Cosa considerare nello scale-up dei granulatori a strato anulare (RMG) dal laboratorio alla produzione?
Nello scale-up dei granulatori a strato anulare devono essere trasferiti alla scala di produzione soprattutto la geometria, il grado di riempimento, la velocità dell'utensile, l'aggiunta di legante, il tempo di granulazione e l'apporto di energia. L'obiettivo è mantenere in modo riproducibile dimensione del granulo, resistenza, distribuzione dell'umidità e omogeneità anche in scala grande.
1. Similitudine geometrica
La geometria del recipiente e degli utensili dovrebbe restare il più possibile comparabile. Altrettanto importanti sono le distanze dalla parete, gli inserti, le posizioni degli ugelli e la zona di lavoro effettiva del granulatore, perché influenzano direttamente la formazione dello strato anulare.
Già piccole deviazioni geometriche possono modificare notevolmente il comportamento di flusso e di bagnatura.
2. Scalatura cinematica
Per i RMG viene spesso utilizzata come grandezza di scalatura centrale la velocità periferica, ovvero il tip speed, degli utensili. Di regola è più significativa di una semplice indicazione del numero di giri, perché descrive meglio la sollecitazione meccanica del letto di polvere.
Anche il numero di Froude viene spesso usato come orientamento, perché rappresenta il rapporto tra forze centrifughe e forze gravitazionali. Nella pratica, però, di norma non si usa una sola grandezza caratteristica, ma un pacchetto di scalatura adattato al prodotto.
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.
3. Apporto specifico di energia e punto finale
Il processo di granulazione dipende fortemente dall'apporto specifico di energia e dal punto finale del processo. Troppo poca energia porta a granulati deboli e a grana fine, troppa energia a sovradimensione del grano, a una compattazione indesiderata e a un'abrasione maggiore. Il punto finale dovrebbe perciò essere definito non tramite un tempo fisso, ma tramite un criterio misurabile.
4. Aggiunta di liquido e bagnatura
La portata di legante ovvero di spruzzatura deve essere adattata nello scale-up in modo proporzionale e riproducibile. Altrettanto importanti sono la dimensione delle gocce, la disposizione degli ugelli, il profilo di spruzzatura e il punto di immissione, perché influenzano la sovraumidificazione locale e quindi la formazione di grumi.
Negli impianti più grandi servono spesso più ugelli o geometrie di spruzzatura adattate, per assicurare una distribuzione uniforme.
5. Tempo di permanenza e grado di riempimento
Grado di riempimento e portata devono essere scelti in modo che lo strato anulare resti stabile e la granulazione proceda in modo uniforme. Negli impianti continui è particolarmente importante la distribuzione dei tempi di permanenza, perché influenza direttamente la qualità del granulato.
Un campo di grado di riempimento simile tra impianto del centro prove e impianto di produzione è quindi di norma opportuno.
6. Comportamento termico
In scala di produzione l'asportazione del calore spesso peggiora, perché il rapporto tra superficie e volume diminuisce. Per questo la temperatura del prodotto, il comportamento del legante e l'essiccazione possono variare più fortemente che nel centro prove.
Il monitoraggio della temperatura e, se necessario, il raffreddamento oppure tempi di processo adattati sono quindi parte di uno scale-up robusto.
7. Sollecitazione meccanica e usura
Con l'aumentare della dimensione crescono la coppia, il carico sui supporti e i requisiti di resistenza all'usura. Utensili, tenute e pareti devono quindi essere dimensionati per il carico più elevato.
Con formulazioni abrasive sono particolarmente importanti superfici resistenti all'usura e una costruzione ben accessibile.
8. Strumentazione di misura e PAT
Per un trasferimento sicuro dovrebbero essere rilevati in continuo la coppia, la potenza, la temperatura del prodotto e l'umidità. Gli strumenti PAT e altri sistemi di misura in linea possono aiutare a controllare meglio l'andamento della granulazione e il punto finale.
Così la scalatura viene messa in sicurezza non solo per via di calcolo, ma anche dal punto di vista analitico di processo.
9. Pulizia e sicurezza
Con la scala maggiore crescono i requisiti di svuotamento residuo, di pulibilità, di tenuta alla polvere e di protezione dalle esplosioni.
Con prodotti che sviluppano polvere vanno pianificati anche la messa a terra, l'inertizzazione e concetti di scarico adeguati.
Così amixon® valuta lo scale-up dei granulatori-miscelatori a strato anulare
Uno scale-up matematico degli agglomeratori-miscelatori a strato anulare è estremamente difficile. Mancano conoscenze fondate su quali effetti nello strato anulare portino all'agglomerazione. Anche sugli effetti che frammentano gli agglomerati formati si sa poco.
Di regola gli agglomerati si formano molto rapidamente, subito dopo l'aggiunta di sostanze liquide. Nel granulatore-miscelatore a strato anulare si instaura poi un equilibrio tra formazione e distruzione del grano. Questo viene governato attraverso la velocità periferica (da circa 8 a 35 m/s), il tempo di permanenza, l'immissione di liquido e la granulabilità del prodotto. Anche la forma degli utensili di miscelazione ha una grande influenza. Poiché queste correlazioni sono specifiche del prodotto, amixon® segnala espressamente che per il corretto dimensionamento della macchina devono essere eseguite prove, dato che le portate volumetriche effettive possono discostarsi notevolmente dai valori di catalogo. Uno scale-up puramente di calcolo sarebbe poco serio.
Dal punto di vista di amixon® non esiste una via garantita per l'estrapolazione. I miscelatori di questa forma costruttiva non fanno parte del tema centrale di amixon®.