Jak wygląda czas mieszania mieszalnika KoneSlid w porównaniu z klasycznymi mieszalnikami dwustożkowymi?
Mieszalnik KoneSlid® osiąga przy wielu zadaniach mieszania proszków wyraźnie krótsze czasy mieszania niż klasyczny mieszalnik dwustożkowy. Oba systemy zasadniczo różnią się sposobem działania. Klasyczny mieszalnik dwustożkowy jest mieszalnikiem grawitacyjnym złożonym z dwóch zespawanych ze sobą lejów, które jako zamknięty zbiornik obracają się wokół osi poziomej. Produkt jest przy tym wielokrotnie unoszony, dzielony, przemieszczany i opada z powrotem pod wpływem grawitacji. Mieszalnik KoneSlid® pracuje natomiast jako pionowy jednowałowy mieszalnik stożkowy z aktywnie napędzanym narzędziem mieszającym. Jego czas mieszania jest dlatego z reguły znacznie krótszy, ponieważ ruch produktu jest wytwarzany celowo, a nie powstaje wyłącznie z pasywnych ruchów spadania i lawinowania obracanego wsadu.
W mieszalniku dwustożkowym mieszanie odbywa się poprzez połączenie konwekcji i dyfuzyjnego przemieszania. Przy każdym obrocie części wsadu są przemieszczane, jednak wymiana między oddalonymi przestrzennie strefami produktu jest ograniczona. Ta zasada nadaje się szczególnie do dobrze płynących, w dużej mierze wolnych od aglomeratów proszków i granulatów o wystarczająco podobnej wielkości cząstek, kształcie cząstek, gęstości nasypowej i właściwościach płynięcia. Przy takich produktach mieszalnik dwustożkowy może osiągnąć delikatną i wystarczającą homogenizację. Wymagany czas mieszania mieści się jednak często w zakresie kilku minut i przy bardziej wymagających recepturach może być wyraźnie dłuższy. Zależy on od stopnia napełnienia, prędkości obrotowej, geometrii zbiornika, receptury, docelowej jednorodności oraz liczby wymaganych obrotów zbiornika.
Mieszalnik KoneSlid® wytwarza natomiast aktywny, trójwymiarowy przepływ produktu. Obracające się narzędzie mieszające transportuje produkt w obszarze przyściennym spiralnie w górę. W obszarze centralnym płynie on pod wpływem grawitacji ponownie w dół. Stożkowy element wypierający kieruje opadający strumień produktu ponownie w stronę zewnętrznej strefy mieszania. Dzięki temu cała mieszanina jest nieustannie przewarstwiana i rozprowadzana w całej przestrzeni mieszania. Aktywny przepływ konwekcyjny znacznie przyspiesza wymianę materiału. Dla KoneSlid® podaje się, w zależności od produktu i zadania, czasy mieszania wynoszące około 20 do 120 sekund; wymagana liczba obrotów narzędzia może być przy tym wyraźnie mniejsza niż liczba obrotów zbiornika mieszalnika grawitacyjnego.
Krótszy czas mieszania nie oznacza automatycznie silniejszego lub szkodliwego dla produktu obciążenia. KoneSlid® może być eksploatowany przy stosunkowo niskiej prędkości obrotowej. Działanie mieszające powstaje przede wszystkim dzięki celowej, trójwymiarowej konwekcji, a nie dzięki wysokim prędkościom obwodowym czy niekontrolowanym ruchom spadania. Może to być korzystne dla wrażliwych cząstek, kruchych aglomeratów lub receptur o niskiej pylności. Jednocześnie w razie potrzeby można dostosować czas mieszania, prędkość obrotową oraz ewentualne włączenie dodatkowych narzędzi intensywnie mieszających do kohezyjności, tworzenia się aglomeratów i pożądanej jednorodności.
Przy złożonych recepturach z małymi składnikami pobocznymi, pigmentami lub dodatkami aktywny mieszalnik jednowałowy może być szczególnie korzystny. To samo dotyczy mieszanin o różnych gęstościach nasypowych, różnych wielkościach cząstek lub ograniczonych właściwościach płynięcia. Mimo to żaden typ mieszalnika nie może ogólnie zagwarantować osiągnięcia określonego współczynnika zmienności niezależnie od receptury i warunków procesowych. Wartości docelowe, takie jak współczynnik zmienności (CV) poniżej 5 procent, muszą zostać wykazane dla konkretnej mieszaniny za pomocą odpowiedniego planu pobierania próbek i zwalidowanej metody analitycznej. Przy bardzo małych udziałach dozowania konieczne są dodatkowo premiksy, odpowiednia kolejność dodawania lub pomoce dozujące.
Oprócz netto czasu mieszania na całkowity czas wsadu wpływają opróżnianie i czyszczenie. W KoneSlid® centralny element wypierający może zostać opuszczony po zakończeniu procesu mieszania; wspiera to rozładunek produktu przez centralny organ wyładowczy. Przy wystarczająco sypkich produktach może to umożliwić krótkie i w dużej mierze całkowite opróżnianie. Rzeczywisty czas opróżniania, ilość resztkowa i ryzyko segregacji przy rozładunku zależą jednak zawsze od kohezyjności, wilgotności, struktury cząstek, przekroju rozładunku i dalszej techniki transportu.
Właściwy pobór mocy aktywnego mieszalnika konwekcyjnego może być wyższy niż systemu grawitacyjnego, ponieważ narzędzie mieszające celowo porusza produktem. Czy wynika z tego w całym procesie wyższe czy niższe zapotrzebowanie energetyczne na wsad, nie da się ustalić ogólnie. Zależy to od czasu mieszania, stopnia napełnienia, oporu produktu, sprawności napędu, zasypu, opróżniania i nakładu na czyszczenie. Możliwa zaleta KoneSlid® polega na tym, że energia mieszania jest wprowadzana w znacznie krótszym czasie, dzięki czemu całkowity czas wsadu może się skrócić. Solidna ocena energetyczna powinna jednak opierać się na pomiarach z konkretnym produktem.
Wyboru między KoneSlid® a mieszalnikiem dwustożkowym nie należy zatem dokonywać wyłącznie na podstawie czasu mieszania. Mieszalnik dwustożkowy może być ekonomicznym, delikatnym dla produktu rozwiązaniem dla prostych, dobrze płynących, już zdeaglomerowanych i mało krytycznych czasowo mieszanin proszkowych. Mieszalnik KoneSlid® jest szczególnie interesujący, gdy wymagane są krótkie czasy wsadów, precyzyjna homogenizacja, przetwarzanie kohezyjnych lub zróżnicowanych proszków, dodawanie cieczy lub elastyczne dostosowanie intensywności mieszania. W każdym przypadku czas mieszania, jakość mieszania, zachowanie przy rozładunku oraz możliwa segregacja po mieszaniu powinny zostać zbadane z produktem oryginalnym.
Mieszalnik KoneSlid® KS: krótki czas mieszania, szybkie opróżnianie
Mieszalnik amixon® KoneSlid® KS jest zaprojektowany do szczególnie szybkiej, a zarazem delikatnej homogenizacji wrażliwych materiałów sypkich. Typowe zastosowania to produkty z suszenia rozpyłowego, granulacji fluidalnej lub suszenia taśmowego, na przykład proszki do napojów instant, pochodne mleka w proszku, zupy instant, musli, herbata lub składniki do produktów mrożonych. Takie produkty składają się często z cząstek o różnej wielkości, wrażliwych i częściowo aglomerowanych. Celem jest osiągnięcie wymaganej jednorodności bez niepotrzebnej zmiany struktury cząstek, właściwości instant, rozpuszczalności lub niskiej pylności.
Mieszalnik KoneSlid® pracuje z centralnym, aktywnie napędzanym narzędziem mieszającym. Transportuje ono produkt w obszarze przyściennym w górę, podczas gdy w obszarze centralnym płynie on pod wpływem grawitacji ponownie w dół. Centralny element wypierający kieruje opadający strumień produktu ponownie do zewnętrznej strefy mieszania. Powstaje dzięki temu trójwymiarowa, wymuszona cyrkulacja produktu. Już po około czterech obrotach narzędzia cała objętość wsadu może zostać jednokrotnie przewarstwiona. Po około 20 do 40 obrotach – w zależności od receptury, stopnia napełnienia, docelowej jednorodności i właściwości produktu – można osiągnąć technicznie idealną mieszaninę losową. Konkretna liczba wymaganych obrotów oraz czas mieszania muszą jednak zawsze zostać potwierdzone próbami z produktem oryginalnym.
Dla porównania, klasyczne mieszalniki dwustożkowe i V-grawitacyjne są mieszalnikami grawitacyjnymi lub kołyskowymi. Cały zbiornik mieszający obraca się, podczas gdy produkt jest unoszony, dzielony i sprowadzany z powrotem przez grawitację. Homogenizacja powstaje poprzez wielokrotne przewarstwianie i losowe ruchy wsadu. Metoda ta jest delikatna i nadaje się do dobrze płynących, w dużej mierze wolnych od aglomeratów proszków lub granulatów. Ponieważ wymiana produktu odbywa się mniej celowo, mieszalniki dwustożkowe wymagają w wielu przypadkach więcej obrotów zbiornika i dłuższych czasów mieszania niż aktywnie pracujący mieszalnik KoneSlid®. Rzeczywista różnica zależy jednak od receptury, stopnia napełnienia, prędkości obrotowej, geometrii zbiornika i docelowej jednorodności.
Przy wyraźnych różnicach wielkości cząstek lub gęstości nasypowej ryzyko segregacji w mieszalniku dwustożkowym może wzrosnąć. Takie ryzyko występuje w szczególności również przy opróżnianiu, na odcinkach spadku lub przy dalszym transporcie. KoneSlid® zmniejsza to ryzyko dzięki zdefiniowanemu, konwekcyjnemu prowadzeniu produktu oraz dzięki krótkiemu czasowi procesu, jednak nie zapobiega segregacji zasadniczo wyłącznie dzięki swojej geometrii. Twierdzenie o pełnej niewrażliwości na różnice gęstości nie byłoby zatem technicznie uzasadnione. Czy mieszanina pozostaje stabilna aż do napełniania, musi zostać sprawdzone dla każdej receptury poprzez próby mieszania, rozładunku i transportu.
Kolejną korzyścią KoneSlid® jest jego koncepcja rozładunku. Po zakończeniu procesu mieszania centralny system zamykający może zostać opuszczony, udostępniając duży przekrój wyładunku. Przy wystarczająco sypkich produktach wsad może wypłynąć w ciągu kilku sekund. Może to wyraźnie skrócić czas wsadu i zmniejszyć pozostałości produktu. Wartości takie jak opróżnienie resztkowe na poziomie 99,98 procent lub lepsze muszą być jednak odnoszone do konkretnego produktu, rzeczywistego stopnia napełnienia i danego wykonania aparatu. Produkty kohezyjne, wilgotne lub przywierające mogą wykazywać wyraźnie inne zachowanie przy opróżnianiu.
Szybkie opróżnianie może mieć dalsze zalety w porównaniu z rozwiązaniami z przenośnikiem ślimakowym lub małymi przekrojami wylotowymi. Przy odpowiednim produkcie może ono skrócić czas przebywania w strefie rozładunku, zmniejszyć nakład na czyszczenie i uniknąć potencjalnych stref zalegania produktu. Stwierdzenia takie jak „brak sklepiania” czy „brak segregacji” nie powinny być jednak formułowane w sposób ogólny, ponieważ sklepianie i segregacja zawsze zależą od kohezyjności, wilgotności, struktury cząstek, zawartości powietrza, geometrii rozładunku i dalszej techniki transportu.
KS może być wykonany zgodnie z wymaganiami higienicznymi i związanymi z bezpieczeństwem, w sposób dostosowany do projektu. Należą do nich wykonanie zgodne z ATEX dla strefy 20, opcje pracy próżniowej lub w atmosferze obojętnej, a także koncepcje higieniczne według EHEDG, FDA lub 3-A Sanitary Standards. Konkretna zgodność wynika każdorazowo z uzgodnionego wykonania i wymagań operatora. Bezspoinowo spawane i szlifowane powierzchnie produktowe, mieszadło łożyskowane wyłącznie od góry, dobrze dostępne drzwi inspekcyjne CleverCut® z uszczelnieniami OmgaSeal®, organy wyładowcze ubogie w strefy martwe oraz zintegrowane lance myjące mogą wspierać ręczne czyszczenie na sucho lub zwalidowane czyszczenie na mokro.
Oprócz KS amixon® oferuje różne formy konstrukcyjne dla różnych wielkości wsadów i zadań procesowych. Mieszalniki pionowe i stożkowe VM, HM i AM, a także reaktory mieszalniko-suszarki VMT i AMT, mogą być wykonane, w zależności od projektu, do około 50 000 litrów. Gyraton® GM obejmuje duże wsady do około 100 m³. Dla najmniejszych wsadów i wsadów rozwojowych dostępne są EM w zakresie od około 5 do 200 litrów oraz mieszalnik kontenerowy COM w zakresie od około 100 do 4000 litrów. Możliwy zakres stopnia napełnienia może, w zależności od formy konstrukcyjnej, receptury i doboru aparatu, wynosić od około 10 do 100 procent. Czy technicznie idealna jakość mieszania jest osiągana w całym tym zakresie, musi zostać wykazane w odniesieniu do konkretnego produktu.
amixon® może przeprowadzić porównanie między istniejącym mieszalnikiem dwustożkowym a KoneSlid® w centrum prób z produktem oryginalnym. Oceniane są przy tym nie tylko czas mieszania i jednorodność, lecz także delikatne traktowanie produktu, możliwe rozbicie cząstek, czas opróżniania, opróżnienie resztkowe, zachowanie pyłowe, czyszczalność oraz stabilność mieszaniny po rozładunku i transporcie. Udokumentowane wyniki prób stanowią solidną podstawę decyzyjną do wyboru odpowiedniej zasady mieszania.