Quali sensori di processo per coppia, temperatura e umidità sono utili per riconoscere i punti finali di granulazione in un miscelatore a flusso continuo?
Il riconoscimento del punto finale di granulazione in un miscelatore a flusso continuo riesce nel modo più affidabile con una combinazione di sensori di coppia, di temperatura e di umidità. Ogni grandezza descrive un aspetto diverso dello stato del processo e non dovrebbe essere considerata isolatamente.
Coppia e potenza assorbita
La misura della coppia dell'albero o della potenza di azionamento è l'indicatore diretto più importante dell'avanzamento della granulazione. Con l'aumentare del liquido legante e della crescita dei grani aumentano la coesione, la viscosità e la resistenza al flusso del materiale umido. La coppia trasmessa cresce e forma una curva caratteristica. Un plateau o un valore di soglia definito di questa curva segna nella pratica, frequentemente, lo stato di granulazione ottimale. Il passaggio dalla bagnatura alla fase di crescita e di compattazione si manifesta in un netto aumento della coppia e in una successiva stabilizzazione. La misura può avvenire tramite alberi di misura della coppia, estensimetri oppure indirettamente tramite la corrente del motore e la potenza assorbita, e si presta ad analisi delle tendenze e al controllo statistico di processo. Nei processi di granulazione continui l'interpretazione è più complessa che nel funzionamento a lotti, perché devono essere valutati stati di esercizio stazionari e flussi di materiale; qui si impiegano analisi delle tendenze e modelli soft sensor.
Temperatura
La temperatura del prodotto descrive la situazione termica ed energetica nella camera di miscelazione. Attrito e forze di taglio nel letto di granulato compattato generano calore di attrito; bagnatura e processi di evaporazione influenzano inoltre l'andamento della temperatura. Un aumento della temperatura correla frequentemente con una maggiore sollecitazione meccanica e compattazione; cali di temperatura possono indicare un'evaporazione più intensa o una sovrabagnatura. La misura avviene tipicamente con termometri a resistenza a contatto con il prodotto oppure senza contatto con sensori a infrarossi allo scarico o su finestre di ispezione. La temperatura fornisce indicazioni precoci su sovragranulazione, sovrabagnatura o sovraccarico termico ed è importante con principi attivi termolabili per evitare la degradazione. Come indicatore del punto finale viene di norma utilizzata a integrazione della coppia e dell'umidità, non come unica grandezza obiettivo.
Umidità
Il rilevamento in linea del contenuto di acqua mette in sicurezza lo stato materiale. L'umidità governa le forze capillari e di adesione, il grado di bagnatura, l'ingrossamento dei grani e la stabilità meccanica dei granuli ed è determinante per le fasi a valle quali essiccazione, compressione in compresse e conservabilità. Procedimenti tipici sono la spettroscopia nel vicino infrarosso, un metodo in linea rapido e senza contatto con potenziale di regolazione in tempo reale che richiede una calibrazione chemiometrica, nonché la sensoristica a risonanza a microonde per la misura volumetrica dell'umidità, poco sensibile all'imbrattamento. I sensori capacitivi sono economici e facilmente integrabili, ma dipendono più fortemente dalla matrice e sono spesso meno precisi. La sensoristica di umidità consente di definire un campo obiettivo entro il quale si raggiungono la struttura del granulato e le proprietà di scorrimento desiderate, e serve come segnale di riferimento per la validazione delle grandezze di misura meccaniche e termiche nonché per la regolazione dell'aggiunta di legante.
Combinazione sensata ed estensioni
Nessuna delle grandezze di misura citate è sufficiente da sola per riconoscere in modo robusto il punto finale di granulazione in un miscelatore a flusso continuo. Nella pratica si persegue una fusione multivariata dei sensori: la coppia ovvero la potenza descrive lo stato meccanico, la temperatura quello termico ed energetico, l'umidità quello materiale. Nei concetti PAT moderni questi segnali vengono riuniti in modelli multivariati, per riconoscere i punti finali in modo riproducibile, costruire strategie di regolazione ad anello chiuso, compensare le oscillazioni delle materie prime e ridurre gli scarti. Opzionalmente si possono integrare la misura delle emissioni acustiche o procedimenti ottici per l'analisi granulometrica, per collegare direttamente la morfologia del granulato ai segnali di processo.
Così amixon® equipaggia il miscelatore continuo RMG con sensoristica di processo
La sensoristica come fornitura esterna – l'integrazione come competenza di amixon®
amixon® non sviluppa né fabbrica sensori propri. Gli apparecchi possono tuttavia essere equipaggiati con un'ampia gamma di sistemi di misura adeguati per il monitoraggio del processo, per l'automazione nonché per garantire la sicurezza sul lavoro e del prodotto. Quali principi di misura, tipi di sensore e marche vengano impiegati viene stabilito sempre in funzione dell'applicazione.
amixon® si occupa dell'integrazione impiantistica e costruttiva della sensoristica nel miscelatore continuo RMG. Insieme al gestore e al suo fornitore di strumentazione vengono definiti la scelta, la posizione di montaggio, l'esecuzione igienica, l'elaborazione del segnale nonché il collegamento al sistema di controllo sovraordinato dell'impianto. Determinante è quale grandezza di misura, nelle reali condizioni di processo, si correli in modo affidabile con la qualità del granulato desiderata.
Particolarmente significativi possono essere i metodi di misura online per immagini. Consentono di rilevare in continuo la dimensione e, se del caso, anche la forma delle particelle. I dati ottenuti possono essere utilizzati per monitorare il processo di granulazione e – se la progettazione impiantistica lo prevede – per regolarlo in modo mirato. Le principali grandezze di regolazione sono in particolare:
- la quantità aggiunta ovvero la portata massica del liquido di granulazione,
- la frequenza di rotazione dell'organo miscelante,
- la portata massica del solido,
- l'apporto specifico di energia nonché
- eventualmente la temperatura del prodotto.
Anche coppia, potenza assorbita, temperatura e umidità forniscono indicazioni preziose sullo stato attuale del processo. Possono rendere visibili variazioni della bagnatura, della formazione di agglomerati, della consistenza del prodotto o del comportamento di adesione. Se sia sufficiente una singola grandezza di misura oppure se più segnali debbano essere valutati in combinazione dipende dalla ricetta, dalla qualità della materia prima e dalla conduzione del procedimento.
La comprensione del processo nasce nel centro prove
Per una ricetta concreta amixon® può esaminare nel centro prove, con il prodotto originale, quali grandezze di misura rappresentino nel modo più affidabile lo stato di granulazione desiderato. A tale scopo vengono rilevati i dati di processo rilevanti e confrontati con le caratteristiche qualitative del granulato prodotto, determinate analiticamente. I risultati vengono documentati in modo tracciabile nel rapporto di prova. Queste indagini creano una base solida per il dimensionamento e la successiva messa in servizio di un impianto di produzione. Aiutano a valutare per tempo le interazioni tra ricetta, qualità della materia prima, umidità iniziale, aggiunta di liquido, apporto di energia, velocità periferica dell'organo miscelante, tempo di permanenza e precisione di dosaggio. Si possono così definire finestre operative adeguate e stabilire i parametri di processo per una granulazione stabile e riproducibile.
Miscelatore continuo RMG: esperienza, assistenza e ricambi
Il miscelatore continuo RMG si è dimostrato molto valido per determinate classi di prodotto e per compiti di miscelazione e agglomerazione in continuo. amixon® fabbrica su richiesta i relativi apparecchi, offre supporto nelle attività di manutenzione e assicura una fornitura di ricambi nel lungo periodo.
Lo sviluppo ulteriore di questo particolare sistema di miscelazione e granulazione non è però più, dal 2010, il fulcro del lavoro di sviluppo di amixon®. Il focus attuale è sui miscelatori di precisione per polveri, solidi e prodotti pastosi con alberi di miscelazione disposti in verticale o inclinati. Questi sistemi si prestano in particolare ad applicazioni con elevati requisiti di qualità di miscelazione, svuotamento residuo, trattamento delicato del prodotto, processi sotto vuoto, trattamento termico nonché hygienic design e containment.