Jakie czujniki procesowe momentu obrotowego, temperatury i wilgotności są przydatne do rozpoznawania punktów końcowych granulacji w mieszalniku przepływowym?
Rozpoznanie punktu końcowego granulacji w mieszalniku przepływowym udaje się najbardziej niezawodnie przy połączeniu czujników momentu obrotowego, temperatury i wilgotności. Każda z tych wielkości opisuje inny aspekt stanu procesu i nie powinna być rozpatrywana w izolacji.
Moment obrotowy / pobór mocy
Pomiar momentu obrotowego wału lub mocy napędu jest najważniejszym bezpośrednim wskaźnikiem postępu granulacji. Wraz z rosnącą ilością cieczy wiążącej i wzrostem ziaren rosną kohezja, lepkość i opór przepływu materiału wilgotnego. Przenoszony moment obrotowy rośnie i tworzy charakterystyczną krzywą. Plateau lub zdefiniowana wartość progowa tej krzywej często oznacza w praktyce optymalny stan granulacji. Przejście od zwilżania do fazy wzrostu i zagęszczania widoczne jest w wyraźnym wzroście momentu obrotowego i następującej stabilizacji. Pomiar może odbywać się przez wały pomiarowe momentu obrotowego, tensometry albo pośrednio przez prąd silnika i pobór mocy i nadaje się do analiz trendu oraz statystycznej kontroli procesu. W ciągłych procesach granulacji interpretacja jest bardziej złożona niż w pracy wsadowej, ponieważ oceniane muszą być stacjonarne stany pracy i przepływy materiału; stosuje się tu analizy trendu i modele czujników programowych.
Temperatura
Temperatura produktu opisuje sytuację termiczną i energetyczną w komorze mieszania. Tarcie i siły ścinające w zagęszczonym złożu granulatu wytwarzają ciepło tarcia, a zwilżanie i procesy odparowania dodatkowo wpływają na przebieg temperatury. Wzrost temperatury często koreluje z podwyższonym obciążeniem mechanicznym i zagęszczeniem; spadki temperatury mogą wskazywać na silniejsze odparowanie lub przewilgocenie. Mierzy się typowo termometrami rezystancyjnymi w kontakcie z produktem albo bezstykowo czujnikami IR przy wylocie lub na wziernikach. Temperatura daje wczesne wskazania na przegranulowanie, przewilgocenie lub przeciążenie termiczne i jest przy substancjach czynnych termolabilnych ważna dla unikania degradacji. Jako wskaźnik punktu końcowego wykorzystywana jest z reguły uzupełniająco do momentu obrotowego i wilgotności, a nie jako jedyna wielkość docelowa.
Wilgotność
Pomiar zawartości wody w linii zabezpiecza stan materiałowy. Wilgotność steruje siłami kapilarnymi i adhezyjnymi, stopniem zwilżenia, powiększaniem ziaren i mechaniczną stabilnością granulatów oraz jest decydująca dla następczych etapów, takich jak suszenie, tabletkowanie i zdolność do przechowywania. Typowymi metodami są spektroskopia w bliskiej podczerwieni jako szybka, bezstykowa metoda w linii z potencjałem regulacji w czasie rzeczywistym, wymagająca kalibracji chemometrycznej, oraz czujniki rezonansu mikrofalowego do objętościowego pomiaru wilgotności o niewielkiej wrażliwości na zabrudzenie. Czujniki pojemnościowe są tanie i łatwe do zintegrowania, ale silniej zależne od matrycy i często mniej dokładne. Czujniki wilgotności umożliwiają zdefiniowanie zakresu docelowego, w którym osiągana jest pożądana struktura granulatu i właściwość przepływowa, i służą jako sygnał odniesienia do walidacji wielkości mierzonych mechanicznych i termicznych oraz do regulacji dozowania spoiwa.
Sensowne połączenie i rozszerzenia
Żadna z wymienionych wielkości mierzonych nie jest sama wystarczająca, aby niezawodnie rozpoznać punkt końcowy granulacji w mieszalniku przepływowym. W praktyce dąży się do wielowymiarowej fuzji czujników: moment obrotowy lub moc opisuje stan mechaniczny, temperatura stan termiczny i energetyczny, wilgotność stan materiałowy. W nowoczesnych koncepcjach PAT sygnały te są łączone w modelach wielowymiarowych, aby powtarzalnie rozpoznawać punkty końcowe, budować zamknięte strategie regulacji, wyrównywać wahania surowców i zmniejszać braki. Opcjonalnie można zintegrować pomiar emisji akustycznej lub metody optyczne do analizy wielkości cząstek, aby powiązać morfologię granulatu bezpośrednio z sygnałami procesowymi.
W ten sposób amixon® wyposaża mieszalnik przelotowy RMG w sensorykę procesową
Sensoryka jako dostawa zewnętrzna – integracja jako kompetencja amixon®
amixon® nie rozwija ani nie produkuje własnych czujników. Aparaty mogą jednak zostać wyposażone w wiele odpowiednich systemów pomiarowych służących nadzorowi procesu, automatyzacji oraz zapewnieniu bezpieczeństwa pracy i produktu. To, jakie zasady pomiaru, konstrukcje czujników i marki zostaną zastosowane, ustalane jest zawsze w odniesieniu do zastosowania.
amixon® przejmuje przy tym procesową i konstrukcyjną integrację sensoryki w mieszalniku przelotowym RMG. Wspólnie z użytkownikiem i jego dostawcą techniki pomiarowej definiowane są wybór, pozycja montażu, wykonanie zgodne z zasadami higieny, przetwarzanie sygnału oraz połączenie z nadrzędnym systemem sterowania instalacji. Decydujące jest to, która wielkość pomiarowa w rzeczywistych warunkach procesowych koreluje niezawodnie z pożądaną jakością granulatu.
Szczególnie wymowne mogą być obrazowe metody pomiaru online. Umożliwiają one ciągłą rejestrację wielkości, a w razie potrzeby także kształtu cząstek. Uzyskane dane mogą służyć do nadzorowania procesu granulacji oraz – o ile przewiduje to koncepcja procesowa – do jego celowej regulacji. Ważnymi wielkościami nastawnymi są w szczególności:
- ilość podawanej lub strumień masowy cieczy granulującej,
- częstotliwość obrotowa narzędzia mieszającego,
- strumień masowy ciała stałego,
- jednostkowe wprowadzanie energii oraz
- w razie potrzeby temperatura produktu.
Także moment obrotowy, pobór mocy, temperatura i wilgotność dostarczają cennych wskazówek o aktualnym stanie procesu. Mogą uwidocznić zmiany zwilżania, tworzenia aglomeratów, konsystencji produktu lub skłonności do przywierania. To, czy wystarcza pojedyncza wielkość pomiarowa, czy też trzeba analizować kilka sygnałów łącznie, zależy od receptury, jakości surowca i prowadzenia procesu.
Zrozumienie procesu powstaje w centrum prób
Dla konkretnej receptury amixon® może zbadać w centrum prób z produktem oryginalnym, które wielkości pomiarowe najlepiej odwzorowują pożądany stan granulacji. W tym celu rejestrowane są istotne dane procesowe i porównywane z analitycznie oznaczonymi cechami jakościowymi wytworzonego granulatu. Wyniki są w sposób możliwy do prześledzenia dokumentowane w raporcie z prób. Badania te tworzą rzetelną podstawę do zaprojektowania i późniejszego uruchomienia instalacji produkcyjnej. Pomagają wcześnie ocenić zależności między recepturą, jakością surowca, wilgotnością wyjściową, dodatkiem cieczy, wprowadzaniem energii, prędkością obwodową narzędzia mieszającego, czasem przebywania i dokładnością dozowania. Dzięki temu można zdefiniować odpowiednie okna pracy i ustalić parametry procesu dla stabilnej, powtarzalnej granulacji.
Mieszalnik przelotowy RMG: doświadczenie, serwis i części zamienne
Mieszalnik przelotowy RMG bardzo dobrze sprawdził się przy wybranych klasach produktów oraz przy zadaniach ciągłego mieszania i aglomeracji. amixon® produkuje odpowiednie aparaty na życzenie, wspiera w zadaniach serwisowych i zapewnia długoterminowe zaopatrzenie w części zamienne.
Dalszy rozwój tego szczególnego systemu mieszająco-granulującego nie jest jednak od 2010 roku głównym kierunkiem prac rozwojowych amixon®. Dzisiejszy nacisk położony jest na mieszalniki precyzyjne do proszków, ciał stałych i produktów pastowatych z pionowo lub ukośnie ułożyskowanymi wałami mieszającymi. Systemy te nadają się w szczególności do zastosowań o wysokich wymaganiach co do jakości mieszania, opróżniania resztkowego, delikatnego traktowania produktu, procesów próżniowych, obróbki termicznej oraz higienicznego projektowania i containmentu.