Quali miscelatori continui sono adatti per formulazioni di detersivi con additivi liquidi?
Nella produzione continua di polveri e granulati di detersivo, componenti liquide come tensioattivi non ionici, oli profumati, antischiuma, soluzioni polimeriche o leganti vengono incorporate in una miscela solida. Enzimi, sbiancanti, azzurranti ottici e sostanze profumate vengono spesso dosati solo dopo le fasi principali ad alta intensità energetica o termica, poiché umidità, calore e sollecitazione meccanica possono comprometterne la stabilità. Per questo gli enzimi vengono spesso impiegati nei detersivi come granulati protetti.
La scelta del sistema di miscelazione dipende soprattutto da quantità e viscosità del liquido, densità apparente e comportamento di scorrimento della polvere base, struttura del granulato desiderata, sensibilità degli ingredienti, portata, esigenza di pulizia e apporto energetico ammissibile. Determinante è inoltre se l'aggiunta di liquido debba provocare solo una bagnatura omogenea o se sia prevista una agglomerazione, granulazione, rivestimento, essiccazione o raffreddamento mirati.
I miscelatori a strato anulare continui e i granulatori a strato anulare sono adatti in particolare per una bagnatura e agglomerazione intensiva e rapida. La polvere viene condotta da utensili rotanti lungo la parete della camera di miscelazione come strato anulare dinamico; le componenti liquide vengono spruzzate in questo strato in movimento. L'elevato movimento relativo favorisce la distribuzione di piccole quantità di liquido e la formazione del granulato. Con un dosaggio di liquido o una sollecitazione meccanica troppo elevati possono tuttavia comparire grani sovradimensionati, incrostazioni, abrasione o riscaldamento indesiderato. I sistemi a strato anulare sono quindi particolarmente indicati quando, oltre alla miscelazione, deve avvenire una granulazione o compattazione mirata.
I miscelatori a vomere continui generano un letto di prodotto fluidizzato meccanicamente. Tramite lance di dosaggio o ugelli di spruzzatura si possono introdurre liquidi nella zona di polvere in movimento. Sono impiegabili in modo versatile quando una polvere base di detersivo deve essere bagnata con tensioattivi liquidi, componenti aromatiche o altri additivi. Utensili di sminuzzamento aggiuntivi possono limitare il sovrainumidimento locale e la formazione di grumi, ma aumentano l'apporto energetico e la sollecitazione meccanica del prodotto. Dovrebbero quindi essere impiegati solo se la ricetta e la struttura particellare desiderata lo richiedono.
I miscelatori a doppio albero con pale sono adatti per processi continui con apporto energetico moderato ed elevata capacità di rimescolamento. Alberi a pale controrotanti generano una zona di miscelazione sovrapposta, nella quale componenti secchi e additivi liquidi possono essere distribuiti in modo uniforme. Sono particolarmente interessanti quando granulati sensibili, ad esempio enzimi rivestiti, granulati di sbiancante o vettori di sostanze profumate, devono essere incorporati nel modo più delicato possibile. Indicazioni su frazioni di liquido massime o portate non sono tuttavia generalmente trasferibili. Dipendono da ricetta, viscosità, superficie del solido, dimensione dell'apparecchio e struttura di prodotto desiderata, e devono essere verificate in prova.
Gli impianti a letto fluido continui sono adatti quando l'aggiunta di liquido deve essere combinata con granulazione, essiccazione, raffreddamento o rivestimento. In un letto fluido le particelle vengono fluidizzate dall'aria di processo, mentre i liquidi vengono applicati tramite ugelli. Si possono così costruire granulati poco polverosi e scorrevoli, oppure rivestire componenti sensibili con strati protettivi. La tecnica viene impiegata, ad esempio, quando i granulati di detersivo devono essere essiccati, raffreddati o rivestiti in modo mirato. Il fabbisogno energetico e i requisiti per il trattamento dell'aria esausta, la separazione della polvere e la regolazione del processo sono più elevati rispetto a un semplice miscelatore in continuo.
I miscelatori verticali continui o i miscelatori a vite conica possono essere sensati per componenti molto sensibili al taglio, polverose o soggette a rottura. Il loro punto di forza sta nell'omogeneizzazione delicata. Per liquidi ad alta viscosità, quantità di liquido maggiori o un'agglomerazione mirata sono tuttavia per lo più meno adatti rispetto a sistemi più intensivi a strato anulare, a vomere o a doppio albero. Sono quindi piuttosto una soluzione speciale per miscele finali con bassa frazione di liquido o per l'incorporazione di additivi secchi sensibili.
Per il dosaggio dei liquidi sono opportuni dosatori gravimetrici per solidi e dosaggi di liquido regolati sulla portata massica. Con additivi viscosi si impiegano spesso pompe volumetriche, tubazioni termoregolate e ugelli riscaldabili. I misuratori Coriolis possono essere utilizzati per il rilevamento e la regolazione della portata massica del liquido; scelta, installazione, taratura e idoneità per la rispettiva viscosità devono essere verificate. La tecnica di spruzzatura deve essere dimensionata in modo che dimensione delle gocce, figura di spruzzo, portata e posizione dell'ugello siano adeguate al flusso di prodotto. Un'aggiunta troppo grossolana o localmente concentrata favorisce grumi e depositi, mentre un'atomizzazione troppo fine può causare perdite o carico dell'aria esausta con componenti volatili.
Per sostanze profumate ed enzimi è spesso opportuno un dosaggio successivo, tardivo e controllato. Gli oli profumati possono essere applicati su un granulato base finito, sufficientemente freddo. Gli enzimi vengono di norma impiegati come granulati o granulati rivestiti, per ridurre l'emissione di polvere e le perdite di attività. Sostanze chimiche sbiancanti umide e ossidanti possono compromettere la stabilità degli enzimi; per questo la sequenza di dosaggio, il tempo di contatto, la temperatura e il contenuto d'acqua della formulazione devono essere stabiliti in modo mirato.
Una distribuzione stretta del tempo di permanenza aiuta a gestire meglio l'omogeneità e il tempo di contatto degli additivi sensibili. La sua ampiezza effettiva è tuttavia determinata da geometria del miscelatore, grado di riempimento, portata, retromiscelazione e proprietà del prodotto; non può essere attribuita in modo generico a un determinato tipo di miscelatore. Con cambi frequenti di ricetta o di profumazione sono inoltre importanti zone di prodotto ben accessibili, tempi di svuotamento residuo brevi e un procedimento di pulizia armonizzato, per limitare contaminazione crociata e tempi di fermo.
Così amixon® regola la miscelazione continua con aggiunta di liquido nel miscelatore continuo AMK
Il miscelatore continuo AMK di amixon® è progettato per compiti di miscelazione continua con prodotti secchi, umidi e in sospensione. Può essere impiegato quando i solidi vengono dosati in modo continuo e, se necessario, addizionati con liquidi come tensioattivi, sostanze profumate, oli, leganti o altri additivi. Se un liquido possa essere lavorato senza incrostazioni, formazione di grumi o compromissione di componenti sensibili dipende tuttavia da ricetta, viscosità, quantità di dosaggio, dimensione delle gocce, temperatura del prodotto, intensità di miscelazione e concetto di pulizia, e deve essere verificato per la rispettiva applicazione.
All'avvio dell'AMK l'organo di scarico rimane inizialmente chiuso. Gli organi di dosaggio gravimetrici partono contemporaneamente con una bassa portata massica e armonizzano tra loro i propri flussi di dosaggio durante la fase di assestamento. Il grado di riempimento nel miscelatore aumenta in modo continuo. Non appena si raggiunge circa la metà della quantità di riempimento, si avvia l'azionamento del miscelatore. A un grado di riempimento di circa l'80 percento del contenuto utile, l'organo di scarico si apre lentamente. Successivamente questo grado di riempimento viene mantenuto costante, mentre i flussi di dosaggio vengono progressivamente aumentati fino alla portata massica prevista. Questa strategia di avvio ha lo scopo di garantire che il prodotto venga scaricato solo dopo una miscelazione sufficiente.
Anche l'arresto avviene in modo controllato. Gli organi di dosaggio riducono progressivamente la propria portata massica e vengono infine disattivati insieme. Il miscelatore continua a funzionare nel frattempo e si svuota attraverso l'organo di scarico. Il procedimento può ridurre in modo significativo le quantità di avvio e di arresto con qualità di miscelazione insufficiente. Se effettivamente non debba essere scartato alcun prodotto dipende dalla rispettiva ricetta, dal requisito di omogeneità, dalla qualità di regolazione del dosaggio e dalla strategia di rilascio aziendale.
Il grado di riempimento è impostabile secondo amixon® in un intervallo di circa il 10-80 percento del contenuto utile. Il tempo di permanenza è influenzato da grado di riempimento e portata ed è impostabile, secondo il produttore, indipendentemente dalla velocità di giro dell'utensile di miscelazione. Ciò consente di adattare separatamente, entro ampi limiti, intensità di miscelazione e tempo di permanenza medio. La distribuzione effettiva del tempo di permanenza è tuttavia influenzata anche da proprietà del prodotto, geometria del miscelatore, portata, retromiscelazione e aggiunta di liquido. Dovrebbe essere messa in sicurezza tecnicamente o tramite prove di miscelazione rappresentative, in particolare per requisiti critici di dosaggio e omogeneità.
L'organo di miscelazione SinConvex® genera un movimento tridimensionale del prodotto. A seconda dell'esecuzione dell'utensile e della velocità di giro, l'AMK può essere dimensionato per un'omogeneizzazione delicata o per una disagglomerazione più intensiva. Per le aggiunte di liquido sono decisivi la posizione del punto di introduzione, la distribuzione del liquido nel flusso di prodotto e l'armonizzazione tra ugello, tecnica di trasporto ed esercizio del miscelatore. Un'aggiunta finemente distribuita in una zona di prodotto sufficientemente in movimento può migliorare l'omogeneità e limitare il sovrainumidimento locale. Con additivi ad alta viscosità possono essere necessari serbatoi di alimentazione, tubazioni o ugelli termoregolati.
Secondo le indicazioni del produttore, l'AMK può essere gestito anche in modo discontinuo. Questa modalità operativa può essere sensata, ad esempio, per prove di prodotto, formulazioni ridotte di ricetta, premiscele o processi con una conduzione diversa del grado di riempimento e del tempo di permanenza. Per l'esercizio continuo successivo, i flussi di dosaggio di tutti i componenti principali e secondari devono essere stabili e riproducibili; con ingredienti dosati a basse quantità può essere necessario un premix.
Il raster delle taglie comprende, secondo amixon®, tra l'altro l'AMK 50 con una portata volumetrica di circa 1-3 m³/h nonché taglie maggiori fino all'AMK 3000 con circa 45-135 m³/h. Questi valori sono da intendersi come grandezze di orientamento apparecchiativo. La portata massica effettivamente raggiungibile dipende da densità apparente, umidità, comportamento di scorrimento, ricetta, tempo di permanenza richiesto e compito di miscelazione.
Per le applicazioni nella produzione di detersivi, l'AMK può essere impiegato per l'omogeneizzazione continua e l'aggiunta di liquido. Sostanze profumate o altri additivi sensibili vengono spesso introdotti solo dopo fasi preliminari particolarmente ad alta intensità energetica o termica. Con gli enzimi va considerato che umidità, temperatura, sbiancanti ossidanti e abrasione meccanica possono influenzare la stabilità. Per questo gli enzimi vengono spesso dosati nei detersivi in polvere come granulati protetti e incorporati in condizioni controllate.
La camera di miscelazione dell'AMK è progettata, secondo le indicazioni del produttore, per la zona ATEX 20. Dotazioni igieniche, aperture di ispezione, organi di scarico a basso spazio morto, guarnizioni e opzioni di pulizia possono essere scelte in modo specifico per progetto. Se un impianto soddisfi i requisiti EHEDG, FDA o 3-A non è determinato esclusivamente dal tipo di miscelatore. Decisivi sono l'esecuzione scelta, i materiali a contatto con il prodotto, le superfici, la tecnica di pulizia e la convalida documentata del processo previsto.