Jakie korzyści oferuje pionowy mieszalnik dwuwałowy przy mieszaniu i nawilżaniu proszków kohezyjnych?
Pionowe mieszalniki dwuwałowe są korzystne również wtedy, gdy proszki kohezyjne mają być nawilżane, homogenizowane lub przeprowadzane w stan podobny do ciasta. Rolę odgrywa przy tym zmieniające się zachowanie przepływowe materiału sypkiego. Jest ono w decydującym stopniu kształtowane przez kohezję, adhezję, zawartość wilgoci, rozkład wielkości cząstek i porowatość. Kohezyjność proszku i jego funkcję płynięcia można określić na przykład za pomocą aparatu ścinającego Jenikego. Bada się przy tym tarcie wewnętrzne i tarcie o ściankę pod określonymi naprężeniami konsolidacji. Wyniki w postaci funkcji płynięcia są istotne między innymi do oceny sklepiania, tworzenia się kanałów przepływowych i zachowania przy wyładunku.
Im głębiej dwa narzędzia mieszające zazębiają się ze sobą, tym efektywniej pracuje pionowy mieszalnik dwuwałowy. Najbardziej efektywne są przy tym narzędzia mieszające o kształcie wężownicowym. Mieszany materiał jest transportowany z obszarów przyściennych w górę, podczas gdy w obszarze centralnym płynie w dół. Jednocześnie występuje silne przepływanie poprzeczne między obiema częściami zbiornika. Dzięki temu cząstki proszku, obszary wilgoci, dodatki cieczy i istniejące aglomeraty są stale na nowo rozprowadzane. Ta konstrukcja nadaje się do proszków suchych, wilgotnych zawiesin oraz produktów pastowatych i podobnych do ciasta.
Zwłaszcza przy nawilżaniu proszków absorbujących decydujące znaczenie ma szybkie i równomierne rozprowadzenie cieczy. Bez wystarczającej intensywności mieszania mogą powstawać lokalnie przewilgocone obszary, gniazda lepkości i aglomeraty, podczas gdy inne strefy produktu pozostają suche. Nałożony ruch produktu w mieszalniku dwuwałowym wspiera równomierne wprowadzanie cieczy, o ile ilość dozowania, miejsce dozowania, wielkość kropli lub obraz natrysku, szybkość dodawania i czas mieszania są dopasowane do receptury. Przy produktach szczególnie podatnych na aglomerację sensowne mogą być dodatkowe narzędzia rozdrabniające lub intensywnie mieszające, aby rozbijać powstające grudki i drobniej rozprowadzać ciecz w proszku.
Przy odpowiedniej geometrii narzędzia i odpowiednio małych odstępach od ściany zbiornika i dna nakładające się strefy mieszania mogą wytwarzać skuteczny efekt zeskrobywania i samoczyszczenia. Jest to szczególnie istotne dla produktów wilgotnych i lepkich, ponieważ w ten sposób można ograniczyć narastanie materiału na narzędziach, powierzchniach ścian i w obszarze dna. Mniej narostów prowadzi do stałych warunków mieszania, zmniejsza pozostałości produktu po wyładunku i może obniżyć nakład na czyszczenie oraz czas przestoju. Rzeczywisty efekt zależy jednak od adhezji produktu, wilgotności, temperatury, jakości powierzchni, kształtu narzędzia i parametrów eksploatacyjnych i powinien zostać sprawdzony dla konkretnej receptury.
Pionowa konstrukcja wspiera ponadto wyładunek produktu dzięki sile grawitacji. Jest to zaleta konstrukcyjna przy mieszaninach kohezyjnych, wilgotnych lub przywierających, o ile organ wyładowczy, geometria narzędzia i dno zbiornika są tak zaprojektowane, że powstaje możliwie mało stagnujących obszarów produktu. Niewielka ilość resztkowa jest ważna przede wszystkim przy częstych zmianach produktu, przy cennych składnikach, przy recepturach istotnych alergenowo lub w zastosowaniach wrażliwych higienicznie. Czy osiągalne jest niemal całkowite opróżnienie, musi jednak zostać ocenione na podstawie rzeczywistych właściwości produktu.
W połączeniu z płaszczem temperującym intensywna cyrkulacja może wspierać wymianę ciepła. Produkt jest przy tym wielokrotnie prowadzony od powierzchni płaszcza do rdzenia zbiornika i z powrotem, dzięki czemu różnice temperatury wewnątrz wsadu się zmniejszają. Zależnie od wykonania można dodatkowo zintegrować pracę pod próżnią lub ciśnieniem oraz urządzenia do dodawania cieczy. Dzięki temu nawilżanie, mieszanie, kondycjonowanie, granulowanie, temperowanie oraz w określonych zastosowaniach także etapy suszenia i reakcji można łączyć w jednym zamkniętym aparacie procesowym. Porównywalne pionowe mieszalniki dwuwałowe są dostępne dla produktów suchych, wilgotnych i pastowatych. Mogą być łączone z przenoszeniem ciepła, techniką próżniową oraz wykonaniami łatwymi do czyszczenia.
Osiągalna jakość mieszania nie zależy jednak wyłącznie od konstrukcji dwuwałowej. Decydujące są między innymi geometria narzędzia, obroty, stopień napełnienia, kolejność dodawania substancji stałych, dozowanie cieczy, czas przebywania, rozwój wilgotności i kohezyjność produktu. Szczególnie przy proszkach kohezyjnych funkcja płynięcia wyznaczona za pomocą aparatu ścinającego Jenikego może dostarczyć wiarygodnej podstawy do doboru komponentów magazynowania, dozowania i wyładunku. Opisuje ona stosunek głównego naprężenia konsolidującego do unconfined yield strength i pozwala sklasyfikować zachowanie przepływowe od bardzo kohezyjnego po swobodnie płynące. Mimo to próby mieszania z produktem oryginalnym pozostają ważne, aby zabezpieczyć jednorodność, rozprowadzenie wilgoci, tworzenie się aglomeratów, wzrost temperatury, zdolność do opróżniania i powtarzalność wsadu w realistycznych warunkach eksploatacyjnych.
Pionowy mieszalnik dwuwałowy amixon® HM jest zaprojektowany do szybkiej, równomiernej, a zarazem szczególnie łagodnej homogenizacji proszków, wilgotnych materiałów sypkich, produktów pastowatych i nawilżonych mieszanin. Dwa obracające się zgodnie mieszadła helikalne wytwarzają wyraźny trójwymiarowy przepływ całkowity: mieszany materiał jest transportowany spiralnie w górę w obszarze zewnętrznym i spływa z powrotem w dół w centrum pod wpływem grawitacji. W strefach nakładania się obu strumieni produktu zachodzi intensywna wymiana. W ten sposób komponenty o różnych gęstościach nasypowych, wielkościach ziarna, zawartościach wilgoci i właściwościach przepływowych są rozprowadzane w całej objętości wsadu. Pionowe mieszalniki dwuwałowe serii HM są zaprojektowane do proszków suchych, wilgotnych zawiesin, past i produktów podobnych do ciasta.
Dla nawilżania proszków kohezyjnych ten trójwymiarowy przepływ oferuje istotne zalety. Ciecze mogą być dozowane poprzez odpowiednie punkty wprowadzania do poruszanego złoża proszku i są szybko rozprowadzane w całej objętości produktu. Pomaga to ograniczać lokalne przewilgocenie, trwałe suche gniazda i powstawanie dużych aglomeratów. Konkretny dobór dodawania cieczy zależy od receptury, w szczególności od kohezyjności, struktury cząstek, wilgotności wyjściowej, zwilżalności, ilości dozowania, szybkości dodawania i pożądanego stanu końcowego. Jeżeli wymagana jest celowa deaglomeracja, można zintegrować rotory tnące. Wspierają one proces mieszania, rozbijając aglomeraty i poprawiając rozprowadzenie fazy ciekłej w proszku.
Intensywność mieszania można dostosować do zadania. Ten sam mieszalnik może być stosowany zarówno do intensywnego wymieszania i deaglomeracji, jak i do zadań homogenizacji bardzo łagodnej. Jest to ważne na przykład wtedy, gdy mają być mieszane suszone rozpyłowo lub aglomerowane proszki instant, składniki hermetyzowane, kruche cząstki lub wrażliwe komponenty odżywcze. Celem jest wtedy osiągnięcie pożądanej jednorodności bez niepotrzebnej zmiany struktury aglomeratów, rozpuszczalności, zachowania przepływowego lub jakości optycznej produktu. Prędkość obwodowa narzędzi mieszających może być przy tym ustawiona stosunkowo nisko; rzeczywiste ustawienie jest określane na podstawie receptury, wielkości wsadu i celu mieszania.
Technologie amixon® SinConvex® i SinConcave® rozszerzają możliwości prowadzenia produktu. Te helikalne narzędzia mieszające są zaprojektowane do poprawionego przestrzennego przepływu i wspierają równomierne wymieszanie w całej przestrzeni zbiornika. Jednocześnie sprzyjają opróżnianiu, ponieważ produkt jest prowadzony z obszarów przyściennych i przydennych w kierunku wyładunku. Przy sypkich materiałach można osiągnąć niemal całkowite opróżnienie. Zmniejsza to straty produktu, ułatwia zmiany produktu i przyczynia się do oszczędności zasobów, ponieważ powstaje mniej pozostałości surowca, wody czyszczącej i ścieków.
Dla szczególnie wrażliwych zastosowań dostępna jest technologia MultiPane®. Umożliwia ona szczególnie łagodny ruch produktu i nadaje się dzięki temu do zadań mieszania, przy których struktura cząstek i aglomeraty mają zostać możliwie zachowane. Może to być istotne przy suplementach diety, mieszankach dietetycznych, proszkach instant, mikroorganizmach, wrażliwych granulatach lub składnikach hermetyzowanych. Połączenie niskiego obciążenia mechanicznego i intensywnego trójwymiarowego rozprowadzenia pomaga rozwiązać konflikt celów między wysoką jednorodnością a łagodnością wobec produktu.
ComDisc® wspiera bardzo daleko idące całkowite opróżnianie mieszalnika. Jest to ważne zarówno przy produktach cennych, kohezyjnych lub istotnych alergenowo, jak i przy częstych zmianach receptur. Niewielka ilość resztkowa zmniejsza straty materiału i obniża ryzyko przeniesienia do kolejnego wsadu. Jednocześnie zmniejsza nakład na czyszczenie i wspiera ekonomiczną, zrównoważoną produkcję. Jak całkowicie można opróżnić dany produkt, zależy jednak zawsze od jego kohezyjności, wilgotności, skłonności do przywierania, struktury cząstek i danego doboru aparatu.
Za pomocą DosiFlap® wyładunek można nie tylko otwierać i zamykać, ale także sterować w sposób dozujący. Armatura może zamykać się wobec płynącego strumienia produktu i umożliwia dzięki temu kontrolowane napełnianie big bagów, kontenerów IBC lub innych pojemników. W połączeniu z czujnikami wagowymi można w sposób powtarzalny osiągać zdefiniowane ilości napełnienia. Przy dużych mieszalnikach można przewidzieć kilka armatur DosiFlap®, dzięki czemu kilka big bagów lub kontenerów może być napełnianych równolegle. Skraca to czas napełniania, zwiększa elastyczność linii i odsprzęga proces mieszania od dalszych etapów pakowania lub napełniania.
WaterDragon® rozszerza mieszalnik o zautomatyzowaną funkcję czyszczenia na mokro i suszenia. System pracuje z programowalnym czyszczeniem strumieniem celowanym: wysuwane lance czyszczące z obracającymi się głowicami myjącymi mogą celowo omywać powierzchnie mające kontakt z produktem. Po cyklu czyszczenia do komory mieszania można wprowadzić dużą ilość suchego, ciepłego powietrza, aby szybko wysuszyć zbiornik, mieszadło, obszar wyładunku i urządzenia czyszczące. Skraca to czas między zmianami produktu, wspiera higieniczne prowadzenie procesu i pomaga uniknąć niepożądanego wprowadzenia wilgoci do kolejnego wsadu.
Dla zastosowań o wysokich wymaganiach higienicznych HM może być skonfigurowany z mieszadłami łożyskowanymi i napędzanymi od góry, dużymi drzwiami inspekcyjnymi oraz armaturami wyładowczymi wykonanymi z minimalną liczbą stref martwych. Dzięki temu unika się miejsc łożyskowania mających kontakt z produktem w komorze mieszania. Zależnie od projektu można przewidzieć wykonania gazoszczelne, próżnioszczelne lub ciśnieniowoszczelne. Może to być wymagane na przykład przy załadunku pneumatycznym, przy inertyzacji lub przy przetwarzaniu produktów wrażliwych na utlenianie. Lekkie nadciśnienie gazu obojętnego może zapobiegać wnikaniu powietrza otoczenia do przestrzeni procesowej; konkretny dobór ciśnieniowy i szczelnościowy musi być przy tym dopasowany do aparatów, uszczelnień, armatury i warunków procesowych.
Serię HM można wykorzystywać także dla dużych wsadów. Przy recepturach z wieloma komponentami duży mieszalnik wsadowy może oferować korzyści logistyczne i ekonomiczne, ponieważ trzeba ważyć, mieszać, próbkować i analizować mniej pojedynczych wsadów. Jest to istotne na przykład dla produktów dietetycznych, żywności dla niemowląt lub innych krytycznych jakościowo mieszanin proszkowych. Decydujące pozostaje, aby plan pobierania próbek, czas mieszania, obroty, stopień napełnienia i ocena jednorodności były walidowane dla każdej receptury. Pojedyncza próbka mieszaniny może być oceniana jako reprezentatywna tylko wtedy, gdy zostało to wykazane odpowiednią koncepcją walidacji i wiarygodną strategią pobierania próbek.
Mieszalniki dwuwałowe amixon® mogą być na życzenie wykonane zgodnie z wymaganiami higienicznymi i regulacyjnymi, na przykład według EHEDG oraz – zależnie od doboru dla konkretnego projektu – według 3-A Sanitary Standards, FDA, GMP lub ASME. Przed inwestycją zalecana jest próba mieszania z produktem oryginalnym. Można przy tym ocenić w warunkach zbliżonych do rzeczywistych nie tylko jakość i czas mieszania, ale także rozprowadzenie wilgoci, przydatność dozowania cieczy, tworzenie się aglomeratów, uszkodzenia produktu, opróżnianie resztkowe, zdolność do czyszczenia oraz możliwe zastosowanie SinConvex®, SinConcave®, MultiPane®, ComDisc®, DosiFlap® i WaterDragon®.