Rozbudowa

Definicja

Termin „scale-up” oznacza przeniesienie procesu opracowanego w skali laboratoryjnej lub pilotażowej na skalę przemysłową bez pogorszenia jakości produktu lub powtarzalności. W dziedzinie techniki mieszania oznacza to, że jakość mieszania, struktura cząstek, wilgotność resztkowa oraz właściwości rozładunkowe w dużej partii muszą osiągać takie same wartości jak w cyklu eksperymentalnym.

Zasady podobieństwa

Przeniesienie opiera się na rozważaniach dotyczących podobieństwa. Podobieństwo geometryczne oznacza, że komora mieszania oraz geometria narzędzia mieszającego powiększają się w tym samym stosunku. Podobieństwo kinematyczne odnosi się do porównywalnych wzorców przepływu, natomiast podobieństwo dynamiczne dotyczy stałego stosunku między działającymi siłami.

W systemach mieszających z mieszadłem umieszczonym poziomo, a także w mieszalnikach swobodnego spadku, bębnowych i odśrodkowych, liczba Froude’a – czyli stosunek sił bezwładności do siły grawitacji – jest często utrzymywana na stałym poziomie. Konkretnie oznacza to, że wraz ze wzrostem promienia mieszadła prędkość obrotowa maleje, podczas gdy prędkość obwodowa pozostaje w porównywalnym zakresie.

W przypadku pionowych mieszalników wymuszonych liczba Froude’a nie jest kryterium projektowania ani skalowania. Decydujące znaczenie ma tutaj to, że zasada mieszania pozostaje taka sama niezależnie od wielkości urządzenia, a mieszanie obejmuje całą komorę mieszania niezależnie od stopnia napełnienia; możliwość przeniesienia na większą skalę jest sprawdzana w technicznym centrum testowym przy użyciu oryginalnego produktu.

Czego nie da się skalować

Nie wszystkie zjawiska da się wyrazić za pomocą charakterystycznego wskaźnika. Rozdrabnianie cząstek, ścieranie, powstawanie pyłu, rozwarstwianie podczas opróżniania, utrata chwilowych właściwości oraz oddawanie ciepła przez ścianki zbiornika zachowują się inaczej w dużej skali, ponieważ zmniejsza się stosunek powierzchni do objętości, a czasy przebywania wydłużają się. Efekty te ujawniają się dopiero w skali eksperymentalnej, w której wielkość partii jest zbliżona do wielkości przyszłej partii produkcyjnej.

Procedura

Wiarygodne skalowanie rozpoczyna się od próby mieszania produktu wyjściowego. W ramach badania parametrycznego systematycznie zmienia się czas mieszania, prędkość obrotową, stopień napełnienia, moment dodawania oraz kolejność dodawania składników, a także rodzaj i ilość płynnych dodatków. Jakość mieszania ocenia się na podstawie współczynnika zmienności, stopnia opróżnienia, integralności cząstek, dostarczonej energii oraz temperatury produktu.

Zwalidowane wartości są dokumentowane i wprowadzane do systemu sterowania instalacji w formie karty receptury. Dopiero dzięki tej dokumentacji ryzyko związane ze skalowaniem staje się możliwe do oszacowania, a decyzja inwestycyjna – uzasadniona.

Rozróżnienie

„Scale-up” nie jest równoznaczny ze zwiększeniem wydajności. Jeśli ograniczymy się do zakupu drugiej instalacji o tej samej wielkości, parametry procesu pozostaną niezmienione. O „scale-upie” mówi się wtedy, gdy wielkość partii wzrasta i w związku z tym konieczne jest dostosowanie trybu pracy.