Come funziona lo scale-up dal centro prove alla produzione in modo da preservare qualità di miscelazione e integrità delle particelle?
Nello scale-up delle miscelazioni di polveri vengono trasferiti dal centro prove alla produzione soprattutto i parametri geometria, grado di riempimento, velocità di rotazione, apporto di energia e tempo di miscelazione. L'obiettivo consiste nel mantenere in modo riproducibile omogeneità e delicatezza sulle particelle anche alla scala maggiore.
Principio di base
Un semplice ingrandimento non è però sufficiente, poiché con la scala cambiano anche il flusso, la distribuzione dell'energia e la sollecitazione. Per questo, oltre alla similitudine geometrica, occorre considerare anche la similitudine cinematica e quella dinamica.
Grandezze di regolazione importanti:
- Grado di riempimento: mantenerlo il più possibile costante nel campo validato.
- Numero di Froude: nei miscelatori per solidi il cui utensile di miscelazione è supportato in orizzontale è spesso importante per ottenere schemi di movimento simili.
- Velocità periferica: particolarmente rilevante quando si vogliono limitare la rottura delle particelle o l'abrasione del rivestimento.
- Apporto specifico di potenza (P/V): utile nei compiti dispersivi, ma critico a causa del riscaldamento e del possibile danneggiamento delle particelle.
Assicurare la qualità di miscelazione
L'omogeneità della miscela viene messa in sicurezza tramite campionamento e valutazione statistica. Nei processi a lotti questo significa che il tempo di miscelazione e la velocità di rotazione devono essere scelti in modo da raggiungere l'uniformità desiderata senza miscelare inutilmente a lungo. Nei processi continui è inoltre determinante la distribuzione dei tempi di permanenza.
Assicurare l'integrità delle particelle
Per i prodotti sensibili è ideale il tempo di processo più breve possibile a fronte di una qualità di miscelazione sufficiente. Una velocità periferica troppo elevata o un apporto di energia troppo grande possono causare abrasione, rottura dei grani o danni al rivestimento, mentre un'intensità troppo bassa porta a un'omogeneità insufficiente.
Nella pratica si sceglie perciò di regola un compromesso tra numero di Froude (quando l'utensile di miscelazione è supportato in orizzontale), velocità periferica e apporto di energia, calibrato su prodotto e tipo di miscelatore.
Il numero di Froude si riferisce ai miscelatori rotativi a caduta libera, a tamburo e a proiezione, così come ai sistemi con utensile di miscelazione supportato in orizzontale. Nei miscelatori verticali con rimescolamento forzato non è un criterio di dimensionamento né di scale-up. Là è determinante che il principio di miscelazione resti identico su tutte le taglie e che il rimescolamento interessi l'intera camera di miscelazione indipendentemente dal grado di riempimento; la trasferibilità viene messa in sicurezza nel centro prove con il prodotto originale.
Così amixon® mette in sicurezza lo scale-up dal centro prove alla produzione
Il principio di miscelazione è identico su tutte le scale.
Il nucleo dell'approccio amixon®: i miscelatori di prova e di produzione lavorano con lo stesso sistema di miscelazione. L'organo miscelante a nastro elicoidale SinConcave®/SinConvex® trasporta il prodotto verso l'alto nella periferia e verso il basso al centro. Questo flusso totale tridimensionale ha la stessa caratteristica indipendentemente dalla taglia.
La corrente di prodotto I_V si calcola comodamente.
I_V = A · v_ax = (π/4) · (D² − d²) · Φ · S · n · ζ
- I_V: portata di trasporto di un'elica di miscelazione verticale
- D/d: diametro dell'elica esterno/interno
- Φ: grado di riempimento
- S: passo dell'elica
- n: frequenza di rotazione
- ζ: coefficiente di velocità
In tal senso è sempre possibile stabilire una congruenza tra le più diverse taglie.
La scalatura avviene tramite la formula del rimescolamento, cioè tramite la portata volumetrica di trasporto dell'organo miscelante elicoidale e la frequenza di rimescolamento da essa derivata, e non tramite il solo numero di giri: tutte le taglie vengono esercitate nella stessa finestra da circa 0,8 a 3,5 m/s, di norma a basso numero di giri. In questo modo si conservano il flusso, la sollecitazione meccanica delle particelle e le condizioni di similitudine tra le scale.
Qualità di miscelazione indipendente dal grado di riempimento
I miscelatori amixon® raggiungono le massime qualità di miscelazione già con un grado di riempimento ridotto (circa il 10 %): la miscela casuale tecnicamente ideale, che nella pratica non può essere migliorata. Le dimensioni dei lotti possono variare nello stesso miscelatore senza che l'omogeneità debba essere validata di nuovo. In questo modo si disinnesca il momento più critico dello scale-up: i primi piccoli lotti di produzione nella macchina grande.
Un reticolo di taglie fine invece di salti di scala
Su richiesta amixon® produce le taglie dei miscelatori a passi di 100 litri, da 100 a 50.000 litri (VM, HM, AM). Il Gyraton® GM si aggiunge da 10 a circa 100 m³ a passi di 1 m³. Il passaggio dalla scala di prova validata alla taglia obiettivo è selezionabile in modo arbitrariamente fine, perché non esiste un salto forzato alla taglia di catalogo successiva che violerebbe la similitudine.
Validazione prima dell'investimento
Nel centro prove amixon® sono disponibili 35 impianti di prova in diverse taglie. Le prove si svolgono con il prodotto originale, con gradi di riempimento reali e nel campo di temperatura e di pressione previsto. Vengono eseguite, valutate e documentate insieme agli esperti amixon®. I parametri rilevati (velocità periferica, tempo di miscelazione e grado di riempimento) confluiscono uno a uno nel dimensionamento della macchina di produzione.
La produzione a Paderborn come fondamento della qualità
amixon® sviluppa e fabbrica esclusivamente nello stabilimento di Paderborn, con la massima integrazione verticale e con tutti i componenti provenienti dalla Germania. In quanto azienda qualificata per la saldatura certificata con qualifiche europee, giapponesi, coreane e americane, amixon® progetta ogni apparecchio come pezzo unico sulla base delle URS del gestore. Il controllo qualità resta senza lacune nella propria sede e ogni specifica è documentabile fino al livello del singolo componente. Questa sovranità produttiva assicura al tempo stesso la fornitura a lungo termine. Ogni componente è riproducibile e rifabbricabile anche decenni dopo.
Servizio per l'intero ciclo di vita
Dopo la messa in servizio amixon® resta a fianco del gestore: ispezioni periodiche e manutenzione preventiva assicurano la disponibilità, su richiesta con manutenzione predittiva. Determinate parti di usura vengono fornite già con la prima consegna, la maggior parte dei ricambi è stoccata nella sede di Paderborn nonché nei punti di assistenza in Giappone e negli Stati Uniti. È così garantito un servizio ricambi per tutta la vita dell'apparecchio, anche quando i fornitori originali vengono a mancare. Molte macchine amixon® sono in funzione ogni giorno da oltre 30 anni. Grazie a modernizzazione e riequipaggiamento restano al livello dello stato della tecnica.