Come si presenta una struttura idealtipica per vagliatura, dosaggio-pesatura, miscelazione e scarico del prodotto privo di segregazione?
Una struttura idealtipica segue il principio: il minor numero possibile di trasferimenti di prodotto, tratti di caduta libera il più possibile brevi e un flusso di massa controllato dalla materia prima fino al confezionamento. Ogni fase di trasporto aggiuntiva, ogni silo, ogni scivolo e ogni caduta libera può favorire segregazione, abrasione, formazione di polvere o contaminazione crociata. Particolarmente critiche sono le miscele con grandi differenze di dimensione delle particelle, densità apparente, forma o comportamento di flusso.
La struttura seguente descrive una configurazione di riferimento adatta alla pratica per i processi di polvere discontinui e continui. Il dimensionamento effettivo deve essere adattato al prodotto, ai requisiti igienici, alla portata, alla ricetta e alla protezione dalle esplosioni.
Struttura di processo idealtipica
Approvvigionamento delle materie prime → vagliatura → accumulo e dosaggio-pesatura → alimentazione del prodotto definita → miscelatore → scarico delicato → trasferimento breve e chiuso → confezionamento o processo successivo
All'inizio si trovano l'accettazione delle materie prime e lo stoccaggio in contenitori, piccoli recipienti, big bag, sacchi o silos idonei. L'approvvigionamento delle materie prime dovrebbe già favorire la successiva precisione di dosaggio. Rientrano in ciò una densità apparente stabile, un'umidità limitata, una granulometria il più possibile uniforme e uno svuotamento dei contenitori adeguato al prodotto. Con polveri coesive o che formano ponti sono necessari ausili di scarico idonei, ad esempio agitatori, pareti flessibili, ausili a vibrazione o organi di scarico progettati appositamente. Questi ausili devono essere regolati in modo da stabilizzare il dosaggio senza distruggere le particelle o segregare prematuramente la miscela.
Prima del dosaggio è spesso opportuno un vaglio di controllo. Esso rimuove corpi estranei, residui di imballaggio, grumi duri o sovragranulo indesiderato. Il vaglio dovrebbe essere collocato il più presto possibile nel processo e prima del dosaggio di precisione. Con granulati o cereali sensibili, la vagliatrice deve essere progettata in modo particolarmente delicato, affinché non causi essa stessa abrasione e rottura dei grani. Separatori magnetici o metallici possono essere impiegati in aggiunta, quando sono prevedibili corpi estranei metallici provenienti dalle materie prime o dalla tecnica di trasporto.
Dopo la vagliatura, ogni materia prima giunge in un piccolo contenitore intermedio dimensionato in modo adeguato al prodotto, oppure direttamente nella stazione di dosaggio. Uno stoccaggio prolungato in grandi silos intermedi dopo la vagliatura va evitato per quanto possibile, perché il materiale può risegregarsi durante il riempimento, la vibrazione e lo svuotamento. Se un accumulo intermedio è inevitabile, il contenitore dovrebbe essere dimensionato per il mass flow, cioè per un movimento il più possibile uniforme dell'intera sezione del prodotto. Il mass flow può limitare la segregazione durante lo scarico, ma non garantisce uno svuotamento completamente omogeneo se la miscela è già stata separata lateralmente o per granulometria durante il riempimento.
Il dosaggio avviene per via gravimetrica quando la precisione della ricetta e la riproducibilità sono essenziali. Per i processi discontinui sono idonee le pesate gravimetriche in un contenitore di pesatura o in un miscelatore posto su celle di carico. In tale ambito i componenti principali vengono spesso introdotti con una fase di dosaggio grossolano seguita da una fase di dosaggio fine. Il dosaggio fine riduce gli sfori e aumenta la precisione della pesata. Dopo ogni componente deve essere previsto un tempo sufficiente per la stabilizzazione del segnale di pesata; collegamenti flessibili, disaccoppiamento dalle vibrazioni e uno sfiato a tenuta di polvere impediscono che forze esterne o oscillazioni di pressione falsino il segnale di pesata.
Per i processi continui sono particolarmente adatti i dosatori a perdita di peso, in breve dosatori LIW. Il contenitore di dosaggio e l'organo di scarico sono posti su celle di carico; il comando regola la velocità di scarico in base alla perdita di peso misurata nel tempo. In questo modo viene controllato il flusso di massa effettivo e non soltanto la velocità di una coclea di dosaggio. I dosatori LIW sono particolarmente utili quando densità apparente, livello di riempimento o comportamento di flusso possono variare. Il loro concetto di riempimento è tuttavia critico: durante il riempimento, l'esercizio di misura gravimetrico viene di norma interrotto temporaneamente e sostituito da un dosaggio volumetrico basato su modello. Il processo di riempimento, la dimensione del contenitore, la velocità di riempimento e la successiva stabilizzazione devono quindi essere coordinati con il flusso di massa richiesto e la deviazione di dosaggio ammissibile.
Con componenti minori come aromi, principi attivi, vitamine, coloranti o oligoelementi, il compito di dosaggio è particolarmente impegnativo. Dovrebbero essere dosati il più vicino possibile al miscelatore, in modo che dopo l'aggiunta segua soltanto un breve tratto di trasporto. Con quantità molto piccole può essere necessaria una premiscela con un materiale vettore idoneo. Il componente vettore dovrebbe possedere proprietà delle particelle il più possibile simili a quelle dei componenti principali, affinché il premix non si segreghi nuovamente durante l'alimentazione e nel miscelatore.
La riunione dei componenti dosati prima del miscelatore deve avvenire in modo tranquillo e controllato. Una tramoggia di raccolta comune non deve causare una caduta di prodotto elevata e incontrollata né una presegregazione. Sono favorevoli trasferimenti brevi, il più possibile verticali e a tenuta di polvere, con sezione ampia. Scivoli lunghi e inclinati, deflettori, tratti di caduta libera elevati e coclee di trasporto a rotazione rapida dovrebbero essere evitati o impiegati solo dopo prove con il prodotto. Possono generare abrasione, separare le particelle grandi da quelle piccole o far pulsare il flusso di prodotto.
Il miscelatore deve essere adeguato al prodotto miscelato e al compito di miscelazione. Dovrebbe coprire in modo affidabile l'intero volume del lotto, senza causare taglio eccessivo, rottura delle particelle o sovramiscelazione locale. Sono importanti un campo di lavoro definito per il grado di riempimento, una geometria dell'utensile adeguata, una velocità di rotazione riproducibile e un tempo di miscelazione limitato al momento più precoce in cui si raggiunge un'omogeneità sufficiente. In caso di aggiunte liquide, gli ugelli di spruzzatura devono essere posizionati in una zona di prodotto sufficientemente movimentata. Dimensione delle gocce, portata di spruzzatura, viscosità e intensità di miscelazione devono essere coordinate in modo da evitare sovrainumidimento locale, formazione di grumi o incrostazioni.
Dopo la miscelazione, lo scarico del prodotto è spesso la fase più critica per la segregazione. Idealmente la miscela viene trasferita dal miscelatore direttamente al processo successivo o al confezionamento, senza stoccaggio intermedio. Lo sbocco dovrebbe essere sufficientemente grande da consentire un flusso di massa uniforme e a bassa pulsazione. Un mass flow controllato nel contenitore di scarico o nel miscelatore riduce il rischio che, inizialmente, vengano scaricate soltanto determinate frazioni. Grandi coni di accumulo, tratti di caduta lunghi, scivoli fortemente inclinati, vibrazioni di trasporto e trasporto pneumatico possono peggiorare nuovamente una buona miscelazione. Per questo i pozzetti di trasferimento dovrebbero essere brevi, verticali, a parete liscia e il più possibile privi di bruschi cambi di sezione.
Se un contenitore intermedio dopo il miscelatore è inevitabile, dovrebbe essere il più piccolo possibile e fungere solo da accumulo di breve durata. Il suo dimensionamento deve consentire uno svuotamento uniforme. Il funnel flow, cioè il flusso a nucleo con zone marginali stagnanti, può accentuare la segregazione e trattenere vecchi residui di prodotto. Il mass flow è di norma la base di partenza migliore, ma deve essere confermato mediante prove con la miscela effettiva. Anche uno svuotamento completo può essere problematico se, nell'ultima frazione di prodotto, le frazioni vengono scaricate separatamente; il processo del contenitore e di confezionamento dovrebbe quindi essere verificato quanto all'omogeneità durante l'intero svuotamento.
Comando e qualità
Il comando dovrebbe rilevare tutte le quantità pesate, i tempi di dosaggio, i flussi di massa nominali ed effettivi, il tempo di miscelazione, la velocità di rotazione, le quantità di liquido e, se del caso, la temperatura. Negli impianti continui è centrale la regolazione del rapporto di tutti i flussi di dosaggio rispetto al componente principale. Nei processi discontinui sono opportune la gestione delle ricette, i controlli di plausibilità, i rilasci dopo la pesata e una documentazione di lotto completa.
Il controllo qualità non verifica soltanto il campione nel miscelatore. Deve valutare anche l'omogeneità all'inizio, nel mezzo e alla fine dello scarico. Grandezze rilevanti sono il coefficiente di variazione di un componente guida, la distribuzione granulometrica, la densità apparente, l'umidità, la quota di polvere, la quota di rottura e, se del caso, l'uniformità di un'aggiunta liquida. Solo quando questi valori restano stabili attraverso dosaggio, miscelazione, scarico e confezionamento, il processo è realmente povero di segregazione.
Così amixon® collega vagliatura, dosaggio, miscelazione e scarico
Un processo di polvere povero di segregazione inizia con un collegamento a tenuta di polvere e igienicamente adeguato di tutte le fasi di processo. Vagliatura, dosaggio-pesatura, miscelazione, scarico e confezionamento dovrebbero essere collegati, per quanto possibile, senza trasferimenti aperti, scivoli lunghi o accumuli intermedi superflui. Ogni tratto di caduta aggiuntivo, ogni vibrazione e ogni punto di travaso può favorire segregazione, abrasione o rilascio di polvere.
I miscelatori amixon® possono essere dotati di interfacce a tenuta di gas e di polvere. Per il collegamento a vagli, stazioni di dosaggio, filtri, tecnica di trasporto, stazioni per big bag o impianti di riempimento sono disponibili bocchettoni standardizzati e interfacce specifiche per progetto. Nelle applicazioni con elevati requisiti igienici, collegamenti lisci, ben accessibili e pulibili sono determinanti. Dove è richiesta una conduzione di processo asettica o sterilizzabile, possono essere previsti flange sanitarie idonee e concetti di attacco igienici. La scelta concreta di standard di flangia, guarnizione, materiale e procedimento di pulizia dipende dal prodotto, dal livello di pressione, dalla temperatura, dal concetto CIP o SIP e dalle indicazioni del gestore.
L'esecuzione verticale dei miscelatori amixon® consente una dimensione di lotto flessibile. Gli utensili di miscelazione SinConvex® o SinConcave® generano un movimento tridimensionale del prodotto: il prodotto miscelato viene sollevato vicino alla parete e rifluisce verso il basso nella zona centrale. In questo modo l'efficacia di miscelazione può essere mantenuta su un ampio intervallo di grado di riempimento, a condizione che prodotto, esecuzione dell'utensile, velocità di rotazione e tempo di miscelazione siano coordinati tra loro. Per lotti particolarmente piccoli o particolarmente grandi, il grado di riempimento minimo, lo spazio di sfiato, la colonna di prodotto, l'aggiunta di liquido e il comportamento allo scarico devono comunque essere verificati con il prodotto originale.
Dopo la miscelazione, lo scarico è una fase decisiva per la qualità del prodotto. amixon® offre a tal fine diversi concetti, che possono essere scelti in base al prodotto, al compito di riempimento e al flusso di massa desiderato.
Per uno scarico dosato o porzionato può essere impiegata la valvola DosiFlap®. Secondo quanto indicato da amixon®, essa consente un flusso di prodotto mirato, limitato e interrompibile. La valvola può chiudersi contro il prodotto miscelato in arrivo, chiudendo così il miscelatore sul lato prodotto. In questo modo il prodotto può essere trasferito in modo dosato, ad esempio, in contenitori di pesatura a valle, contenitori, big bag o macchine di riempimento. La DosiFlap® è concepita come valvola di scarico con spazi morti ridotti al minimo; la precisione di dosaggio effettiva dipende tuttavia dal comportamento di flusso del prodotto, dalla densità apparente, dalla granulometria, dalla sezione di scarico e dalla tecnica di pesatura sovraordinata.
Quando è richiesto uno scarico rapido a getto, può essere impiegato il miscelatore KoneSlid®. Il suo corpo di chiusura conico si abbassa per lo svuotamento e apre uno scarico di fondo di grande superficie. In questo modo la miscela può essere scaricata in breve tempo, senza che rimanga un cono di accumulo pronunciato nella camera di miscelazione. amixon® descrive lo scarico KoneSlid® come privo di segregazione, con un movimento residuo limitato dell'utensile di miscelazione. L'idoneità dovrebbe essere confermata mediante prove, in particolare con miscele con grandi differenze di dimensione delle particelle, densità apparente o forma.
Anche il miscelatore a silo Gyraton® è progettato per lotti di grande volume con scarico di fondo centrale. La valvola di scarico centrale, con spazi morti ridotti al minimo, consente un flusso di prodotto diretto verso i processi a valle. L'organo miscelante Gyraton® può essere fatto funzionare, durante lo svuotamento finale, in modo tale che il prodotto nella zona di fondo venga ulteriormente ricircolato, favorendo uno svuotamento uniforme. Se la miscela resti priva di segregazione durante l'intero svuotamento dipende dalla ricetta, dalle proprietà delle particelle, dalla velocità di scarico, dalla tecnica di trasporto e dal trasferimento successivo, e deve essere verificato in modo specifico per il processo.
Per i miscelatori verticali a un albero e a doppio albero, la dotazione ComDisc® può favorire lo svuotamento finale. In tale ambito, nell'ultima fase di scarico, gli elementi ComDisc® spazzano la zona di fondo e convogliano i residui di prodotto rimanenti verso lo scarico. amixon® descrive questa funzione come supporto per uno svuotamento residuo esteso senza segregazione. La quantità residua raggiungibile e l'assenza di segregazione dipendono tuttavia sempre dal comportamento di flusso, dalla coesione, dall'umidità, dal contenuto di grassi e dalla distribuzione granulometrica del prodotto.
L'igiene e la pulibilità restano centrali in tutti i concetti di scarico. Gli sportelli di ispezione Clever-Cut® con guarnizione OmgaSeal® consentono, secondo il costruttore, una tenuta con spazi morti ridotti al minimo e l'accesso alle aree a contatto con il prodotto. In combinazione con bocchettoni accessibili, guarnizioni igieniche e un regime di pulizia adeguato, i cambi di prodotto, l'ispezione visiva e la manutenzione possono essere facilitati.