Jakie rozwiązania istnieją dla elastycznych wielkości wsadu (materiały sypkie) od 5 do 5000 litrów w tym samym typie mieszalnika?
Przetwarzanie wsadów o objętości od 5 do 5000 litrów stawia wysokie wymagania technice mieszania i rozwojowi procesu. Należy przy tym rozróżnić dwie kwestie. Po pierwsze chodzi o minimalną i maksymalną ilość napełnienia, którą pojedynczy mieszalnik może sensownie przetwarzać. Po drugie chodzi o przenoszalność procesu mieszania z instalacji laboratoryjnej na większe mieszalniki produkcyjne tej samej serii konstrukcyjnej.
Pojedyncza maszyna mieszająca zwykle nie może sensownie pokryć zakresu od 5 do 5000 litrów. Odpowiada to stosunkowi 1 do 1000. Przy bardzo małych ilościach napełnienia narzędzia mieszające nie mogą wystarczająco zanurzyć się w produkcie. Ponadto tarcie o ścianę, ilości resztkowe, zdolność opróżniania i nakład na czyszczenie zyskują przy małych wsadach istotnie na znaczeniu. W praktyce zatem lepszym rozwiązaniem jest zwykle geometrycznie i funkcjonalnie porównywalna seria mieszalników z mieszalnikami laboratoryjnymi, pilotażowymi i produkcyjnymi.
Dla silnie zmiennych stopni napełnienia szczególnie odpowiednie są pionowe systemy mieszania o stożkowej geometrii zbiornika. Stożkowe mieszalniki ślimakowe działające według zasady Nauty prowadzą produkt do najniższego punktu zbiornika. Obiegowy ślimak może dzięki temu pozostać skuteczny nawet przy stosunkowo niskim napełnieniu. Pionowe mieszalniki jedno- lub dwuwałowe z wielkopowierzchniowymi narzędziami mieszającymi pracującymi blisko dna mogą również pokrywać szeroki zakres stopni napełnienia. Czy dana minimalna ilość napełnienia zostanie osiągnięta, zależy jednak zawsze od materiału sypkiego, wielkości ziarna, gęstości nasypowej, zachowania podczas płynięcia, zadania mieszania i geometrii narzędzia.
Wysoka elastyczność w obrębie jednej maszyny wymaga odpowiedniej geometrii zbiornika i narzędzia mieszającego. Stożkowe dna lub celowo ukształtowane geometrie dna zapewniają, że nawet przy częściowym napełnieniu wystarczająca ilość produktu znajduje się w strefie działania narzędzia mieszającego. Narzędzia umieszczone blisko dna mogą poprawić ruch produktu w dolnym obszarze i zredukować powstawanie nieruchomych stref.
Napędy regulowane częstotliwościowo umożliwiają dostosowanie prędkości obrotowej i intensywności mieszania do stopnia napełnienia i właściwości produktu. Niższa prędkość obrotowa może chronić wrażliwe cząstki, podczas gdy wyższa prędkość obrotowa przy określonych zadaniach mieszania przyspiesza wymieszanie. Wymaganej prędkości obrotowej nie wolno jednak wyprowadzać wyłącznie ze stałego jednostkowego wprowadzania mocy. W przypadku suchych materiałów sypkich zachowanie mieszania determinują również grawitacja, tarcie o ścianę, kształt cząstek i kohezja.
Dobra zdolność opróżniania jest szczególnie ważna przy małych wsadach. Organy wylotowe o niskiej liczbie stref martwych oraz korzystna konstrukcyjnie geometria zbiornika redukują ilości resztkowe. Im mniejszy wsad, tym większy procentowy wpływ pozostałości produktu na wydajność, wierność recepturze i zanieczyszczenia krzyżowe. Jeśli produkt musi być temperowany, sensowne może być dopasowane wykonanie grzewcze lub chłodzące. W przypadku produktów proszkowych należy jednak sprawdzić, czy przenikanie ciepła jest wystarczające przy niskim napełnieniu.
Zakres od 5 do 5000 litrów jest w praktyce pokrywany przez serię mieszalników o kilku wielkościach konstrukcyjnych. Dla wiarygodnego powiększania skali mieszalniki powinny być porównywalne pod względem podstawowej geometrii i sposobu działania. Należą do tego między innymi stosunek narzędzia mieszającego do średnicy zbiornika, wysokość zbiornika, położenie narzędzi oraz rodzaj ruchu produktu.
Przy powiększaniu skali orientacyjną pomocą mogą być wskaźniki, takie jak prędkość obwodowa, liczba Froude'a, jednostkowe wprowadzanie mocy lub wprowadzanie energii. Wskaźników tych nie można jednak utrzymywać stałych jednocześnie. To, który parametr jest decydujący dla przeniesienia, zależy od zadania mieszania. Przy swobodnie płynących materiałach sypkich na pierwszy plan wysuwa się często konwekcyjny ruch produktu. Przy kohezyjnych, wilgotnych lub zawierających aglomeraty proszkach ważniejsze mogą być działanie ścinające, czas mieszania oraz dobór narzędzi rozdrabniających.
Geometrycznie podobna seria mieszalników redukuje nakład rozwojowy, ale nie zastępuje prób w skali pilotażowej lub produkcyjnej. Różnice w stopniu napełnienia, nacisku produktu, gęstości nasypowej, opróżnianiu i czasie dodawania mogą wpływać na jakość mieszania. Dlatego krytyczne receptury powinny być testowane z oryginalnym produktem w kilku wielkościach konstrukcyjnych. Oprócz jakości mieszania oceniane są również skłonność do rozdzielania się, łagodność wobec produktu, opróżnianie resztkowe, możliwość czyszczenia i odtwarzalność.
Ekonomicznie i procesowo sensownym rozwiązaniem jest zwykle spójna seria mieszalników dla laboratorium, instalacji pilotażowej i produkcji. Uzupełniają ją mieszalniki o możliwie dużym użytkowym zakresie stopnia napełnienia, napędy regulowane częstotliwościowo, opróżnianie o niskiej liczbie stref martwych oraz geometria narzędzia mieszającego dopasowana do produktu. W ten sposób wsady rozwojowe, ilości pilotażowe i wsady produkcyjne można wytwarzać z porównywalnym efektem mieszania, nie przekraczając fizycznych granic pojedynczej maszyny.
Rozpiętości wsadów i wielkości konstrukcyjne: technika mieszania amixon® od 5 litrów do 100 metrów sześciennych
amixon® oferuje rozwiązania mieszające dla wsadów rozwojowych, ilości pilotażowych oraz wielkoobjętościowych wsadów produkcyjnych. Spektrum sięga od małych mieszalników jednowałowych od ok. 5 litrów aż po duże mieszalniki Gyraton® dla wsadów do ok. 100 metrów sześciennych. Decydująca jest przy tym nie tylko objętość nominalna, lecz pytanie, przy jakim stopniu napełnienia, z jakim produktem i w jakim czasie ma zostać osiągnięta zdefiniowana jakość mieszania.
Wysoka elastyczność w obrębie jednego mieszalnika
Wiele mieszalników amixon® może pokrywać szeroki zakres stopnia napełnienia. W zależności od typu mieszalnika, produktu i zadania mieszania możliwe są stopnie napełnienia od ok. 10 do 100 procent objętości użytkowej. Dzięki temu mieszalnik produkcyjny może przetwarzać różne wielkości partii bez konieczności stosowania osobnej instalacji dla każdej wielkości wsadu.
Mieszalnik HM 7000 może na przykład, przy odpowiedniej recepturze i doborze, przetwarzać zarówno wsady częściowe, jak i pełny wsad nominalny. Czy przy 800 litrach i 7000 litrach zostanie osiągnięty ten sam czas mieszania i jakość mieszania, należy jednak sprawdzić na oryginalnym produkcie. Szeroki zakres stopnia napełnienia redukuje zapotrzebowanie na drugą maszynę, ale nie zastępuje oceny związanej z procesem, a w razie potrzeby kwalifikacji różnych wielkości wsadu.
Siatka wielkości konstrukcyjnych amixon®
Mieszalniki jednowałowe serii EM nadają się do wsadów rozwojowych, małych i just-in-time. W zależności od wykonania jako zbiornik mieszający można wykorzystać beczki normowe. Ułatwia to przetwarzanie małych ilości i może zapobiec etapom przesypywania.
Mieszalniki kontenerowe serii COM wykorzystują Mixtainer® lub IBC jako przestrzeń mieszania. Pokrywają wsady od ok. 100 do 4000 litrów i nadają się szczególnie do procesów, w których zbiornik służy jednocześnie jako pojemnik transportowy, magazynowy i mieszający.
Mieszalniki pionowe i mieszalniki stożkowe serii VM, HM i AM, a także próżniowe suszarko-mieszalniki i reaktory serii VMT i AMT są dostępne w licznych wielkościach konstrukcyjnych. Dzięki temu wydajność instalacji można ściśle dopasować do wymaganej wielkości wsadu. Wykonania specjalne umożliwiają również duże objętości użytkowe do ok. 50000 litrów.
Dla dużych wsadów dostępny jest Gyraton® GM. Może on zostać zaprojektowany dla wsadów w zakresie ok. 10 do 100 metrów sześciennych. Konkretna wielkość konstrukcyjna jest ustalana na podstawie produktu, wymaganego czasu mieszania, stopnia napełnienia, sytuacji montażowej i logistyki materiałowej.
Dodatkowo amixon® oferuje rozwiązania do ciągłego mieszania i granulowania. Są one sensowne, gdy w centrum uwagi znajduje się nie pojedynczy wsad, lecz równomierny przepływ masowy. Wybór między procesem okresowym a ciągłym zależy od receptury, przepustowości, wymagań dotyczących czyszczenia oraz wymaganego stopnia elastyczności.
Przepustowość wynika z całego procesu
Rzeczywista przepustowość instalacji mieszającej nie wynika wyłącznie z wielkości wsadu. Decydujące znaczenie mają czas mieszania, napełnianie, dozowanie, opróżnianie, czyszczenie i zmiana między recepturami. Dlatego amixon® rozpatruje czas cyklu jako proces całościowy.
Szybkie i możliwie całkowite opróżnianie może wyraźnie poprawić dostępność instalacji. KoneSlid® KS umożliwia szybki wyładunek produktu. Elementy ComDisc® wspierają opróżnianie resztkowe i pomagają zredukować ryzyko rozdzielania się podczas wyładunku. Osiągalny czas opróżniania i ilość resztkowa zależą przy tym od produktu i konkretnej konfiguracji instalacji.
Skalowanie z próbami w centrum prób
Serie amixon® są zaprojektowane tak, aby dane zadanie mieszania można było systematycznie przenosić od fazy rozwoju aż do produkcji. W obrębie jednej serii mieszalników podstawowy sposób działania i elementy oddziałujące na produkt pozostają porównywalne. Mimo to powiększanie skali nie jest zabezpieczone wyłącznie przez geometryczne podobieństwo budowy.
Próby mieszania z oryginalnym produktem są zatem centralnym elementem doboru. W centrum prób amixon® w Paderborn dostępnych jest ponad 30 instalacji testowych w różnych wielkościach konstrukcyjnych. Dodatkowo istnieją centra prób w Japonii, Indiach, Tajlandii, Chinach, Korei Południowej i USA. Próby mogą być przeprowadzane przy realistycznych stopniach napełnienia, wielkościach wsadu oraz przewidzianych warunkach temperatury i ciśnienia.
Oceniane są jakość mieszania, łagodność wobec produktu, wprowadzanie energii, zdolność opróżniania, możliwość czyszczenia i odtwarzalność. Wyniki stanowią podstawę doboru wielkości konstrukcyjnej oraz ustalenia parametrów procesu w późniejszej produkcji seryjnej.
Projektowanie higieniczne dla zmiany wsadów
Projektowanie higieniczne amixon® wspiera szybką zmianę produktu i dobrą możliwość czyszczenia. Przestrzeń mieszania i mieszadło są spawane bez szczelin i wypolerowane. Mieszadło jest łożyskowane wyłącznie od góry. Dolny przepust wału mający kontakt z produktem może dzięki temu odpaść.
Drzwi inspekcyjne Clever-Cut® z uszczelkami OmgaSeal® tworzą dobry dostęp do powierzchni mających kontakt z produktem. Organy wylotowe o niskiej liczbie stref martwych oraz opcjonalnie zintegrowane lance myjące wspierają czyszczenie na sucho lub na mokro. W zależności od zastosowania wykonanie można dostosować do wymagań higienicznych przemysłu spożywczego, farmaceutycznego lub chemicznego.
amixon® oferuje zatem nie jedną maszynę dla całego zakresu od 5 do 5000 litrów, lecz spójny system modułowy. Łączy on elastyczne stopnie napełnienia w obrębie poszczególnych mieszalników z szerokim wyborem wielkości konstrukcyjnych oraz próbami zbliżonymi do procesu w centrum prób.