Quali parametri di processo sono determinanti per favorire l'agglomerazione in modo mirato invece di distruggerla?
L'agglomerazione nasce da un'interazione controllata di più parametri. Determinanti sono l'apporto di energia, il liquido, la temperatura e le proprietà delle particelle. L'obiettivo è una formazione stabile di agglomerati. I tassi di crescita devono essere superiori ai tassi di distruzione. Al tempo stesso il sistema deve rimanere stabile.
L'apporto meccanico di energia governa questo equilibrio. Le forze di taglio generano contatti tra le particelle. Questi sono necessari per la formazione dei ponti. Il taglio non deve però essere troppo elevato. Altrimenti gli agglomerati si rompono. Un taglio troppo debole porta a strutture instabili. Un taglio troppo intenso provoca abrasione e disintegrazione.
Il rapporto liquido-solido è centrale. Il liquido forma i ponti di legame. Una quantità troppo scarsa di liquido genera legami deboli. Gli agglomerati si disgregano facilmente. Una quantità eccessiva di liquido porta alla sovrabagnatura. Si formano grumi incontrollati. Il letto può diventare instabile.
Anche le proprietà del legante sono importanti. La quantità aggiunta deve essere dosata con esattezza. La portata di aggiunta influenza la distribuzione. Un'elevata viscosità aumenta la forza di legame. La tensione superficiale governa le forze capillari. Il comportamento di bagnatura determina la formazione dei ponti. Il grado di saturazione dei pori influenza la struttura. Gli stati pendolari generano strutture sciolte. Gli stati capillari portano ad agglomerati densi.
Nei processi di spruzzatura la dimensione delle gocce è determinante. Le gocce piccole possono evaporare prima di agire. Le gocce grandi portano a una sovrabagnatura locale. La portata di spruzzatura influenza l'umidità locale. La pressione di spruzzatura governa la distribuzione. Il rapporto aria-liquido determina lo spettro delle gocce. L'obiettivo è una bagnatura uniforme.
La temperatura governa più effetti contemporaneamente. Influenza la viscosità del legante. Determina la velocità di evaporazione. Il legante deve rimanere liquido abbastanza a lungo. Solo così si formano ponti stabili. Un'essiccazione troppo rapida genera strutture fragili. Un'essiccazione troppo lenta porta ad appiccicosità e adesioni.
Le proprietà delle particelle definiscono la finestra di processo. Una distribuzione granulometrica ampia migliora l'impaccamento. Ciò aumenta la stabilità. Distribuzioni strette portano a strutture più deboli. Le superfici ruvide migliorano l'adesione. Le superfici lisce richiedono leganti più forti. L'energia superficiale influenza la bagnatura.
Anche il flusso e il movimento nell'apparecchio sono critici. Il grado di riempimento influenza la frequenza delle collisioni. Un grado di riempimento troppo elevato genera zone morte. La velocità del gas governa la fluidizzazione. Una velocità troppo bassa peggiora la miscelazione. Una velocità troppo alta aumenta la rottura. Il tempo di permanenza determina l'uniformità del prodotto.
L'esercizio deve avvenire entro una finestra di processo stabile. Apporto di energia, liquido e temperatura devono essere armonizzati tra loro. La sollecitazione meccanica non deve distruggere gli agglomerati.
I processi moderni utilizzano sistemi PAT. Questi misurano umidità, temperatura e dimensione delle particelle in tempo reale. Così il processo può essere regolato in modo mirato. L'agglomerazione si costruisce in modo stabile. La distruzione viene riconosciuta precocemente ed evitata.
Quali parametri di processo favoriscono l'agglomerazione mirata?
Un'agglomerazione mirata nasce quando contatti tra le particelle, aggiunta di liquido, azione del legante e apporto di energia sono armonizzati tra loro. L'obiettivo è costruire agglomerati stabili senza provocare sovrabagnatura, formazione indesiderata di grumi o un'eccessiva rottura delle particelle.
Determinante è innanzitutto il rapporto tra liquido e solido. Il liquido forma ponti di legame tra le particelle; la sua quantità, viscosità, tensione superficiale e bagnabilità influenzano resistenza, porosità e solubilità degli agglomerati. Una quantità di liquido troppo scarsa genera strutture deboli, mentre una sovrabagnatura locale può portare a grumi grossolani o ad adesioni. Per questo il liquido dovrebbe essere introdotto nel letto di polvere in movimento lentamente, in modo dosato e distribuito il più finemente possibile. amixon® impiega a tale scopo lance per liquidi che raggiungono la parte inferiore della camera di miscelazione; il flusso di liquido viene adattato alla capacità di adsorbimento e al movimento del prodotto.
Anche l'apporto di energia deve essere scelto in modo mirato. Deve consentire contatti sufficienti tra le particelle e una bagnatura uniforme, senza però sollecitare inutilmente agglomerati sensibili, rivestimenti o componenti grossolani. Se necessario si possono impiegare rotori di taglio, turbolatori o disagglomeratori per aprire i grumi presenti e distribuire meglio il liquido. Questi utensili dovrebbero però essere esercitati solo per il tempo e con l'intensità necessari al prodotto.
L'agglomerazione può risultare particolarmente economica e sicura dal punto di vista del processo con il metodo di miscelazione multi-step di amixon®. In esso vengono prima miscelati intensamente e bagnati con liquido componenti in polvere robusti in un piccolo lotto parziale. Successivamente si aggiungono gradualmente ulteriori quote di polvere, spruzzando eventualmente di nuovo del liquido. Il grado di riempimento cresce così in modo controllato fino al lotto finale. Le polveri più fini possono avvolgere le particelle leggermente sovrabagnate e contribuire in tal modo a una struttura di agglomerato più uniforme e meno appiccicosa.
Per questo procedimento si presta in particolare il miscelatore conico a un albero AM di amixon®. Il suo rotore di taglio, disposto in basso, può lavorare efficacemente già con gradi di riempimento ridotti. In tal modo premiscele altamente concentrate, bagnatura, disagglomerazione e la successiva miscelazione finale possono essere eseguite nello stesso apparecchio. Premiscelatori separati, trasferimenti di prodotto aggiuntivi e il relativo onere di pulizia possono essere evitati.
Un ulteriore vantaggio del procedimento multi-step consiste nel fatto che i componenti sensibili o grossolani vengono aggiunti solo alla fine. Dopo l'intenso passaggio di bagnatura e agglomerazione vengono incorporati delicatamente con intensità di miscelazione ridotta. Così è possibile tenere conto contemporaneamente di abbattimento delle polveri, scorrevolezza, proprietà istantanee e integrità delle particelle.