Quali vantaggi offre un miscelatore verticale a due alberi nella miscelazione e umidificazione di polveri coesive?
I miscelatori verticali a due alberi sono vantaggiosi anche quando polveri coesive devono essere inumidite, omogeneizzate o portate a uno stato simile a un impasto. In tale ambito gioca un ruolo il comportamento di flusso mutevole del solido sfuso. Questo è influenzato in modo determinante da coesione, adesione, contenuto di umidità, distribuzione granulometrica e porosità. La coesività di una polvere e la sua funzione di flusso possono essere determinate, ad esempio, con un tranciatore Jenike. In tale prova vengono rilevati l'attrito interno e l'attrito di parete sotto sollecitazioni di consolidamento definite. I risultati, sotto forma di luoghi di flusso, sono rilevanti tra l'altro per la valutazione della formazione di ponti, della formazione di canali e del comportamento allo scarico.
Più profondamente i due utensili di miscelazione si compenetrano, tanto più efficiente lavora un miscelatore verticale a due alberi. In questo ambito, gli utensili di miscelazione a forma di elica sono i più efficienti. Il prodotto miscelato viene trasportato verso l'alto dalle zone vicine alla parete, mentre nella zona centrale fluisce verso il basso. Al contempo si genera un forte flusso trasversale tra le due parti del recipiente. In questo modo le particelle di polvere, le zone di umidità, le aggiunte di liquido e gli agglomerati presenti vengono continuamente ridistribuiti. Questa configurazione è adatta a polveri asciutte, sospensioni umide, nonché a prodotti pastosi e simili a impasti.
Proprio nell'inumidimento di polveri assorbenti, una distribuzione del liquido rapida e uniforme è determinante. Senza un'intensità di miscelazione sufficiente possono formarsi zone localmente sovrainumidite, nidi di appiccicosità e agglomerati, mentre altre zone di prodotto restano asciutte. Il movimento sovrapposto del prodotto in un miscelatore a due alberi favorisce l'incorporazione uniforme dei liquidi, a condizione che quantità di dosaggio, punto di dosaggio, dimensione delle gocce ovvero profilo di spruzzatura, velocità di aggiunta e durata di miscelazione siano coordinati con la ricetta. Con prodotti particolarmente inclini all'agglomerazione possono essere opportuni utensili di frantumazione o di miscelazione intensiva aggiuntivi, per suddividere i grumi che si formano e distribuire il liquido in modo più fine nella polvere.
Con una geometria dell'utensile idonea e distanze corrispondentemente ridotte rispetto a parete e fondo del recipiente, le zone di miscelazione sovrapposte possono generare un effetto di raschiatura e autopulizia efficace. Ciò è particolarmente rilevante per prodotti umidi e appiccicosi, poiché in questo modo si può limitare l'accumulo di materiale su utensili, superfici di parete e nella zona di fondo. Minori incrostazioni portano a condizioni di miscelazione costanti, riducono i residui di prodotto dopo lo scarico e possono ridurre l'onere di pulizia e i tempi di fermo. L'effetto effettivo dipende tuttavia dall'adesione del prodotto, dall'umidità, dalla temperatura, dalla natura della superficie, dalla forma dell'utensile e dai parametri di esercizio, e dovrebbe essere verificato per la ricetta concreta.
L'esecuzione verticale favorisce inoltre lo scarico del prodotto per gravità. Questo è un vantaggio costruttivo con miscele coesive, umide o adesive, a condizione che l'organo di scarico, la geometria dell'utensile e il fondo del recipiente siano progettati in modo da formare il minor numero possibile di zone di prodotto stagnanti. Una quantità residua ridotta è importante soprattutto in caso di cambi di prodotto frequenti, con ingredienti pregiati, con ricette rilevanti per gli allergeni o in applicazioni igienicamente sensibili. Se sia raggiungibile uno svuotamento quasi completo deve tuttavia essere valutato in base alle proprietà effettive del prodotto.
In combinazione con un mantello termoregolato, il ricircolo intenso può favorire lo scambio termico. In tale ambito il prodotto viene ripetutamente ricondotto dalle superfici del mantello verso il nucleo del recipiente e viceversa, riducendo così le differenze di temperatura all'interno del lotto. A seconda dell'esecuzione, possono essere integrati inoltre l'esercizio sotto vuoto o in pressione, nonché dispositivi per l'aggiunta di liquido. In questo modo è possibile combinare in un unico apparecchio di processo chiuso inumidimento, miscelazione, condizionamento, granulazione, termoregolazione e, in determinate applicazioni, anche fasi di essiccazione e reazione. Miscelatori verticali a due alberi comparabili sono disponibili per prodotti asciutti, umidi e pastosi. Possono essere combinati con trasmissione del calore, tecnica del vuoto ed esecuzioni facili da pulire.
La qualità di miscelazione raggiungibile non dipende tuttavia soltanto dall'esecuzione a due alberi. Sono determinanti, tra l'altro, la geometria dell'utensile, la velocità di rotazione, il grado di riempimento, l'ordine delle aggiunte di solidi, il dosaggio del liquido, il tempo di permanenza, lo sviluppo dell'umidità e la coesività del prodotto. Soprattutto con le polveri coesive, la funzione di flusso determinata con un tranciatore Jenike può fornire una base solida per il dimensionamento dei componenti di stoccaggio, dosaggio e scarico. Essa descrive il rapporto tra la sollecitazione di consolidamento principale e l'unconfined yield strength, e consente una classificazione del comportamento di flusso da molto coesivo a scorrimento libero. Ciononostante restano importanti le prove di miscelazione con il prodotto originale, per assicurare omogeneità, distribuzione dell'umidità, formazione di agglomerati, aumento di temperatura, svuotabilità e riproducibilità del lotto in condizioni di esercizio realistiche.
Il miscelatore verticale a due alberi amixon® HM è progettato per un'omogeneizzazione rapida, uniforme e al tempo stesso particolarmente delicata di polveri, solidi sfusi umidi, prodotti pastosi e miscele inumidite. Due organi miscelanti a elica, rotanti nello stesso senso, generano un flusso complessivo tridimensionale marcato: il prodotto miscelato viene trasportato a spirale verso l'alto nella zona esterna e rifluisce verso il basso al centro per effetto della gravità. Nelle zone di sovrapposizione dei due flussi di prodotto avviene uno scambio intenso. In questo modo, componenti con densità apparenti, granulometrie, contenuti di umidità e proprietà di flusso diverse vengono distribuiti sull'intero volume del lotto. I miscelatori verticali a due alberi della serie HM sono progettati per polveri asciutte, sospensioni umide, paste e prodotti simili a impasti.
Per l'inumidimento di polveri coesive, questo flusso tridimensionale offre vantaggi sostanziali. I liquidi possono essere dosati, tramite punti di introduzione idonei, nel letto di polvere in movimento e vengono distribuiti rapidamente nell'intero volume di prodotto. Ciò aiuta a limitare il sovrainumidimento locale, i nidi asciutti permanenti e la formazione di grandi agglomerati. Il dimensionamento concreto dell'aggiunta di liquido dipende dalla ricetta, in particolare da coesività, struttura delle particelle, umidità iniziale, bagnabilità, quantità di dosaggio, velocità di aggiunta e stato finale desiderato. Se è richiesta una disagglomerazione mirata, possono essere integrati rotori di taglio. Essi supportano il processo di miscelazione disgregando gli agglomerati e migliorando la distribuzione della fase liquida nella polvere.
L'intensità di miscelazione può essere adattata al compito. Lo stesso miscelatore può essere impiegato sia per una miscelazione intensiva e una disagglomerazione, sia per compiti di omogeneizzazione molto delicati. Ciò è importante, ad esempio, quando devono essere miscelate polveri instant essiccate a spruzzo o agglomerate, ingredienti incapsulati, particelle fragili o componenti nutrizionali sensibili. L'obiettivo è allora ottenere l'omogeneità desiderata senza alterare inutilmente la struttura degli agglomerati, la solubilità, il comportamento di flusso o la qualità ottica del prodotto. La velocità periferica degli utensili di miscelazione può essere impostata a tal fine a un valore relativamente basso; l'impostazione effettiva viene stabilita in base a ricetta, dimensione del lotto e obiettivo di miscelazione.
Le tecnologie amixon® SinConvex® e SinConcave® ampliano le possibilità di conduzione del prodotto. Questi utensili di miscelazione a elica sono progettati per un flusso spaziale migliorato e favoriscono una miscelazione uniforme sull'intero volume del recipiente. Al tempo stesso favoriscono lo svuotamento, poiché il prodotto viene convogliato dalle zone vicine alla parete e al fondo verso lo scarico. Con solidi sfusi scorrevoli si può raggiungere uno svuotamento pressoché completo. Ciò riduce le perdite di prodotto, facilita i cambi di prodotto e contribuisce al risparmio di risorse, poiché si riducono i residui di materie prime, l'acqua di lavaggio e le acque reflue.
Per applicazioni particolarmente sensibili è disponibile MultiPane®. La tecnologia consente un movimento del prodotto particolarmente delicato ed è quindi adatta a compiti di miscelazione in cui struttura delle particelle e agglomerati devono essere il più possibile preservati. Ciò può essere rilevante per integratori alimentari, miscele dietetiche, polveri instant, microrganismi, granulati sensibili o ingredienti incapsulati. La combinazione di bassa sollecitazione meccanica e distribuzione tridimensionale intensiva aiuta a risolvere il conflitto tra elevata omogeneità e delicatezza sul prodotto.
ComDisc® favorisce uno svuotamento residuo molto esteso del miscelatore. Ciò è importante tanto per prodotti pregiati, coesivi o rilevanti per gli allergeni quanto per i cambi di ricetta frequenti. Una quantità residua ridotta diminuisce le perdite di materiale e riduce il rischio di trascinamento nel lotto successivo. Al tempo stesso riduce l'onere di pulizia e favorisce una produzione economica e sostenibile. Quanto completamente un prodotto concreto possa essere svuotato dipende tuttavia sempre dalla sua coesività, umidità, tendenza all'adesione, struttura delle particelle e dal rispettivo dimensionamento dell'apparecchio.
Con DosiFlap®, lo scarico non può essere soltanto aperto e chiuso, ma anche regolato in modo dosato. La valvola può chiudersi contro il flusso di prodotto in corso, consentendo così un riempimento controllato di big bag, IBC o altri container. In combinazione con celle di carico si possono raggiungere in modo riproducibile quantità di riempimento definite. Nei grandi miscelatori possono essere previste più valvole DosiFlap®, in modo da poter riempire più big bag o container in parallelo. Ciò riduce il tempo di riempimento, aumenta la flessibilità della linea e disaccoppia il processo di miscelazione dalle successive fasi di confezionamento o riempimento.
WaterDragon® amplia il miscelatore con una funzione automatizzata di pulizia a umido e asciugatura. Il sistema lavora con una pulizia a getto orientato programmabile: lance di pulizia estraibili con testine di lavaggio rotanti possono trattare in modo mirato le superfici a contatto con il prodotto. Dopo il ciclo di pulizia può essere immessa nella camera di miscelazione una grande quantità di aria calda asciutta, per asciugare rapidamente recipiente, organo miscelante, zona di scarico e dispositivi di pulizia. Ciò riduce il tempo tra i cambi di prodotto, favorisce la conduzione igienica del processo e aiuta a evitare un indesiderato apporto di umidità nel lotto successivo.
Per applicazioni con elevati requisiti igienici, l'HM può essere configurato con organi miscelanti supportati e azionati dall'alto, ampi sportelli di ispezione e valvole di scarico con spazi morti ridotti al minimo. Si evitano così punti di appoggio a contatto con il prodotto nella camera di miscelazione. A seconda del progetto possono essere previste esecuzioni a tenuta di gas, resistenti al vuoto o alla pressione. Ciò può essere necessario, ad esempio, in caso di caricamento pneumatico, di inertizzazione o nella lavorazione di prodotti sensibili all'ossidazione. Una leggera sovrapressione di gas inerte può impedire che l'aria ambiente penetri nel vano di processo; il dimensionamento concreto di pressione e tenuta deve essere coordinato con apparecchi, guarnizioni, valvole e condizioni di processo.
La serie HM può essere utilizzata anche per lotti di grandi dimensioni. Con ricette contenenti molti componenti, un grande miscelatore di lotto può offrire vantaggi logistici ed economici, poiché è necessario pesare, miscelare, campionare e analizzare un numero minore di lotti singoli. Ciò è rilevante, ad esempio, per prodotti dietetici, alimenti per l'infanzia o altre miscele di polvere critiche per la qualità. Resta determinante che il piano di campionamento, il tempo di miscelazione, la velocità di rotazione, il grado di riempimento e la valutazione dell'omogeneità vengano validati per ogni ricetta. Un singolo campione di miscelazione può essere considerato rappresentativo solo se ciò è stato dimostrato tramite un concetto di validazione idoneo e una strategia di campionamento solida.
I miscelatori a due alberi amixon® possono essere realizzati, su richiesta, in conformità ai requisiti igienici e normativi, ad esempio secondo EHEDG nonché, a seconda del dimensionamento specifico per il progetto, secondo 3-A Sanitary Standards, FDA, GMP o ASME. Prima di un investimento si raccomanda una prova di miscelazione con il prodotto originale. In tale ambito possono essere valutate, in condizioni realistiche, non solo la qualità e il tempo di miscelazione, ma anche la distribuzione dell'umidità, l'idoneità del dosaggio del liquido, la formazione di agglomerati, il danneggiamento del prodotto, lo svuotamento residuo, la pulibilità e il possibile impiego di SinConvex®, SinConcave®, MultiPane®, ComDisc®, DosiFlap® e WaterDragon®.