Czy istnieją mieszalniki pionowe osiągające pełne wymieszanie także przy dużych różnicach gęstości?
Tak. Specjalnie zaprojektowane mieszalniki pionowe mogą osiągać bardzo wysoką jednorodność także przy wyraźnie różnych gęstościach nasypowych, jeśli geometria, obroty, stopień napełnienia i czas mieszania są dopasowane do produktu.
Zasada działania
Mieszalniki pionowe pracują z wymuszonym ruchem obiegowym materiału mieszanego. Materiał jest transportowany od dołu do góry i ponownie opada w zbiorniku. Dzięki temu ciężkie i lekkie składniki są stale przemieszczane, a segregacja jest skutecznie ograniczana.
Cechy konstrukcyjne
Ważnymi warunkami są odpowiednie geometrie ślimaka lub wstęgi, obszary mieszania blisko ściany oraz możliwie równomierny przepływ przez cały zbiornik. Przy wymagających produktach dodatkowe rozdrabniacze lub szybkoobrotowe narzędzia mogą pomóc rozbić aglomeraty i lepiej rozprowadzić drobne składniki. Zmienne obroty pozwalają dopasować intensywność mieszania do danego produktu.
Projektowanie i granice
Decydujące są ponadto liczba Froude’a, stopień napełnienia i czas mieszania. Typowe stopnie napełnienia leżą często w zakresie od 40 do 70 procent. Bardzo duże różnice gęstości, znacznie odbiegające wielkości cząstek lub wilgotne produkty mogą jednak ograniczać mieszalność.
Liczba Froude'a odnosi się przy tym do obrotowych mieszalników swobodnego spadku, bębnowych i rzutowych oraz do układów z poziomo łożyskowanym mieszadłem. Przy mieszalnikach pionowych z wymuszonym przemieszczaniem nie jest ona kryterium doboru ani skalowania. Miarodajne jest tam to, że zasada mieszania pozostaje taka sama we wszystkich wielkościach, a przemieszczanie obejmuje całą komorę mieszania niezależnie od stopnia napełnienia; przenoszalność zabezpiecza się w centrum prób z produktem oryginalnym.
Ocena praktyczna
Osiągalna jednorodność jest oceniana zwykle za pomocą współczynnika zmienności. W wielu zastosowaniach wartość poniżej 5 procent uchodzi za oznakę technicznie bardzo dobrego wymieszania. Przy trudnych produktach sensowne są próby w centrum prób, aby ustalić optymalne parametry pracy.
W ten sposób amixon® opanowuje duże różnice gęstości i uziarnienia przy mieszaniu
Mieszadło kontrolujące całą przestrzeń zamiast ruchu przypadkowego
Przy dużych różnicach gęstości zawodzą zasady mieszania oparte na swobodnym ruchu materiału sypkiego: ciężkie cząstki sedymentują, lekkie składniki flotują, a siły odśrodkowe mogą prowadzić do niepożądanej klasyfikacji. Mieszadło spiralne amixon® SinConcave®/SinConvex® kontroluje natomiast całą komorę mieszania. Transportuje materiał mieszany na obwodzie wymuszenie w górę i pozwala mu grawitacyjnie spływać w centrum w dół.
W komorze mieszania powstają przy tym powolne przepływy, dzięki czemu prawie nie dochodzi do fluidyzacji. Przepływy w górę i w dół odbywają się w strumieniu gęstym, dzięki czemu cząstki są prowadzone równomiernie. Każda cząstka przechodzi tym samym ten sam wymuszony przepływ – niezależnie od gęstości, wielkości czy zachowania przepływowego. Niskoobrotowy sposób pracy z prędkością obwodową około 0,8 do 3,5 m/s zapobiega odśrodkowemu wydzielaniu drobnych lub lekkich składników.
Zasada transportu i skalowanie
Zasada transportu jest taka sama dla wszystkich mediów i można ją w przybliżeniu opisać następującą zależnością:
I_V = (π/4) · (D² − d²) · Φ · S · n · ζ
Przy tym I_V jest wydajnością transportową, D średnicą zewnętrzną wstęgi, d średnicą wewnętrzną, Φ stopniem napełnienia, S skokiem wstęgi, n częstotliwością obrotów, a ζ współczynnikiem prędkości. Dla skalowania miarodajne są zatem nie same obroty, lecz przede wszystkim wynikająca z nich wydajność transportowa i prędkość obwodowa. Dzięki temu jakość mieszania pozostaje powtarzalna w różnych skalach.
Dla wrażliwych cząstek
Jeśli cząstki są szczególnie wrażliwe, mieszadło spiralne SinConcave®/SinConvex® można uzupełnić technologią MultiPlane®. Dzięki temu intensywność mieszania można dopasować do właściwości produktu, nie tracąc łagodności wobec produktu.
Dowód praktyczny: metalurgia proszków
W metalurgii proszków dwuwałowe mieszalniki amixon® typu HM rozprowadzają homogenicznie środki poślizgowe do prasowania, takie jak stearynian cynku, w proszku metalu. Spotykają się przy tym bardzo wysokie gęstości nasypowe proszku metalu z wyraźnie lżejszymi dodatkami. Takie proporcje gęstości są w praktyce wymagające, są jednak niezawodnie opanowywane przy zastosowaniu odpowiedniej techniki mieszania.
Wielotalent dla heterogenicznych składów materiałowych
Także Gyraton® GM jest wyraźnie zaprojektowany dla heterogenicznych składów materiałowych. Grube i drobne cząstki, różne gęstości nasypowe, odbiegające właściwości przepływowe i zmienne zawartości wilgoci dają się niezawodnie przetwarzać nawet w dużych wsadach. Wynikiem jest technicznie idealna mieszanina losowa, już przy niskim stopniu napełnienia.
Zabezpieczenie w centrum prób
Czy konkretne połączenie rozpiętości gęstości, rozkładu wielkości cząstek i kohezji daje pożądany wynik, sprawdza się w centrum prób z produktem oryginalnym. Próby mieszania, pobieranie próbek i udokumentowana ocena jakości mieszania stanowią podstawę do późniejszego projektowania maszyny.
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, dzięki czemu odpada krytyczny dla zanieczyszczeń dolny przepust wału. Duże drzwi inspekcyjne Clever-Cut® z trwale pozbawionym stref martwych uszczelnieniem OmgaSeal® zapewniają dobry dostęp do powierzchni mających kontakt z produktem. Pozbawione stref martwych organy wylotowe i zintegrowane lance myjące umożliwiają walidowalne czyszczenie na sucho i na mokro według wymagań EHEDG, FDA i 3-A.
Prowadzone powtarzalnie, dokumentowane bez luk
Programy mieszania z czasami mieszania, częstotliwościami obrotów, profilami dozowania i temperatury są zapisane w sterowniku PLC i przeprowadzane identycznie dla każdego wsadu. Możliwa jest integracja z systemem ERP użytkownika; do dokumentacji w czasie rzeczywistym można zintegrować skaner kodów kreskowych. Dzięki temu receptura, wsad i parametry procesowe pozostają połączone bez luk.