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Come si può regolare in modo stabile un processo di miscelazione continuo per detersivi con aggiunta di liquidi integrata?

Un processo continuo di detersivi stabile inizia con un dosaggio gravimetrico preciso di tutti i solidi e un'aggiunta di liquido regolata sulla portata massica. Decisivo è che rapporto di ricetta, livello di riempimento del miscelatore, tempo di permanenza, apporto energetico e distribuzione del liquido vengano mantenuti entro una finestra di processo qualificata. L'architettura di regolazione concreta dipende da ricetta, tipo di miscelatore, portata, quantità di additivo, sensibilità degli ingredienti e grandezze di misura disponibili.

Come grandezza guida serve spesso la portata massica rilevata gravimetricamente di un componente principale. Tutti gli altri flussi di solidi e liquidi vengono condotti in proporzione a essa tramite regolazioni di rapporto. In questo modo le quote di ricetta si mantengono anche in caso di variazioni controllate della portata complessiva. I dosatori a perdita di peso sono adatti per flussi continui di solidi, purché siano dominati formazione di ponti, segregazione nel serbatoio di stoccaggio, operazioni di ricarica e oscillazioni di dosaggio. Con componenti critici, i valori effettivi di tutti i flussi di dosaggio dovrebbero essere monitorati continuamente e verificati per plausibilità rispetto ai rapporti di ricetta. La combinazione di dosaggio gravimetrico, miscelazione continua e misurazione in tempo reale viene impiegata anche in altri processi continui di polveri per il monitoraggio di ricetta e qualità del prodotto.

L'aggiunta di liquido dovrebbe essere regolata preferibilmente su base massica. I misuratori Coriolis possono a tal fine rilevare portata massica e densità; la loro scelta e progettazione devono tuttavia essere adeguate a viscosità, temperatura, intervallo di pressione, frazione di bolle di gas ed eventuale carico di solidi dell'additivo. La pompa di dosaggio viene condotta in un anello di regolazione interno rapido sulla portata massica di liquido desiderata. Un regolatore di rapporto sovraordinato costruisce il valore obiettivo a partire dalla portata massica di solido attuale e dal rapporto liquido-solido stabilito nella ricetta. Con tensioattivi, leganti o formulazioni di profumo ad alta viscosità, serbatoi di alimentazione, tubazioni, pompe e ugelli termoregolati e isolati aiutano a limitare le oscillazioni di viscosità e gli errori di dosaggio che ne derivano.

Una regolazione a cascata è particolarmente sensata quando sono necessari sia un anello di portata a reazione rapida sia una correzione più lenta tramite grandezze di qualità. L'anello rapido stabilizza il flusso di liquido effettivo. Un anello sovraordinato più lento può, se è disponibile una misurazione convalidata, correggere i valori obiettivo. Possibili grandezze di qualità sono umidità residua, densità apparente, concentrazione di principio attivo o di marcatore nonché la frazione di grani fini o sovradimensionati. Non ogni grandezza è misurabile inline per ogni ricetta di detersivo e con precisione sufficiente. Un valore di pH, ad esempio, è una grandezza di regolazione idonea solo se avviene effettivamente una fase acquosa di neutralizzazione o di reazione; per un processo di miscelazione finale a secco non è di norma rilevante.

L'iniezione del liquido è determinante per la stabilità del processo. Dimensione delle gocce, angolo di spruzzatura, velocità di spruzzatura, posizione dell'ugello e stato di movimento della polvere devono essere armonizzati tra loro. Un liquido dovrebbe essere introdotto in una zona di prodotto sufficientemente in movimento, affinché si distribuisca rapidamente. Con mezzi viscosi possono essere necessari ugelli monofluido riscaldati, ugelli bifluido o altri concetti di atomizzazione idonei. Un ugello bifluido necessita tuttavia in aggiunta di un'alimentazione d'aria compressa stabile e di una quantità d'aria armonizzata; una pressione dell'aria più elevata da sola non garantisce una distribuzione migliore. Con un ampio intervallo di portata possono essere sensati più ugelli commutabili o una tecnica di dosaggio e atomizzazione con adeguata capacità di turndown.

Livello di riempimento del miscelatore, portata e velocità di giro costituiscono insieme la conduzione operativa centrale. Il livello di riempimento influenza il tempo di permanenza medio e la distribuzione del tempo di permanenza. La portata modifica sia il tempo di soggiorno sia il rapporto tra aggiunta di liquido e movimento del prodotto. La velocità di giro dell'utensile influenza intensità di miscelazione, apporto energetico, possibile disagglomerazione e sviluppo di calore. Queste grandezze non dovrebbero essere modificate in modo indipendente l'una dall'altra. Viene invece definito un intervallo operativo ammissibile, entro il quale vengono rispettati omogeneità, densità apparente, struttura delle particelle e umidità. Le distribuzioni del tempo di permanenza possono essere caratterizzate con prove con traccianti; descrivono per quanto tempo rimangono nel miscelatore diverse quote di prodotto e aiutano nella valutazione di fasi di avvio, cambi di ricetta e anomalie.

Coppia, potenza assorbita o corrente del motore possono essere utilizzate come segnali di processo. Un aumento può indicare variazioni della densità apparente, un grado di riempimento più elevato, una viscosità crescente, un sovrainumidimento locale o incrostazioni. Questi segnali non sono tuttavia univoci. Non dovrebbero quindi essere utilizzati come unica prova di formazione di grumi, ma combinati con altri valori di misura come livello di riempimento, portata massica, temperatura del prodotto, umidità o analitica dei campioni. I valori limite possono fungere da allarme, da funzione di protezione limitante o da innesco per un passaggio controllato a uno stato operativo sicuro.

Per il monitoraggio della qualità si possono combinare analitica di processo e analisi atline regolari. La misurazione spettroscopica inline dell'umidità può essere idonea per umidità o composizione di miscele di polvere, ma richiede una situazione di installazione rappresentativa e un modello di taratura accuratamente convalidato rispetto a metodi di riferimento. La FDA sottolinea espressamente che modelli inline di punto finale o di miscelazione devono essere convalidati quanto a idoneità e specificità per i componenti di interesse. Inoltre possono essere monitorati allo scarico o in laboratorio, a seconda di ricetta e requisito di qualità, densità apparente, umidità, temperatura, analisi al setaccio, valori di colore, contenuto di profumo o contenuto di principio attivo.

Le fasi di avvio, arresto e cambio ricetta devono essere definite come stati operativi propri. Tutti i dosatori dovrebbero essere avviati e arrestati in modo sincrono e nel rapporto di ricetta prestabilito. Vanno considerati l'hold-up nel miscelatore, le quantità di prodotto nelle linee di dosaggio e la distribuzione del tempo di permanenza. Solo quando il miscelatore lavora in uno stato operativo stabile e la qualità del prodotto è comprovata, il prodotto dovrebbe essere rilasciato per il confezionamento regolare. Nei cambi di ricetta, la conoscenza della distribuzione del tempo di permanenza può aiutare a determinare in modo tracciabile e a gestire separatamente la quantità di transizione.

Una regolazione basata su modello, ad esempio con feedforward, regolazione predittiva basata su modello o compensazione del tempo morto, può essere sensata quando sono presenti tempi di trasporto lunghi o variabili e sono disponibili modelli di processo sufficientemente solidi. Non è tuttavia un requisito standard per ogni linea di miscelazione di detersivi. Spesso è sufficiente un'architettura di base robusta composta da dosaggio gravimetrico, ratio control, anello di flusso del liquido stabile, conduzione del livello, limiti operativi chiari e monitoraggio basato sulla qualità. Procedimenti di regolazione avanzati dovrebbero essere impiegati solo quando offrono, rispetto a questa base, un beneficio dimostrabile per qualità del prodotto, portata o prevenzione degli scarti.

Così amixon® regola la miscelazione continua con aggiunta di liquido nell'AMK

Il miscelatore continuo amixon® AMK è adatto per compiti di miscelazione continua con prodotti secchi, umidi e in sospensione. Nella produzione di detersivi, solidi come polvere base, builder, cariche e granulati possono essere dosati in modo continuo e — a seconda di ricetta e dimensionamento del processo — combinati con liquidi come tensioattivi, sostanze profumate, oli o leganti. L'idoneità per soluzioni enzimatiche, additivi ad alta viscosità o componenti sensibili all'umidità deve essere valutata in modo specifico per prodotto, poiché temperatura, umidità, taglio e tempo di contatto possono influenzarne la stabilità.

Avvio e arresto controllati

All'avvio, l'organo di scarico dell'AMK 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 avvio. Il grado di riempimento del miscelatore aumenta in modo continuo; a circa metà della quantità di riempimento si avvia l'azionamento del miscelatore. Non appena il miscelatore raggiunge circa l'80 percento del proprio volume utile, l'organo di scarico si apre lentamente. Successivamente il grado di riempimento viene mantenuto costante, secondo le indicazioni del produttore, mentre i flussi di dosaggio vengono aumentati in modo controllato fino alla portata di produzione prevista.

All'arresto, i flussi di dosaggio vengono ridotti in modo controllato e gli organi di dosaggio disattivati successivamente in modo sincrono. Il miscelatore continua a funzionare finché la quantità di prodotto ancora contenuta non viene svuotata attraverso l'organo di scarico. Questa procedura può ridurre in modo significativo le quantità con qualità di miscelazione insufficiente durante le fasi di avvio e arresto. Se effettivamente non si generi scarto o quantità fuori specifica dipende tuttavia da ricetta, precisione di dosaggio, distribuzione del tempo di permanenza, requisito di omogeneità e concetto di rilascio del gestore.

Tempo di permanenza e intensità di miscelazione

Il grado di riempimento è impostabile nell'AMK, secondo amixon®, in un intervallo di circa il 10-80 percento del volume utile. Il tempo di permanenza medio è determinato essenzialmente da grado di riempimento e portata e può essere impostato, secondo le indicazioni del produttore, indipendentemente dalla velocità di giro dell'utensile di miscelazione. Ciò consente di adattare separatamente, entro ampi limiti, tempo di permanenza e intensità di miscelazione. La distribuzione effettiva del tempo di permanenza dipende tuttavia anche da proprietà del solido sfuso, aggiunta di liquido, portata, grado di riempimento e geometria del miscelatore. Per una ricetta di detersivo critica dovrebbe essere determinata con una prova con traccianti o indagini comparabili.

L'organo di miscelazione SinConvex® genera un movimento tridimensionale del prodotto. Tramite velocità di giro, esecuzione dell'utensile e modalità operativa, l'AMK può essere impostato per un'omogeneizzazione delicata o per una lavorazione più intensiva, ad esempio una disagglomerazione. Con ricette di detersivo contenenti granulati enzimatici sensibili, particelle di sbiancante o vettori di sostanze profumate, l'intensità di miscelazione deve essere scelta in modo da raggiungere l'omogeneità senza causare abrasione, rottura del grano o un riscaldamento indesiderato.

Aggiunta di liquido e pulizia

I componenti liquidi vengono introdotti nella zona di prodotto in movimento tramite sistemi di dosaggio e introduzione idonei. Un'aggiunta finemente distribuita può migliorare l'omogeneità e limitare il sovrainumidimento locale. Dimensione delle gocce, figura di spruzzo, posizione di introduzione, quantità di liquido, viscosità e temperatura del prodotto devono essere armonizzate con la ricetta. Con tensioattivi o leganti viscosi possono essere sensati serbatoi di alimentazione, tubazioni e ugelli termoregolati. Un'esclusione completa di incrostazioni non può essere garantita in modo generico; dipende soprattutto da frazione di liquido, temperatura, intensità di miscelazione e strategia di pulizia.

La camera di miscelazione dell'AMK è progettata, secondo le indicazioni del produttore, per la zona ATEX 20. I concetti di pulizia e igiene possono essere progettati, a seconda di prodotto e applicazione, a secco, a umido o combinati. Con detersivi a cambio di profumo, coloranti, allergeni o altri ingredienti critici, svuotamento residuo, pulibilità e contaminazione crociata ammissibile devono essere stabiliti e dimostrati in modo specifico per progetto.

Taglie e modalità operative

amixon® indica per l'AMK, tra l'altro, la taglia AMK 50 con una portata volumetrica di circa 1-3 m³/h nonché l'AMK 3000 con circa 45-135 m³/h. La portata massica effettiva risulta da densità apparente, comportamento di scorrimento, umidità, ricetta, tempo di permanenza richiesto e compito di miscelazione. Le portate volumetriche indicate sono quindi da intendersi come valori di orientamento.

L'AMK può essere gestito, secondo le indicazioni del produttore, anche come miscelatore a lotti. Ciò può essere sensato per prove di prodotto, premiscele, ricette più piccole o profili particolari di grado di riempimento e tempo di permanenza. Per il successivo esercizio continuo, concetto di dosaggio, aggiunta di liquido, intensità di miscelazione, conduzione del livello e qualità del prodotto dovrebbero essere verificati con materie prime originali e nelle condizioni di portata previste nel centro prove o in un impianto pilota.

Hygienic design

Il concetto igienico può comprendere grandi porte di ispezione Clever-Cut® con guarnizione OmgaSeal®, superfici a contatto con il prodotto ben accessibili, organi di scarico a basso spazio morto nonché lance di lavaggio integrate opzionali. Un supporto superiore dell'organo di miscelazione può evitare un passaggio d'albero inferiore nel vano prodotto. Se un'esecuzione concreta soddisfi i requisiti EHEDG, FDA o 3-A deve essere verificato e documentato per il rispettivo progetto in base ai materiali scelti, alle guarnizioni, alle superfici, ai parametri di pulizia e all'applicazione prevista.