Jakie zalety oferuje pionowy mieszalnik dwuwałowy w porównaniu z mieszalnikiem jednowałowym przy dużych wsadach?
Nie jest prawdą, że mieszalnik dwuwałowy automatycznie zapewnia wyższą jakość mieszania. Oba systemy mogą osiągnąć idealną jakość mieszania. Znacznie różnić się mogą natomiast czasy mieszania i czasy przebywania między mieszalnikami jednowałowymi i dwuwałowymi. W większości zastosowań mieszalnik jednowałowy obciąża cząstki silniej, podczas gdy mieszalnik dwuwałowy oferuje bardziej elegancką charakterystykę przepływu i przetłaczania. Potrzebuje on tylko około jednej trzeciej energii, aby osiągnąć tę samą jakość mieszania. Decydujące jest współdziałanie geometrii narzędzia, obrotów i zachowania produktu.
Obraz przepływu i mechanizm mieszania
Dwa zazębiające się mieszadła wytwarzają w komorze mieszania trójwymiarowy, nakładający się przepływ. Materiał mieszany jest przemieszczany promieniowo, osiowo i stycznie. Obszar przecięcia obu narzędzi obejmuje przy tym dokładnie tę strefę w centrum zbiornika, która przy konstrukcji jednowałowej jest przepływana najsłabiej.
Gdy narzędzia obracają się w tym samym kierunku, przy każdym obrocie dochodzi do odwrócenia naporu. Cząstki są dzięki temu wciąż na nowo orientowane, zamiast ustawiać się zgodnie. Jest to szczególnie korzystne przy cząstkach iglastych lub płytkowych, które w przeciwnym razie skłaniają się do tworzenia stabilnych agregatów.
Czas mieszania i zapotrzebowanie na energię
Istotna różnica leży nie w osiągalnej jakości mieszania, lecz w czasie i energii, które są do tego potrzebne. W wielu zastosowaniach wystarcza około jedna trzecia czasu mieszania porównywalnego mieszalnika jednowałowego, przy odpowiednio niższym jednostkowym wprowadzaniu energii na tonę materiału mieszanego.
Krótsze czasy mieszania działają podwójnie: rośnie wydajność, a kumulatywne obciążenie mechaniczne produktu maleje. Dla granulatów wrażliwych na pękanie, cząstek powlekanych lub struktur suszonych rozpyłowo jest to często punkt decydujący.
Zalety przy dużych wsadach
Wraz z rosnącą objętością wsadu różnice się nasilają, ponieważ długie czasy mieszania wpływają bezpośrednio na czas taktu, koszty energii i zużycie:
- Mniejsze jednostkowe zużycie energii na tonę, ponieważ instalacja pracuje dla tej samej jednorodności wyraźnie krócej.
- Mniejsze ścierne zużycie narzędzia i ściany zbiornika dzięki krótszemu efektywnemu czasowi kontaktu między materiałem mieszanym a elementami mającymi kontakt z produktem.
- Mniejsza wysokość konstrukcyjna niż w mieszalniku jednowałowym o tej samej objętości, co ułatwia integrację w istniejących budynkach.
- Możliwość zastosowania kilku króćców opróżniania, tak że kolejne linie pakujące mogą być zasilane równolegle.
- Lepsze wykorzystanie objętości użytkowej, a tym samym korzystniejszy stosunek inwestycji do wielkości wsadu.
Stopień napełnienia i elastyczność wsadu
Pionowe systemy mieszania pracują w szerokim zakresie stopnia napełnienia. Jeżeli przemieszczanie obejmuje całą komorę mieszania, wsady różnej wielkości można prowadzić w tym samym aparacie, bez konieczności ponownego zabezpieczania jednorodności. Dla zakładów z częstymi zmianami receptur i wsadów jest to praktyczna zaleta wobec systemów o wąskim oknie pracy.
Granice i kompromisy
Mieszalnik dwuwałowy nie jest w każdym przypadku lepszym wyborem. Dwa wały oznaczają dwa łożyskowania, dwa miejsca uszczelnienia i bardziej złożoną mechanikę. Zwiększa to inwestycję i nakład na utrzymanie ruchu, a przy zastosowaniach wrażliwych higienicznie powiększa powierzchnię do czyszczenia.
Przy małych wsadach, prostych recepturach lub niekrytycznych czasach mieszania mieszalnik jednowałowy może być dlatego bardziej ekonomiczny. Zaleta konstrukcji dwuwałowej rozwija się przede wszystkim tam, gdzie spotykają się duże objętości, krótkie czasy taktu i wrażliwe produkty.
Kryteria wyboru
Miarodajne dla decyzji są wielkość wsadu i wymagany czas taktu, wrażliwość produktu na ścinanie i wprowadzanie ciepła, zakres prowadzonych wielkości wsadów, dostępna wysokość konstrukcyjna oraz reżim czyszczenia. Ponieważ czynniki te wzajemnie na siebie wpływają, wybór powinien być zabezpieczony próbą z produktem oryginalnym, w której jakość mieszania, czas mieszania i łagodność wobec produktu oceniane są wspólnie.
Jakie zalety oferuje pionowy mieszalnik dwuwałowy w porównaniu z mieszalnikiem jednowałowym przy dużych wsadach?
Oba systemy mieszania są produkowane przez amixon® GmbH i pracują tysiąckrotnie na całym świecie.
Pionowy mieszalnik dwuwałowy wyraźnie zmniejsza czas mieszania w porównaniu z pionowym mieszalnikiem jednowałowym. Z reguły wystarcza jedna trzecia czasu mieszania. Wprowadzanie energii dla tej samej jakości mieszania wynosi również tylko jedną trzecią. Oba systemy osiągają idealną jakość mieszania.
Dzięki dwóm zazębiającym się mieszadłom w komorze mieszania powstaje trójwymiarowy, nakładający się przepływ. Przy każdym obrocie następuje przy tym odwrócenie naporu. Dzięki temu materiały mieszane są mieszane promieniowo, osiowo i stycznie. Obszar przecięcia eliminuje strefy o słabszym przepływie w centrum komory mieszania. Ponieważ spiralne mieszadła obracają się w tym samym kierunku, przy każdym obrocie dochodzi do odwrócenia naporu. W ten sposób osiągane są idealne jakości mieszania przy minimalnym wprowadzaniu energii.
Pionowa seria dwuwałowa amixon® należy do najbardziej efektywnych metod mieszania w ogóle. Szczególnie przy większych wsadach od 4.000 do 20.000 litrów metoda ta jest bardzo efektywna. Dzięki temu czasy mieszania skracają się znacząco w porównaniu z mieszalnikami jednowałowymi. Typowe wielkości docelowe, takie jak współczynnik zmienności jakości mieszania poniżej 5 % przy ekstremalnych składach komponentów do 1:100.000, są osiągane w sposób powtarzalny.
Kolejną zaletą pionowych systemów mieszania jest elastyczność stopnia napełnienia. Stopień napełnienia można swobodnie wybierać w zakresie od około 10 do 100 %. Różne wielkości wsadów można mieszać w tym samym aparacie bez konieczności ponownej walidacji jednorodności.
Z powodów ochrony cząstek pionowe mieszalniki dwuwałowe pracują często z niższymi prędkościami obwodowymi. Zmniejsza to obciążenia mechaniczne, pękanie ziaren i ogrzewanie.
Procesowo i ekonomicznie właściwości te oddziałują następująco:
- Zmniejszone jednostkowe zużycie energii (kWh/t): dzięki drastycznie skróconym czasom mieszania maleje zapotrzebowanie na energię na tonę materiału mieszanego w porównaniu z systemami jednowałowymi, które dla porównywalnej jednorodności muszą pracować wyraźnie dłużej.
- Mniejsze zużycie: krótszy efektywny czas kontaktu między materiałem mieszanym a komponentami mającymi kontakt z produktem zmniejsza ścierne zużycie narzędzia i zbiornika.
- Wysoka dostępność instalacji: nowoczesne pionowe mieszalniki dwuwałowe pozwalają na niemal całkowite opróżnianie za pomocą ComDisc®, SinConcave®/SinConvex® i MultiPlane®. Dzięki temu maleją czasy czyszczenia, a ryzyko zanieczyszczeń krzyżowych między przebiegami produktu spada. Podnosi to całkowitą efektywność instalacji (OEE), szczególnie przy wysokich wydajnościach przelotowych.
- Efektywne wykorzystanie objętości i skalowalność: przy dużych wsadach użyteczna objętość mieszalnika może być lepiej wykorzystana, przez co powstaje korzystniejszy stosunek kosztów inwestycyjnych do wielkości wsadu.
- Elastyczne rozlewanie: mieszalniki dwuwałowe mogą być wyposażone w wiele króćców opróżniania. W ten sposób jeden mieszalnik precyzyjny może jednocześnie zasilać kilka maszyn pakujących idealnie wymieszanym proszkiem.
- Mniejsza wysokość konstrukcyjna: mieszalniki dwuwałowe potrzebują mniejszej wysokości konstrukcyjnej niż pionowe mieszalniki jednowałowe.
Podsumowując, mieszalniki dwuwałowe są przy wielkościach wsadu w skali przemysłowej często preferowanym wyborem, ponieważ zapewniają idealną jednorodność, krótsze czasy procesu i niemal żadnego wprowadzania ciepła. Struktura materiału mieszanego pozostaje niezmieniona, to znaczy zachowuje w dużej mierze swój naturalny charakter.