loro particolari punti di forza con grandi volumi di lotto. A parità di diametro esterno, una camera di miscelazione cilindrica sfrutta lo spazio costruttivo disponibile meglio di un recipiente conico. Ciò può essere economicamente decisivo con portate elevate, superficie di installazione limitata e grandi volumi utili. Il miscelatore a due alberi HM può inoltre consentire tempi di miscelazione brevi grazie a due flussi di prodotto sovrapposti. La scelta tra AM, VM e HM dipende quindi dallo spettro dei lotti, dal campo di grado di riempimento, dal tempo di miscelazione richiesto, dalle esigenze di scarico, dalla superficie di installazione, dall'altezza costruttiva, dal comportamento del prodotto e dalla strategia di pulizia, non da una presunta qualità di miscelazione generalmente migliore di una determinata forma di recipiente.
Le configurazioni amixon® dispongono di opzioni igieniche e di ingegneria di processo comuni. Rientrano in ciò camere di miscelazione e valvole di scarico realizzate con spazi morti ridotti al minimo, superfici a contatto con il prodotto saldate senza fughe e rettificate, organi miscelanti supportati solo dall'alto senza passaggio d'albero inferiore nella zona prodotto, aggiunte di liquido, rotori di taglio, nonché un dimensionamento per aree a rischio di esplosione da polvere fino alla zona ATEX 20. Per applicazioni igienicamente critiche sono possibili, a seconda della configurazione specifica del progetto, esecuzioni secondo EHEDG nonché tenendo conto dei requisiti FDA e 3-A. Ampi sportelli di ispezione CleverCut® e guarnizioni OmgaSeal® migliorano l'accessibilità delle aree a contatto con il prodotto. Lance di lavaggio integrate o una pulizia a umido completamente automatica possono favorire la pulizia; se sia necessaria una pulizia a secco o a umido viene stabilito dal prodotto, dai requisiti igienici e dalla strategia di cambio.
Il programma di taglie costruttive amixon® consente un adattamento a dimensioni di lotto diverse. Miscelatori verticali e conici come VM, HM e AM, nonché i reattori essiccatori-miscelatori come VMT e AMT, possono essere realizzati, a seconda del compito, in taglie costruttive scalari fino a circa 50.000 litri. Il Gyraton® GM copre grandi lotti nell'intervallo di circa 10–100 m³. Per lotti più piccoli sono disponibili il miscelatore a un albero EM con circa 5–200 litri, nonché il miscelatore a container COM per circa 100–4.000 litri. Il campo di grado di riempimento tecnicamente utilizzabile può ammontare, con un dimensionamento idoneo, a circa il 10–100 per cento del volume utile; l'idoneità concreta dipende tuttavia dal prodotto e dall'esecuzione del miscelatore scelta.
Per prodotti con grandi differenze di densità apparente si raccomanda un confronto diretto in condizioni realistiche. Nel centro prove amixon® possono essere esaminati con il prodotto originale il tempo di miscelazione, l'omogeneità, la disagglomerazione, l'apporto di liquido, lo svuotamento residuo, il tempo di cambio e la pulibilità. Inoltre la miscela dovrebbe essere campionata non solo direttamente nel miscelatore, ma anche dopo lo scarico, il trasporto e il riempimento. In questo modo si può garantire che l'omogeneità raggiunta si mantenga lungo l'intera catena di processo.