Jakie parametry decydują o integralności cząstek, czyli o niskich siłach ścinających i łagodnym ruchu, w mieszalnikach pionowych?
Integralność cząstek w mieszalnikach pionowych jest określana przede wszystkim przez geometrię narzędzia, obroty, stopień napełnienia, czas mieszania, jakość powierzchni i właściwości produktu. Celem jest możliwie łagodne poruszanie wrażliwych cząstek, takich jak granulaty, aglomeraty, cząstki powlekane lub produkty włókniste, bez utraty koniecznej jakości mieszania.
Najlepsza ochrona cząstek powstaje wtedy, gdy wymagana jakość mieszania jest osiągana w możliwie krótkim czasie procesu. Wielokrotnie wykazano na całym świecie, że pionowe mieszalniki dwuwałowe przy odpowiednim doborze potrafią łączyć bardzo krótkie czasy mieszania z wysoką jakością mieszania i dobrą łagodnością wobec produktu.
Narzędzie i geometria
Geometria wstęgi lub ślimaka jest czynnikiem centralnym. Równomiernie ukształtowane, wielkopowierzchniowe narzędzie transportuje materiał sypki łagodnie w górę i wytwarza w przewadze przemieszczanie konwekcyjne, a nie intensywne ścinanie.
Ważne są ponadto gładkie powierzchnie, zaokrąglone przejścia i wykonanie o niewielu strefach martwych. Zmniejszają one ścieranie, pękanie cząstek i lokalne przeciążenia. Wielkość szczeliny powinna być dobrana tak, aby nie powstawało zakleszczanie ani zgniatanie; ogólne odniesienie do średnicy cząstki jest do tego zbyt schematyczne.
Obroty i prędkość obwodowa
Prędkość obwodowa jest istotną dźwignią nastawczą obciążenia mechanicznego. Niskie obroty i umiarkowane prędkości obwodowe zmniejszają siły ścinające, energię uderzenia i ścieranie.
Obroty nie mogą być jednak również zbyt niskie, ponieważ w przeciwnym razie brakuje koniecznego przetłaczania i homogenizacji. Decydujący jest dlatego punkt równowagi między ochroną cząstek a wystarczającym działaniem mieszającym.
Stopień napełnienia i zachowanie podczas mieszania
Odpowiedni stopień napełnienia zależy od typu mieszalnika i od produktu. Ogólne wskazanie, takie jak od 40 do 80 procent, jest zbyt zgrubne. Zbyt niskie stopnie napełnienia sprzyjają swobodnemu ruchowi i obciążeniu uderzeniowemu, zbyt wysokie stopnie napełnienia mogą utrudniać przetłaczanie i zwiększać ciśnienie w złożu sypkim.
Czas mieszania i prowadzenie procesu
Czas mieszania powinien być tylko tak długi, jak jest to konieczne dla pożądanej jednorodności. Z rosnącym czasem przebywania rośnie kumulatywne obciążenie mechaniczne.
Krótkie czasy mieszania nie są jednak automatycznie lepsze. Jeżeli czas jest zbyt krótki, mieszanina pozostaje niedostatecznie jednorodna i może się później ponownie segregować. Optymalny czas mieszania jest dlatego najkrótszym czasem niezawodnie wystarczającym.
Prowadzenie przepływu w zbiorniku
Mieszalniki pionowe pracują typowo z ruchem obiegowym wspieranym grawitacją: produkt jest transportowany w górę i spływa w obszarze brzegowym ponownie w dół. Ta forma przemieszczania jest najczęściej łagodniejsza dla cząstek niż zasady mieszania silnie ścinające lub turbulentne.
Powierzchnie i czyszczenie
Gładkie, polerowane lub powlekane powierzchnie mające kontakt z produktem zmniejszają tarcie i przyleganie. Niska chropowatość może zmniejszyć ścieranie i przyleganie materiału, nie jest jednak decydująca sama w sobie.
Stała granica chropowatości nie jest ogólnie przenoszalna; wymagania zależą od produktu, zdolności do czyszczenia i sytuacji zużycia. Dla produktów wrażliwych dobrze wykonane, gładkie powierzchnie są w każdym przypadku korzystne.
Rozruch i hamowanie
Łagodne procesy uruchamiania i zatrzymywania zapobiegają szczytom momentu obrotowego i nagłym ruchom produktu. Zmniejsza to obciążenia mechaniczne, szczególnie przy materiałach kruchych lub wrażliwych na pękanie.
Sterowanie rampami jest ważne, nie zastępuje jednak odpowiedniej geometrii narzędzia ani właściwego stopnia napełnienia.
Właściwości produktu
Integralność cząstek zależy zawsze również od samego produktu. Gęstość nasypowa, rozkład wielkości cząstek, wilgotność, twardość, porowatość i kruchość decydują o tym, jak wrażliwie materiał reaguje na ścinanie, ciśnienie i uderzenie.
Dlatego parametry procesowe muszą być dobierane i walidowane specyficznie dla produktu. Dobre nastawienie dla kruchego granulatu może być nieodpowiednie dla produktu bardziej zwartego lub bardziej wilgotnego.
Wyładunek i opróżnianie
Również opróżnianie wpływa na integralność cząstek. Łagodny wyładunek wspierany grawitacją, bez niepotrzebnego transportu wymuszonego, jest najczęściej korzystny, ponieważ unika się zgniatania i dodatkowych przeciążeń.
Opróżnianie powinno być dlatego rozpatrywane jako część całego procesu, a nie tylko jako etap następczy.
W ten sposób amixon® zabezpiecza integralność cząstek wrażliwych materiałów sypkich
amixon® zabezpiecza integralność cząstek poprzez połączoną zasadę przepływu, niskie prędkości obwodowe, nazwane technologie narzędziowe i realne próby w centrum prób. Poszczególne elementy zazębiają się przy tym wzajemnie.
Przepływ makroskopowy i mikroskopowy jako zasada podstawowa
Wstęgowa geometria obracającego się mieszadła wytwarza przepływ makroskopowy. Materiał mieszany jest transportowany przy ścianie zbiornika w górę. Po dojściu do góry spływa w środku ponownie w dół. Powstaje w ten sposób zamknięty obieg, który ciągle przetacza całą objętość. W razie potrzeby wysokoobrotowe rotory tnące dodają przepływ mikroskopowy. Rozbijają one aglomeraty i grudki celowo poprzez efekty uderzenia, tarcia i ścinania. Oba rodzaje przepływu działają w mieszalnikach amixon® jednocześnie i są optymalnie do siebie dopasowane. Wynikiem jest idealna jakość mieszania przy minimalnym wprowadzaniu energii. Materiały mieszane nie są przy tym prawie w ogóle ogrzewane.
Technologia narzędziowa
Mieszadło SinConvex® wytwarza trójwymiarowy przepływ naporowy. Na zewnątrz produkt jest poruszany w górę, w centrum w dół, z nałożoną równomierną rotacją. Idealna mieszanina powstaje w ten sposób najczęściej w ciągu 2 do 5 minut. Odpowiada to 50 do 100 obrotom narzędzia. Nie następuje przy tym ani ogrzanie produktu, ani segregacja. Do różnych wymagań w zakresie łagodności dostępne są różne koncepcje maszynowe.
Ta sama maszyna może w razie potrzeby celowo deaglomerować: rotory tnące działają lokalnie ograniczone i są załączane tylko wtedy, gdy aglomeraty mają zostać rozpuszczone – cały wsad przechodzi nadal tylko przez łagodny przepływ podstawowy. Programy mieszania, obejmujące prędkość, czas trwania i użycie rotorów, są zapisane w sterowniku PLC i powtarzalne dla każdego wsadu.
Duże wsady bez utraty łagodności
Ponieważ skalowanie odbywa się poprzez prędkość obwodową, obciążenie cząstek pozostaje również w skali produkcyjnej na poziomie centrum prób – do 50.000 litrów (VM/HM) oraz 100 m³ przy Gyraton® GM, który miesza wyraźnie precyzyjnie i łagodnie przy minimalnej mocy napędu. Jakość mieszania pozostaje niezależnie od stopnia napełnienia (10 do 100 %) idealną mieszaniną losową.
Specjaliści do maksimum
Do materiałów wyjątkowo kruchych dostępne są mieszalnik kulisty SpherHelics® SH (kulista komora mieszania bez narożników i stref zgniatania, od 400 do 5.000 l) oraz KoneSlid® KS: idealna jakość mieszania po 20 do 40 obrotach przy minimalnym wprowadzaniu energii, opróżnianie w kilka sekund bez stożka nasypowego i bez segregacji – opracowane dla materiałów suszonych rozpyłowo, granulowanych w złożu fluidalnym i suszonych na taśmie. Wskaźniki pęknięć i przebiegi pasma uziarnienia dla konkretnego produktu amixon® mierzy w centrum prób – z analizą wielkości cząstek przed próbą i po niej, udokumentowaną.
Wielkości bez kompromisów
Raster amixon® pokrywa każdą wielkość docelową: mieszalniki pionowe i stożkowe (VM, HM, AM) oraz suszarko-mieszalniki-reaktory VMT i AMT na życzenie w krokach co 100 litrów od 100 do 50.000 litrów, Gyraton® GM od 10 do około 100 m³ w krokach co 1 m³, do tego EM (5 do 200 l, beczka znormalizowana) i COM (100 do 4.000 l, kontener jako komora mieszania). W obrębie każdego mieszalnika stopień napełnienia jest dowolnie wybieralny od około 10 do 100 % – jakość mieszania pozostaje technicznie idealną mieszaniną losową, a zakres wsadu obejmujący dekadę obsługuje ten sam aparat.
Projektowanie higieniczne jako podstawa konstrukcyjna
Wszystkie wymienione właściwości opierają się na projektowaniu higienicznym amixon®: komora mieszania i mieszadło są spawane i szlifowane bez szczelin, mieszadło jest łożyskowane tylko od góry – krytyczny dla zanieczyszczeń dolny przepust wału zostaje pominięty. Duże drzwi inspekcyjne Clever-Cut® z trwale pozbawionym stref martwych uszczelnieniem OmgaSeal® czynią wszystkie powierzchnie mające kontakt z produktem ergonomicznie dostępnymi; pozbawione stref martwych organy wylotowe i zintegrowane lance myjące (na życzenie w pełni automatyczne czyszczenie na mokro) czynią czyszczenie na sucho i na mokro walidowalnym – według wytycznych EHEDG, wytycznych higienicznych FDA i 3-A Sanitary Standards.