Quali vantaggi offre un miscelatore verticale a due alberi rispetto a un miscelatore a un albero per lotti grandi?
Non è corretto che un miscelatore a due alberi fornisca automaticamente una qualità di miscelazione superiore. Entrambi i sistemi possono raggiungere una qualità di miscelazione ideale. Piuttosto, i tempi di miscelazione e di permanenza possono differire notevolmente tra miscelatori a un albero e miscelatori a due alberi. Nella maggior parte delle applicazioni il miscelatore a un albero sollecita più intensamente le particelle, mentre il miscelatore a due alberi offre una caratteristica di flusso e di rimescolamento più elegante. Per raggiungere la stessa qualità di miscelazione esso necessita solo di circa un terzo dell'energia. Determinante è l'interazione tra geometria dell'utensile, velocità di rotazione e comportamento del prodotto.
Profilo di flusso e meccanismo di miscelazione
Due utensili di miscelazione che si compenetrano generano nella camera di miscelazione un flusso tridimensionale sovrapposto. Il prodotto da miscelare viene ristratificato in senso radiale, assiale e tangenziale. L'area di sovrapposizione dei due utensili interessa proprio quella zona al centro del recipiente che nella costruzione a un solo albero è la meno attraversata dal flusso.
Se gli utensili ruotano nello stesso senso, a ogni giro si produce un'inversione della spinta. Le particelle vengono così continuamente riorientate, invece di allinearsi nella stessa direzione. Questo è particolarmente vantaggioso con particelle aciculari o lamellari, che altrimenti tendono a formare aggregati stabili.
Tempo di miscelazione e fabbisogno energetico
La differenza essenziale non sta nella qualità di miscelazione raggiungibile, ma nel tempo e nell'energia necessari per ottenerla. In molte applicazioni è sufficiente circa un terzo del tempo di miscelazione di un miscelatore a un albero comparabile, con un apporto specifico di energia per tonnellata di prodotto corrispondentemente inferiore.
I tempi di miscelazione più brevi hanno un effetto doppio: la produttività aumenta e la sollecitazione meccanica cumulativa del prodotto diminuisce. Per granulati sensibili alla rottura, particelle rivestite o strutture essiccate a spruzzo questo è spesso l'aspetto decisivo.
Vantaggi con lotti grandi
Con l'aumentare del volume del lotto le differenze si accentuano, perché tempi di miscelazione lunghi si riflettono direttamente su tempo ciclo, costi energetici e usura:
- Minore consumo specifico di energia per tonnellata, poiché l'impianto lavora nettamente meno a lungo per ottenere la stessa omogeneità.
- Minore usura abrasiva su utensile e parete del recipiente grazie al più breve tempo di contatto effettivo tra prodotto da miscelare e componenti a contatto con il prodotto.
- Altezza costruttiva inferiore rispetto a un miscelatore a un albero di pari volume, il che facilita l'integrazione in edifici esistenti.
- Possibilità di più bocchelli di scarico, così da alimentare in parallelo le linee di confezionamento a valle.
- Migliore sfruttamento del volume utile e quindi un rapporto più favorevole tra investimento e dimensione del lotto.
Grado di riempimento e flessibilità dei lotti
I sistemi di miscelazione verticali lavorano in un ampio campo di grado di riempimento. Se il rimescolamento interessa l'intera camera di miscelazione, è possibile condurre lotti di dimensioni diverse nello stesso apparecchio senza dover mettere di nuovo in sicurezza l'omogeneità. Per le aziende con frequenti cambi di ricetta e di lotto questo è un vantaggio pratico rispetto ai sistemi con una finestra di lavoro ristretta.
Limiti e considerazioni
Il miscelatore a due alberi non è in ogni caso la scelta migliore. Due alberi significano due supportazioni, due punti di tenuta e una meccanica più complessa. Questo aumenta l'investimento e l'onere di manutenzione e, nelle applicazioni igienicamente sensibili, amplia la superficie da pulire.
Con lotti piccoli, ricette semplici o tempi di miscelazione non critici un miscelatore a un albero può quindi essere più conveniente. Il vantaggio della costruzione a due alberi si dispiega soprattutto là dove si incontrano volumi grandi, tempi ciclo brevi e prodotti sensibili.
Criteri di selezione
Per la decisione sono determinanti la dimensione del lotto e il tempo ciclo richiesto, la sensibilità del prodotto al taglio e all'apporto di calore, l'ampiezza delle dimensioni di lotto da condurre, l'altezza costruttiva disponibile e il regime di pulizia. Poiché questi fattori si influenzano a vicenda, la selezione va messa in sicurezza con una prova sul prodotto originale, in cui qualità di miscelazione, tempo di miscelazione e delicatezza sul prodotto vengano valutati insieme.
Quali vantaggi offre un miscelatore verticale a due alberi rispetto a un miscelatore a un albero per lotti grandi?
Entrambi i sistemi di miscelazione sono prodotti da amixon® GmbH e sono impiegati in tutto il mondo in migliaia di esemplari.
Un miscelatore verticale a due alberi riduce notevolmente il tempo di miscelazione rispetto a un miscelatore verticale a un albero. Di regola è sufficiente un terzo del tempo di miscelazione. Anche l'apporto di energia per la stessa qualità di miscelazione è pari a un solo terzo. Entrambi i sistemi raggiungono una qualità di miscelazione ideale.
Grazie ai due utensili di miscelazione che si compenetrano, nella camera di miscelazione si genera un flusso tridimensionale sovrapposto. A ogni giro si produce un'inversione della spinta. In questo modo i prodotti da miscelare vengono mescolati in senso radiale, assiale e tangenziale. L'area di sovrapposizione elimina le zone a flusso più debole al centro della camera di miscelazione. Poiché gli utensili elicoidali ruotano nello stesso senso, a ogni giro si produce un'inversione della spinta. Si raggiungono così qualità di miscelazione ideali con un apporto minimo di energia.
La serie verticale a due alberi di amixon® è tra i procedimenti di miscelazione più efficienti in assoluto. Questo procedimento è molto efficiente in particolare con lotti più grandi, da 4.000 a 20.000 litri. I tempi di miscelazione si riducono così in modo significativo rispetto ai miscelatori a un albero. Obiettivi tipici come un coefficiente di variazione della qualità di miscelazione inferiore al 5 % con composizioni estreme dei componenti fino a 1:100.000 vengono raggiunti in modo riproducibile.
Un ulteriore vantaggio dei sistemi di miscelazione verticali è la flessibilità nel grado di riempimento. Il grado di riempimento è liberamente selezionabile da circa il 10 al 100 %. Lotti di dimensioni differenti possono essere miscelati con lo stesso apparecchio, senza dover validare nuovamente l'omogeneità.
Per ragioni di delicatezza sulle particelle i miscelatori verticali a due alberi lavorano spesso con velocità periferiche ridotte. Questo riduce le sollecitazioni meccaniche, la rottura dei grani e il riscaldamento.
Dal punto di vista dell'ingegneria di processo ed economico queste proprietà si traducono come segue:
- Consumo specifico di energia ridotto (kWh/t): grazie ai tempi di miscelazione drasticamente più brevi, il fabbisogno di energia per tonnellata di prodotto diminuisce rispetto ai sistemi a un albero, che devono lavorare nettamente più a lungo per un'omogeneità comparabile.
- Minore usura: il più breve tempo di contatto effettivo tra prodotto da miscelare e componenti a contatto con il prodotto riduce l'usura abrasiva di utensile e recipiente.
- Elevata disponibilità dell'impianto: i miscelatori verticali a due alberi moderni consentono uno svuotamento quasi totale mediante ComDisc®, SinConcave®/SinConvex® e MultiPlane®. In questo modo si riducono i tempi di pulizia e diminuisce il rischio di contaminazione crociata tra le produzioni. Questo aumenta l'efficacia totale dell'impianto (OEE), in particolare con elevate portate.
- Utilizzo efficiente del volume e scalabilità: con lotti grandi il volume utile del miscelatore può essere sfruttato meglio, il che comporta un rapporto più favorevole tra costi di investimento e dimensione del lotto.
- Confezionamento flessibile: i miscelatori a due alberi possono essere equipaggiati con molti bocchelli di scarico. Un miscelatore di precisione può così alimentare contemporaneamente più macchine confezionatrici con polvere miscelata in modo ideale.
- Altezza costruttiva inferiore: i miscelatori a due alberi richiedono un'altezza costruttiva inferiore rispetto ai miscelatori verticali a un albero.
In sintesi, con dimensioni di lotto su scala industriale i miscelatori a due alberi sono spesso la scelta preferita, poiché determinano un'omogeneità ideale, tempi di processo più brevi e un apporto di calore quasi nullo. La struttura del prodotto da miscelare resta invariata, cioè rimane in larga misura al naturale.