Come si comporta il tempo di miscelazione di un miscelatore KoneSlid rispetto ai classici miscelatori a doppio cono?
Un miscelatore KoneSlid® raggiunge, in molti compiti di miscelazione di polveri, tempi di miscelazione nettamente più brevi rispetto a un classico miscelatore a doppio cono. I due sistemi differiscono fondamentalmente nel loro funzionamento. Il classico miscelatore a doppio cono è un miscelatore a caduta libera costituito da due tramogge saldate insieme, che ruotano come recipiente chiuso attorno a un asse orizzontale. Il prodotto viene in tal caso ripetutamente sollevato, diviso, ridisposto e ricade per effetto della gravità. Il miscelatore KoneSlid® lavora invece come miscelatore conico monoalbero verticale con utensile di miscelazione azionato attivamente. Il suo tempo di miscelazione è quindi di norma notevolmente più breve, perché il movimento del prodotto viene generato in modo mirato e non deriva soltanto dai movimenti passivi di caduta e di valanga di un solido sfuso in rotazione.
Nel miscelatore a doppio cono la miscelazione avviene tramite una combinazione di convezione e miscelazione diffusiva. A ogni rotazione parti del solido sfuso vengono ridisposte, ma lo scambio tra zone di prodotto spazialmente distanti è limitato. Questo principio è particolarmente adatto a polveri e granulati ben scorrevoli, in gran parte privi di agglomerati, con granulometria, forma delle particelle, densità apparente e comportamento di flusso sufficientemente simili. Con tali prodotti, un miscelatore a doppio cono può raggiungere un'omogeneizzazione delicata e sufficiente. Il tempo di miscelazione richiesto si colloca tuttavia spesso nell'ordine di diversi minuti e può essere nettamente più lungo con ricette più impegnative. Dipende dal grado di riempimento, dalla velocità di rotazione, dalla geometria del recipiente, dalla ricetta, dall'omogeneità obiettivo e dal numero di rotazioni del recipiente richieste.
Il miscelatore KoneSlid® genera invece un flusso di prodotto tridimensionale attivo. Un utensile di miscelazione rotante trasporta il prodotto a spirale verso l'alto nella zona vicina alla parete. Nella zona centrale rifluisce verso il basso per effetto della gravità. Un corpo di spostamento conico convoglia nuovamente il flusso di prodotto discendente verso la zona di miscelazione esterna. In questo modo l'intero prodotto miscelato viene continuamente rimescolato e distribuito sull'intera camera di miscelazione. Il flusso convettivo attivo accelera notevolmente lo scambio di materia. Per il KoneSlid® vengono indicati, a seconda del prodotto e del compito, tempi di miscelazione di circa 20–120 secondi; il numero di rotazioni dell'utensile richieste può essere in tal caso nettamente inferiore al numero di rotazioni del recipiente di un miscelatore a caduta libera.
Il tempo di miscelazione più breve non significa automaticamente una sollecitazione maggiore o dannosa per il prodotto. Il KoneSlid® può essere fatto funzionare a una velocità di rotazione relativamente bassa. L'azione di miscelazione nasce soprattutto dalla convezione tridimensionale mirata e non da velocità periferiche elevate o da movimenti di caduta incontrollati. Ciò può essere vantaggioso per particelle sensibili, agglomerati fragili o ricette a bassa formazione di polvere. Al contempo, se necessario, la durata di miscelazione, la velocità di rotazione ed eventualmente l'integrazione di utensili di miscelazione intensiva aggiuntivi possono essere adattati alla coesività, alla formazione di agglomerati e all'omogeneità desiderata.
Con ricette complesse contenenti piccoli componenti secondari, pigmenti o additivi, un miscelatore monoalbero attivo può essere particolarmente vantaggioso. Lo stesso vale per miscele con densità apparenti diverse, granulometrie diverse o comportamento di flusso limitato. Ciononostante nessun tipo di miscelatore può garantire in modo generico, indipendentemente da ricetta e condizioni di processo, di raggiungere sempre un determinato coefficiente di variazione. Valori obiettivo come un CV inferiore al 5 per cento devono essere dimostrati, per la miscela concreta, tramite un piano di campionamento idoneo e con un metodo analitico convalidato. Con quote di dosaggio molto ridotte sono inoltre necessarie premiscele, sequenze di aggiunta idonee o ausili di dosaggio.
Oltre al tempo di miscelazione netto, lo svuotamento e la pulizia influenzano il tempo complessivo del lotto. Nel KoneSlid® un corpo di spostamento centrale può essere abbassato al termine del processo di miscelazione; ciò favorisce lo scarico del prodotto attraverso l'organo di scarico centrale. Con prodotti sufficientemente scorrevoli, ciò può consentire uno svuotamento rapido e in gran parte completo. Il tempo di svuotamento effettivo, la quantità residua e il rischio di segregazione durante lo scarico dipendono tuttavia sempre da coesività, umidità, struttura delle particelle, sezione di scarico e tecnica di trasporto a valle.
L'assorbimento di potenza specifico di un miscelatore convettivo attivo può essere superiore a quello di un sistema a caduta libera, perché l'utensile di miscelazione muove il prodotto in modo mirato. Se ciò comporti, nel processo complessivo, un fabbisogno energetico per lotto maggiore o minore non può essere stabilito in modo generico. Dipende dalla durata di miscelazione, dal grado di riempimento, dalla resistenza del prodotto, dal rendimento dell'azionamento, dal caricamento, dallo svuotamento e dall'onere di pulizia. Un possibile vantaggio del KoneSlid® risiede nel fatto che l'energia di miscelazione viene apportata in un tempo notevolmente più breve e il tempo di lotto complessivo può diminuire. Una valutazione energetica solida dovrebbe tuttavia basarsi su misurazioni con il prodotto concreto.
La scelta tra KoneSlid® e miscelatore a doppio cono non dovrebbe quindi avvenire esclusivamente in base al tempo di miscelazione. Un miscelatore a doppio cono può essere una soluzione economica e delicata sul prodotto per miscele di polvere semplici, ben scorrevoli, già disagglomerate e poco critiche dal punto di vista dei tempi. Un miscelatore KoneSlid® è particolarmente interessante quando sono richiesti tempi di lotto brevi, un'omogeneizzazione precisa, la lavorazione di polveri coesive o composte in modo diverso, un'aggiunta di liquido o un adattamento flessibile dell'intensità di miscelazione. In ogni caso, tempo di miscelazione, qualità di miscelazione, comportamento allo scarico e possibile segregazione dopo la miscelazione dovrebbero essere esaminati con il prodotto originale.
Il miscelatore KoneSlid® KS: tempo di miscelazione breve, svuotamento rapido
Il miscelatore KoneSlid® amixon® KS è progettato per un'omogeneizzazione particolarmente rapida e al tempo stesso delicata di solidi sfusi sensibili. Applicazioni tipiche sono i prodotti provenienti da essiccazione a spruzzo, granulazione a letto fluido o essiccazione su nastro, ad esempio polveri per bevande instant, derivati del latte in polvere, minestre instant, muesli, tè o componenti per prodotti surgelati. Tali prodotti sono spesso costituiti da particelle di dimensioni diverse, sensibili e in parte agglomerate. L'obiettivo è raggiungere l'omogeneità richiesta senza alterare inutilmente la struttura delle particelle, le proprietà di instantizzazione, la solubilità o la scarsa formazione di polvere.
Il miscelatore KoneSlid® lavora con un utensile di miscelazione centrale azionato attivamente. Questo trasporta il prodotto verso l'alto nella zona vicina alla parete, mentre nella zona centrale rifluisce verso il basso per effetto della gravità. Un corpo di spostamento centrale convoglia nuovamente il flusso di prodotto discendente nella zona di miscelazione esterna. Ne risulta un ricircolo di prodotto tridimensionale e a guida forzata. Già dopo circa quattro rotazioni dell'utensile, l'intero volume del lotto può essere rimescolato una volta. Dopo circa 20–40 rotazioni può essere raggiunta – a seconda di ricetta, grado di riempimento, omogeneità obiettivo e proprietà del prodotto – la miscela casuale tecnicamente ideale. Il numero concreto di rotazioni richieste e il tempo di miscelazione devono tuttavia essere sempre confermati mediante prove con il prodotto originale.
In confronto, i classici miscelatori a doppio cono e a V sono miscelatori a caduta libera, rispettivamente a ribaltamento. L'intero recipiente di miscelazione ruota, mentre il prodotto viene sollevato, diviso e riportato indietro per gravità. L'omogeneizzazione nasce dal ripetuto rimescolamento e dai movimenti casuali del solido sfuso. Il procedimento è delicato ed è adatto a polveri o granulati ben scorrevoli, in gran parte privi di agglomerati. Poiché lo scambio di prodotto avviene in modo meno mirato, i miscelatori a doppio cono necessitano in molti casi di più rotazioni del recipiente e di tempi di miscelazione più lunghi rispetto a un miscelatore KoneSlid® ad azionamento attivo. La differenza effettiva dipende tuttavia da ricetta, grado di riempimento, velocità di rotazione, geometria del recipiente e omogeneità obiettivo.
Con differenze marcate di granulometria o densità apparente, il rischio di segregazione nel miscelatore a doppio cono può aumentare. Tali rischi sussistono in particolare anche durante lo svuotamento, sui tratti di caduta o durante il trasporto successivo. Il KoneSlid® riduce questo rischio grazie alla sua conduzione convettiva definita del prodotto e al tempo di processo breve, ma non impedisce una segregazione in modo assoluto soltanto in virtù della sua geometria. L'affermazione di una completa insensibilità alla densità non sarebbe quindi tecnicamente sostenibile. Se la miscela resti stabile fino al riempimento deve essere verificato per ogni ricetta tramite prove di miscelazione, scarico e trasporto.
Un ulteriore vantaggio del KoneSlid® risiede nel suo concetto di scarico. Al termine del processo di miscelazione, il sistema di chiusura centrale può abbassarsi e liberare un'ampia sezione di scarico. Con prodotti sufficientemente scorrevoli, il lotto può defluire in pochi secondi. Ciò può ridurre sensibilmente il tempo di lotto e i residui di prodotto. Indicazioni come uno svuotamento residuo del 99,98 per cento o superiore devono tuttavia essere riferite al prodotto concreto, al grado di riempimento effettivo e alla rispettiva esecuzione dell'apparecchio. Prodotti coesivi, umidi o adesivi possono presentare un comportamento di svuotamento nettamente diverso.
Lo svuotamento rapido può offrire ulteriori vantaggi rispetto a soluzioni con coclea di scarico o sezioni di scarico ridotte. Con un prodotto idoneo può ridurre il tempo di permanenza nella zona di scarico, ridurre l'onere di pulizia ed evitare potenziali zone di accumulo di prodotto. Affermazioni come «nessuna formazione di ponti» o «nessuna segregazione» non dovrebbero tuttavia essere fatte in modo generico, poiché la formazione di ponti e la segregazione dipendono sempre da coesività, umidità, struttura delle particelle, contenuto d'aria, geometria di scarico e tecnica di trasporto a valle.
Il KS può essere realizzato in modo specifico per progetto secondo requisiti igienici e di sicurezza. Rientrano in ciò un dimensionamento ATEX per la zona 20, opzioni per l'esercizio sotto vuoto o in gas inerte, nonché concetti igienici secondo EHEDG, FDA o 3-A Sanitary Standards. La conformità concreta risulta di volta in volta dall'esecuzione concordata e dai requisiti del gestore. Superfici a contatto con il prodotto saldate senza fughe e rettificate, un organo miscelante supportato solo dall'alto, sportelli di ispezione CleverCut® ben accessibili con guarnizioni OmgaSeal®, organi di scarico con spazi morti ridotti al minimo, nonché lance di lavaggio integrate, possono favorire la pulizia manuale a secco o una pulizia a umido validabile.
Oltre al KS, amixon® offre configurazioni diverse per dimensioni di lotto e compiti di processo differenti. I miscelatori verticali e conici VM, HM e AM, nonché i reattori essiccatori-miscelatori VMT e AMT, possono essere realizzati, a seconda del progetto, fino a circa 50.000 litri. Il Gyraton® GM copre grandi lotti fino a circa 100 m³. Per lotti minimi e di sviluppo sono disponibili l'EM nell'intervallo di circa 5–200 litri, nonché il miscelatore a container COM nell'intervallo di circa 100–4.000 litri. Il campo di grado di riempimento possibile può ammontare, a seconda della configurazione, della ricetta e del dimensionamento dell'apparecchio, a circa il 10–100 per cento. Se la qualità di miscelazione tecnicamente ideale venga raggiunta sull'intero intervallo deve essere dimostrato in base al prodotto.
amixon® può effettuare il confronto tra un miscelatore a doppio cono esistente e il KoneSlid® nel centro prove con il prodotto originale. In tale ambito vengono valutati non solo il tempo di miscelazione e l'omogeneità, ma anche la delicatezza sul prodotto, la possibile rottura delle particelle, il tempo di svuotamento, lo svuotamento residuo, il comportamento della polvere, la pulibilità e la stabilità della miscela dopo lo scarico e il trasporto. I risultati delle prove documentati offrono una base decisionale fondata per la scelta del principio di miscelazione idoneo.