Jakie korzyści oferuje stożkowy mieszalnik jednowałowy w porównaniu z klasycznym mieszalnikiem pionowym przy materiałach mieszanych o dużych różnicach gęstości?
Stożkowy mieszalnik jednowałowy nie oferuje przy mieszaninach o dużych różnicach gęstości żadnej zasadniczej przewagi fizycznej nad klasycznym cylindrycznym mieszalnikiem pionowym. Obie formy konstrukcyjne pracują z wymuszonym przepływem konwekcyjnym: obracające się narzędzie wężownicowe lub ślimakowo-taśmowe transportuje materiał sypki wzdłuż ściany zbiornika w górę, podczas gdy produkt w centrum pod wpływem grawitacji ponownie płynie w dół. Dzięki wielokrotnej cyrkulacji komponenty są przestrzennie rozprowadzane i wymieniane. Zarówno mieszalniki stożkowe, jak i cylindryczne mieszalniki pionowe mogą zatem przy odpowiednim doborze osiągnąć idealny rozkład losowy. Ta technicznie idealna jakość mieszania nie jest w danych warunkach procesowych w praktyce dalej poprawialna.
Duże różnice gęstości nasypowej pozostają jednak wymagającym zadaniem mieszania. Mogą one zwiększać skłonność do segregacji, zwłaszcza podczas rozładunku, na odcinkach spadku, w wyniku wibracji, przy transporcie pneumatycznym lub w zbiornikach znajdujących się dalej w procesie. Sam kształt zbiornika nie zapobiega tym efektom. Decydujące znaczenie mają dodatkowo rozkład wielkości cząstek, kształt cząstek, kohezyjność, wilgotność, stopień napełnienia, geometria narzędzia mieszającego, prędkość obrotowa, kolejność dodawania surowców, czas mieszania oraz konstrukcja odcinka rozładunku, transportu i napełniania. Różnice w wielkości ziarna i gęstości nasypowej należą do głównych czynników wywołujących segregację. Dlatego jednorodność powinna być oceniana nie tylko po zakończeniu procesu mieszania, lecz także podczas rozładunku i po kolejnych transferach materiału.
Zalety stożkowego mieszalnika jednowałowego leżą przede wszystkim w prowadzeniu procesu. Zwężająca się ku dołowi geometria zbiornika koncentruje mieszaninę w strefie rozładunku i wspiera wyładunek produktu wspomagany grawitacyjnie. Przy wystarczająco dobrze płynących mieszaninach może to zmniejszyć ilość resztkową i sprzyjać ekonomicznemu opróżnianiu. Kształt stożkowy pozwala uniknąć poziomych powierzchni osadzania i często umożliwia szeroki zakres roboczy stopni napełnienia. Rzeczywiście użyteczny zakres stopnia napełnienia, opróżnienie resztkowe i prędkość rozładunku zależą jednak zawsze od kohezyjności, skłonności do przywierania, struktury cząstek, wilgotności, geometrii narzędzia oraz wykonania armatury wyładowczej.
Przy małych wsadach mieszalnik stożkowy może dodatkowo oferować zalety przy integracji rotora tnącego. Ze względu na zwężenie zbiornika produkt koncentruje się w dolnym obszarze. Umieszczony tam rotor tnący jest dzięki temu niezawodnie zasilany produktem również przy mniejszych ilościach napełnienia. Jest to szczególnie korzystne wtedy, gdy proszki kohezyjne mają być deaglomerowane, niewielkie ilości cieczy rozprowadzane lub gdy mają być wytwarzane drobne premiksy. Rzeczywista skuteczność zależy od stopnia napełnienia, kohezyjności, wytrzymałości aglomeratów, geometrii narzędzia i prędkości obrotowej i powinna zostać sprawdzona z produktem oryginalnym.
Przy mieszaninach o dużych różnicach gęstości sensowne może być celowe zwilżanie, o ile jest ono zgodne ze specyfikacją produktu i receptury. Drobne cząstki mogą być przy tym osadzane na grubszych cząstkach nośnikowych. Ta celowa aglomeracja drobnej frakcji może zmniejszyć liczbę swobodnie ruchomych drobnych cząstek i tym samym obniżyć ryzyko segregacji na dalszym odcinku procesu. Warunkiem jest równomierne, powtarzalne dozowanie małych ilości cieczy oraz wystarczająco intensywne jej rozprowadzenie. Ilość dodatku musi być tak dobrana, aby nie powstawały niepożądane grudki, lokalne przewilgocenie, zmieniona płynność ani pogorszenie jakości. Czy zwilżanie rzeczywiście poprawia stabilność podczas rozładunku, należy sprawdzić dla każdej receptury na podstawie prób mieszania, magazynowania, transportu i napełniania.
Klasyczny cylindryczny mieszalnik pionowy ma swoje mocne strony przede wszystkim przy dużych objętościach wsadów. Przy tej samej średnicy zewnętrznej cylindryczna przestrzeń mieszania wykorzystuje dostępną objętość zabudowy efektywniej niż stożek. Może to być ekonomicznie korzystne przy ograniczonej powierzchni ustawienia, wysokich przepustowościach lub dużych objętościach użytkowych. Równomierna geometria zbiornika może być zaprojektowana pod kątem stabilnych procesów dla dużych wsadów. Czy cylindryczny mieszalnik przy określonej recepturze może być opróżniany równie dobrze jak mieszalnik stożkowy, zależy od geometrii dna, armatury wyładowczej, odstępów narzędzie-ściana oraz właściwości płynięcia produktu.
Wyboru przy dużych różnicach gęstości nie należy zatem dokonywać na podstawie rzekomo wyższego bezpieczeństwa przed segregacją mieszalnika stożkowego. Decydujące jest to, który mieszalnik w połączeniu z recepturą, kolejnością zasypu, parametrami mieszania i dalszym łańcuchem procesowym osiąga wymaganą jednorodność i utrzymuje ją aż do napełniania. Należą do tego w razie potrzeby premiksy dla mikroskładników, celowe zwilżanie w celu aglomeracji drobnej frakcji, geometria rozładunku ograniczająca segregację oraz technika transportu i napełniania dostosowana do mieszaniny. Wsad może być idealnie jednorodny w przestrzeni mieszania, a mimo to ulec ponownej segregacji podczas opróżniania lub transportu.
Stożkowy mieszalnik jednowałowy AM w porównaniu z klasycznymi mieszalnikami pionowymi
Stożkowy mieszalnik jednowałowy amixon® AM oraz klasyczne mieszalniki pionowe amixon® pracują według tej samej podstawowej zasady mieszania: narzędzie ślimakowo-taśmowe SinConvex® transportuje mieszaninę w obszarze przyściennym w górę, podczas gdy w centrum pod wpływem grawitacji płynie ona ponownie w dół. Ta kombinacja wytwarza trójwymiarowy przepływ całkowity, w którym obszary produktu są nieustannie na nowo rozprowadzane. Przy odpowiednim doborze zarówno mieszalniki stożkowe, jak i cylindryczne mieszalniki pionowe mogą osiągnąć technicznie idealną mieszaninę losową. Dotyczy to również komponentów o różnych gęstościach nasypowych, wielkościach cząstek i właściwościach płynięcia.
Duże różnice gęstości nasypowej pozostają zasadniczo wymagającym zadaniem, ponieważ mogą sprzyjać segregacji, zwłaszcza po właściwym mieszaniu. Krytyczne sytuacje powstają często przy rozładunku, na odcinkach spadku, przy wibracjach, podczas transportu lub przy napełnianiu. Stożkowy mieszalnik jednowałowy nie zapobiega takim efektom wyłącznie dzięki geometrii zbiornika. Zaleta polega raczej na kontrolowanej, intensywnej, a zarazem stosunkowo niskoobrotowej cyrkulacji produktu. Przy prędkościach obwodowych wynoszących około 0,8 do 3,5 m/s produkt jest nieustannie przewarstwiany, bez sprzyjania wyraźnemu rozdzieleniu odśrodkowemu. Odpowiednia prędkość obrotowa, czas mieszania i kolejność zasypu są zawsze wyprowadzane z zachowania produktu i zadania mieszania.
Stożkowa geometria AM oferuje szczególnie przy rozładunku zaletę procesową. Mieszanina jest zbierana w kierunku centralnego organu wyładowczego. Przy produktach sypkich można osiągnąć bardzo daleko idące opróżnienie resztkowe. Zmniejsza to straty produktu, ułatwia zmiany receptury i obniża nakład na czyszczenie i zwolnienie. Rzeczywiście osiągalna ilość resztkowa zależy jednak od struktury cząstek, kohezyjności, wilgotności, skłonności do przywierania, armatury wyładowczej i sposobu eksploatacji. Wartość taka jak „99,98 procent” powinna być zatem stosowana wyłącznie jako konkretnie udokumentowana wartość dla zdefiniowanego produktu i konkretnego wykonania aparatu, a nie jako ogólna obietnica wydajności.
Stożek dodatkowo rozszerza użyteczny zakres stopnia napełnienia w dół. Dzięki zwężającej się geometrii zbiornika nawet niewielka ilość produktu w obszarze przydennym jest skutecznie obejmowana. Jest to korzystne, gdy w tym samym mieszalniku przetwarzane są zarówno małe, jak i duże wsady, lub gdy wymagany jest premiks o niewielkiej ilości napełnienia. Przy odpowiednim wykonaniu rotor tnący może być wystarczająco zasilany produktem również przy niskim stopniu napełnienia. Wspiera to deaglomerację kohezyjnych proszków oraz równomierne wprowadzanie małych ilości cieczy. Czy określony stopień napełnienia funkcjonuje w sposób pewny procesowo, musi zostać potwierdzone dla danej receptury poprzez próby z produktem oryginalnym.
Klasyczne cylindryczne mieszalniki pionowe, takie jak VM i HM, oferują swoje szczególne mocne strony przy dużych objętościach wsadów. Przy tej samej średnicy zewnętrznej cylindryczna przestrzeń mieszania wykorzystuje dostępną przestrzeń zabudowy lepiej niż zbiornik stożkowy. Może to mieć decydujące znaczenie ekonomiczne przy dużych przepustowościach, ograniczonej powierzchni ustawienia i wysokich objętościach użytkowych. Mieszalnik dwuwałowy HM może dodatkowo dzięki dwóm nałożonym strumieniom produktu umożliwiać krótkie czasy mieszania. Wybór między AM, VM i HM zależy zatem od spektrum wsadów, zakresu stopnia napełnienia, wymaganego czasu mieszania, wymagań dotyczących rozładunku, powierzchni ustawienia, wysokości zabudowy, zachowania produktu i strategii czyszczenia – a nie od ogólnie lepszej jakości mieszania określonego kształtu zbiornika.
Formy konstrukcyjne amixon® dysponują wspólnymi opcjami higienicznymi i procesowymi. Należą do nich przestrzenie mieszania i armatury wylotowe wykonane w sposób ubogi w strefy martwe, powierzchnie stykające się z produktem spawane bezspoinowo i szlifowane, mieszadła łożyskowane wyłącznie od góry bez dolnego przepustu wału w obszarze produktu, dodatki cieczy, rotory tnące oraz wykonanie dla obszarów zagrożonych wybuchem pyłu do strefy ATEX 20. Dla zastosowań krytycznych pod względem higieny możliwe są, w zależności od konkretnej konfiguracji projektu, wykonania zgodne z EHEDG oraz z uwzględnieniem wymagań FDA i 3-A. Duże drzwi inspekcyjne CleverCut® oraz uszczelnienia OmgaSeal® poprawiają dostępność obszarów stykających się z produktem. Zintegrowane lance myjące lub w pełni automatyczne czyszczenie na mokro mogą wspierać czyszczenie; czy wymagane jest czyszczenie na sucho czy na mokro, określa produkt, wymaganie higieniczne i strategia zmiany.
Program wielkości konstrukcyjnych amixon® umożliwia dostosowanie do różnych wielkości wsadów. Mieszalniki pionowe i stożkowe, takie jak VM, HM i AM, a także reaktory mieszalniko-suszarki, takie jak VMT i AMT, mogą być wykonane, w zależności od zadania, w stopniowanych wielkościach konstrukcyjnych do około 50 000 litrów. Gyraton® GM obejmuje duże wsady w zakresie od około 10 do 100 m³. Dla mniejszych wsadów dostępne są mieszalnik jednowałowy EM o pojemności od około 5 do 200 litrów oraz mieszalnik kontenerowy COM o pojemności od około 100 do 4000 litrów. Technicznie użyteczny zakres stopnia napełnienia może przy odpowiednim doborze wynosić od około 10 do 100 procent objętości użytkowej; konkretna przydatność zależy jednak od produktu i wybranego wykonania mieszalnika.
Dla produktów o dużych różnicach gęstości zalecane jest bezpośrednie porównanie w realistycznych warunkach. W centrum prób amixon® można zbadać z produktem oryginalnym czas mieszania, jednorodność, deaglomerację, wprowadzanie cieczy, opróżnienie resztkowe, czas zmiany i czyszczalność. Dodatkowo mieszaninę należy próbkować nie tylko bezpośrednio w mieszalniku, lecz także po rozładunku, transporcie i napełnianiu. Pozwala to zapewnić, że osiągnięta jednorodność zostaje zachowana na całym łańcuchu procesowym.