Jakie funkcje efektywności energetycznej (np. krótkie czasy procesu, niskie zużycie energii właściwej) są standardem w nowoczesnych mieszalnikach przemysłowych?
Zużycie energii przez mieszalnik przemysłowy zależy w mniejszym stopniu od pojedynczych cech wyposażenia, a w większym od odpowiedniego połączenia zasady mieszania, napędu, prowadzenia procesu i peryferii instalacji. Nowoczesne mieszalniki mogą obniżyć zużycie energii na wsad lub na tonę produktu, jeśli osiągają wymaganą jakość mieszania przy możliwie krótkim czasie procesu i bez zbędnego wprowadzania mocy. Osiągalne wartości charakterystyczne zależą jednak silnie od produktu, stopnia napełnienia, zadania mieszania, lepkości, temperatury i nakładu na czyszczenie.
Do dziś szeroko rozpowszechnionych rozwiązań należą wydajne silniki elektryczne i napędy sterowane częstotliwościowo. Silniki o wysokiej sprawności zmniejszają straty elektryczne. Przemienniki częstotliwości umożliwiają kontrolowany łagodny rozruch oraz dostosowanie prędkości obrotowej do stopnia napełnienia, właściwości produktu i fazy procesu. Dzięki temu instalacja może być eksploatowana na przykład podczas napełniania, mieszania, opróżniania czy czyszczenia z każdorazowo wymaganą prędkością obrotową.
Napędy bezpośrednie mogą w pojedynczych zastosowaniach zmniejszać straty mechaniczne. Nie są jednak automatycznie bardziej efektywne niż wysokiej jakości motoreduktor. Najlepsze rozwiązanie zależy od prędkości obrotowej, momentu obrotowego, profilu obciążenia, wymagań konserwacyjnych i typu konstrukcji mieszalnika. Również odzysk energii hamowania jest ekonomicznie istotny tylko przy określonych napędach dynamicznych i częstych procesach hamowania.
Istotnym czynnikiem jest geometria narzędzia mieszającego. Dobrze zaprojektowane narzędzia wytwarzają ruch produktu niezbędny dla danego zadania mieszania, nie powodując przy tym zbędnego tarcia, wysokiego obciążenia ścinającego ani stref nieruchomych. Cyfrowe analizy przepływu i próby mieszania mogą wspierać dobór konstrukcji. Nie zastępują one jednak prób z rzeczywistym produktem.
Krótki czas mieszania może obniżyć zużycie energii na wsad, o ile wymagana jakość mieszania zostanie pewnie osiągnięta. Wysokie wprowadzanie mocy lub bardzo wysoka prędkość obrotowa nie zawsze są sensowne. Przy wrażliwych lub swobodnie płynących materiałach sypkich wolno pracujący system mieszający z efektywnym całościowym przepływem może być energetycznie korzystniejszy niż proces o wysokiej intensywności. Przy kohezyjnych proszkach, aglomeratach lub masach o wysokiej lepkości może być natomiast konieczne wyższe wprowadzanie energii.
Dobra zdolność do opróżniania może również oszczędzać energię i zasoby. Gdy mieszalnik opróżnia się z niewielką ilością pozostałości, zmniejszają się straty produktu, nakład na czyszczenie oraz ewentualne zapotrzebowanie na obróbkę wtórną. Elementy wyładowcze bez stref martwych, dobrze dostępne powierzchnie produktowe oraz odpowiednia geometria zbiornika wspierają ten efekt.
Dalszy potencjał oszczędności oferuje automatyzacja. Rejestracja momentu obrotowego, mocy, prędkości obrotowej, temperatury, ciśnienia lub próżni czyni proces przejrzystym. Programy receptur mogą w sposób powtarzalny sterować profilami prędkości obrotowej, czasami mieszania i kolejnością dozowania. Automatyczne rozpoznawanie punktu końcowego może zapobiec przemieszaniu, o ile dostępne są odpowiednie i miarodajne sygnały procesowe. Przy wielu procesach z proszkami punkt końcowy mieszania nie jest jednak bezpośrednio mierzalny i musi być zabezpieczony poprzez próby, zwalidowane czasy mieszania lub analizy wyrywkowe.
Monitoring energii umożliwia ciągłą ocenę zużycia na wsad, na kilogram produktu lub na etap procesu. Dopiero porównanie podobnych wsadów w porównywalnych warunkach pokazuje, czy zmienia się zapotrzebowanie na energię. Rosnący pobór mocy lub dłuższe czasy mieszania mogą wskazywać na przywieranie, zużycie, odbiegające surowce lub nieodpowiednie ustawienia. Zarządzanie energią według normy ISO 50001 może wspierać systematyczną rejestrację i poprawę takich wskaźników.
Przy mieszalnikach ogrzewanych, chłodzonych lub pracujących pod próżnią na znaczeniu zyskuje koncepcja termiczna. Izolowane zbiorniki, odpowiednie geometrie płaszcza grzewczego oraz temperowanie dostosowane do potrzeb zmniejszają straty ciepła i poprawiają przenikanie ciepła. Odzysk ciepła z powietrza wywiewanego lub obiegów chłodzących może być sensowny, nie jest to jednak standardowa funkcja każdego mieszalnika.
W próżniowych suszarko-mieszalnikach próżnia obniża temperaturę wrzenia rozpuszczalnika lub wody. Dzięki temu suszenie może odbywać się przy niższych temperaturach produktu. Całkowite zapotrzebowanie na energię cieplną nie spada jednak automatycznie, ponieważ parowanie, wytwarzanie próżni, kondensacja i straty ciepła muszą być rozpatrywane łącznie.
Szczególnie skuteczna może być integracja kilku etapów procesu w jednym aparacie. Gdy mieszanie, suszenie, chłodzenie, reagowanie lub granulowanie odbywają się bez przesypywania, odpadają straty związane z transferem, dodatkowe aparaty, a częściowo także etapy czyszczenia. Czy jest to korzystne energetycznie, należy ocenić dla całego procesu, a nie tylko dla pojedynczego mieszalnika.
Za nowoczesne podstawy uznaje się zatem efektywnie zaprojektowane napędy, sterowanie o zmiennej prędkości obrotowej, narzędzia mieszające dostosowane do produktu, dobrą zdolność do opróżniania, powtarzalne programy receptur oraz przejrzysty monitoring energii. Największe oszczędności powstają najczęściej nie dzięki pojedynczej funkcji, lecz dzięki odpowiedniemu doborowi całego procesu mieszania.
Tak amixon® ocenia efektywność energetyczną, TCO i amortyzację mieszalnika przemysłowego
Opłacalność mieszalnika przemysłowego nie jest determinowana wyłącznie poborem mocy napędu. Decydujący jest całkowity koszt posiadania (Total Cost of Ownership) w całym planowanym okresie użytkowania. Należą do niego inwestycja, energia, straty produktu, czasy czyszczenia i przezbrojenia, konserwacja, części zamienne, nakład personalny, ryzyko przestojów oraz możliwy okres użytkowania instalacji.
amixon® rozpatruje te czynniki wspólnie z użytkownikiem. Ogólne wartości jednostkowego zużycia energii na tonę produktu mają tylko ograniczoną wartość informacyjną. Rzeczywiste zapotrzebowanie na energię zależy między innymi od receptury, wielkości wsadu, stopnia napełnienia, czasu mieszania, stanu produktu i wymaganego wprowadzania energii. Dlatego pobór energii i czas mieszania powinny być ustalane z produktem oryginalnym w centrum prób.
Energia dzięki dopasowanemu ruchowi mieszania
Mieszalniki amixon® pracują, zależnie od typu konstrukcji i zadania mieszania, z niskimi prędkościami obwodowymi. Powolny ruch obrotowy może zmniejszać tarcie, obciążenie udarowe i obciążenia dynamiczne. Jest to szczególnie korzystne przy wrażliwych lub swobodnie płynących proszkach, gdy łagodny całościowy przepływ produktu osiąga wymaganą jakość mieszania przy niskim wprowadzaniu energii.
Ważnym nowym rozwiązaniem jest silos mieszający Gyraton®. Jest on zaprojektowany do dużych wsadów i może przetwarzać objętości mieszania do około 100 metrów sześciennych. Zasada mieszania łączy wielkoobjętościowy ruch produktu ze szczególnie niską zainstalowaną mocą napędu. Dzięki temu również przy dużych wsadach można osiągnąć stosunkowo niskie zapotrzebowanie na energię. Rzeczywiste jednostkowe zużycie energii zależy jednak nadal od produktu, stopnia napełnienia, czasu mieszania i wymaganej wydajności.
Krótkie czasy mieszania mogą poprawić zużycie energii na wsad oraz produktywny czas pracy instalacji. W mieszalnikach HM przemieszanie wspierane jest przez nakładające się strumienie mieszania. Wymagany czas mieszania musi zostać ustalony doświadczalnie dla każdego produktu i określony dla późniejszej eksploatacji.
Straty produktu i czasy przezbrojenia
Przy wysokowartościowych lub krytycznych recepturach pozostałości i czasy czyszczenia mają istotny wpływ na opłacalność. Dobra zdolność do opróżniania zmniejsza straty produktu, upraszcza zmianę wsadu i może obniżyć zapotrzebowanie na czasochłonne czyszczenie.
Kolejnym nowym rozwiązaniem amixon® jest koncepcja wylotu KoneSlid®. Umożliwia ona szybkie i daleko idące opróżnianie mieszalnika. Krótki czas wyładunku może przyspieszyć kolejny proces i zmniejszyć ryzyko rozdzielenia się mieszaniny podczas opróżniania. Elementy ComDisc® mogą dodatkowo wspierać opróżnianie resztkowe.
Rzeczywiście osiągalny stopień opróżnienia zależy od produktu. Struktura cząstek, wilgotność, kohezja, gęstość nasypowa i skłonność do przywierania wpływają na pozostającą ilość resztkową. Dane istotne dla amortyzacji powinny być zatem weryfikowane z danym produktem oryginalnym.
Komory mieszania bez stref martwych oraz dobrze dostępne powierzchnie mające kontakt z produktem wspierają szybkie czyszczenie. Dzięki temu można skrócić czasy przezbrojenia i zwiększyć produktywnie wykorzystywany czas pracy instalacji. Efekt ekonomiczny widoczny jest zwłaszcza przy częstych zmianach produktu, małych wsadach i wysokich wymaganiach co do czyszczenia.
Konserwacja i okres użytkowania
Mieszadło łożyskowane wyłącznie od góry pozwala uniknąć dolnego przepustu wału mającego kontakt z produktem. W połączeniu z solidną, niskoobrotową konstrukcją może to zmniejszać nakład na konserwację i potencjalne miejsca zużycia. Wiele instalacji amixon® eksploatowanych jest przez długi okres i w razie potrzeby modernizowanych lub doposażanych.
Krytyczne części zużywające się mogą być dostarczane już przy pierwszej dostawie. Długoterminowa dostępność dokumentacji konstrukcyjnej i informacji produkcyjnych wspiera identyfikację, ocenę i ewentualną ponowną produkcję części zamiennych. Może to wydłużyć okres użytkowania instalacji i ograniczyć nieplanowane przestoje.
Wiarygodne dane zamiast ogólnych wartości katalogowych
Do obliczenia ROI lub amortyzacji amixon® ustala w centrum prób dane specyficzne dla danego produktu. Mogą do nich należeć czas mieszania, pobór energii, zdolność do opróżniania, łagodność wobec produktu, nakład na czyszczenie i czas przezbrojenia. Próby przeprowadzane są z produktem oryginalnym oraz możliwie realistycznymi stopniami napełnienia, wielkościami wsadu, a także warunkami temperatury i ciśnienia.
W centrum prób amixon® w Paderborn dostępnych jest ponad 30 instalacji próbnych w różnych wielkościach konstrukcyjnych. Dodatkowo istnieją centra prób w Japonii, Indiach, Tajlandii, Chinach, Korei Południowej i USA. Wyniki prób są dokumentowane i służą jako podstawa doboru technicznego oraz oceny ekonomicznej instalacji mieszającej.
amixon® nie ocenia zatem efektywności energetycznej w oderwaniu, jako samego zużycia prądu przez napęd. W centrum uwagi znajduje się cały proces obejmujący czas mieszania, straty produktu, nakład na czyszczenie, konserwację, dostępność instalacji i długoterminową użyteczność. Dzięki rozwiązaniom takim jak koncepcja wylotu KoneSlid® i silos mieszający Gyraton® amixon® łączy szybkie, daleko idące opróżnianie z energooszczędnym mieszaniem dużych wsadów.