Jakie rozwiązania istnieją dla mieszania, dodawania cieczy i granulacji w jednej jednostce?
Zintegrowane instalacje mogą łączyć mieszanie proszku, dodawanie cieczy i granulację w jednej przestrzeni procesowej. Dzięki temu można ograniczyć miejsca przesypywania, straty produktu i możliwą segregację między poszczególnymi krokami. Czy jest to korzystne w porównaniu z rozdzielonymi aparatami, zależy od produktu, jakości granulatu, potrzeby czyszczenia, wydajności i ryzyka procesowego.
Odpowiednie koncepcje
Granulatory-mieszalniki wysokościnające łączą główne narzędzie mieszające z szybkoobrotowym rozdrabniaczem. Proszki są najpierw mieszane, ciecz granulująca jest wtryskiwana, a aglomeraty są budowane oraz ograniczane przez ścinanie i działanie rozdrabniacza. Metoda nadaje się do szybkiej wsadowej granulacji na mokro i często do zwartych, mechanicznie stabilnych granulatów. Zbyt wysokie wprowadzanie energii może jednak uszkadzać cząstki lub prowadzić do nadmiernej granulacji.
Granulatory fluidyzacyjne fluidyzują proszek powietrzem i natryskują ciecz granulującą. Granulacja i suszenie mogą przy tym odbywać się w tej samej instalacji. Nadają się często do porowatych, dobrze rozpuszczalnych granulatów, wymagają jednak precyzyjnego dostosowania ilości powietrza, temperatury, szybkości natrysku i wielkości kropel. Niestabilna fluidyzacja lub zbyt wysoka szybkość natrysku mogą powodować naklejenia i aglomeraty.
Ciągłe granulatory dwuślimakowe dozują proszek i ciecz w sposób ciągły do systemu ślimakowego. Elementy transportujące, mieszające i ugniatające decydują o czasie przebywania, stopniu napełnienia i wprowadzaniu energii. Koncepcja nadaje się do ciągłych linii produkcyjnych ze stabilnym dozowaniem i nadzorem procesu. Niskie ilości hold-up są korzystne, jednak zwiększają wymagania wobec podawania surowców, regulacji i strategii rozruchu. Suszenie i klasyfikacja poprocesowa są zazwyczaj wymagane.
Mieszalniki fluidyzowane mechanicznie, takie jak mieszalniki lemieszowe lub łopatkowe, mogą intensywnie mieszać proszek i wprowadzać ciecze przez dysze. Przy odpowiedniej recepturze możliwa jest granulacja narostowa, zwłaszcza przy większych wsadach. Gęstość granulatu i rozkład wielkości ziaren silnie zależą od dodawania cieczy, prędkości narzędzia, czasu mieszania i zachowania produktu.
Pionowe mieszalniki stożkowo-ślimakowe z dyszami natryskowymi pracują stosunkowo delikatnie. Nadają się do homogenizacji i wprowadzania cieczy przy wrażliwych proszkach. Wyraźna, ściśle kontrolowana granulacja nie jest przy takich mieszalnikach automatycznie osiągalna; musi zostać potwierdzona próbami dla produktu i pożądanej struktury granulatu.
Kryteria wyboru
Wybór kieruje się przede wszystkim pożądaną gęstością granulatu, porowatością, rozkładem wielkości ziaren, wilgotnością resztkową, sypkością i stabilnością mechaniczną. Istotne są także praca wsadowa lub ciągła, zmiana produktu, lepkość cieczy, rozpuszczalniki, ochrona przeciwwybuchowa, czyszczalność i dostępna przestrzeń.
Ciecz powinna być wprowadzana w miejscu, w którym jest szybko i równomiernie rozprowadzana. Decydujące są dokładność dozowania, kierunek natrysku, wielkość kropel, lepkość, temperatura i lokalny ruch produktu. Nieodpowiednia dysza lub pozycja wtrysku może prowadzić do przewilżenia, naklejeń, szerokiego rozkładu wielkości ziaren lub niepełnego zwilżenia.
Do nadzoru procesu można wykorzystać moment obrotowy, pobór prądu, temperaturę, wilgotność oraz przy odpowiedniej kalibracji spektroskopię w bliskiej podczerwieni. Spektroskopia w bliskiej podczerwieni mierzy w zakresie bliskiej podczerwieni i może oceniać na przykład wilgotność lub stężenie. Sygnały pomiarowe muszą być zwalidowane względem próbek produktu i danych jakościowych; sam przebieg momentu obrotowego nie jest ogólnym dowodem jakości granulatu ani punktu końcowego granulacji.
Przy rozpuszczalnikach organicznych lub palnych pyłach wymagania dotyczące ochrony przeciwwybuchowej, inertyzacji, odpowietrzania i odzysku należy planować wcześnie. W zastosowaniach krytycznych higienicznie lub regulacyjnie materiały, uszczelnienia, strategia czyszczenia i skuteczność czyszczenia muszą być udowodnione dla konkretnego produktu.
Dodawanie spoiwa i granulacja w amixon®
Procesy jednogarnkowe, łączące mieszanie, dodawanie cieczy, granulację i suszenie, nadają się często do mniejszych wsadów i jasno zdefiniowanych procesów. amixon® koncentruje się natomiast na większych procesach wsadowych do przygotowania proszku, homogenizacji, dodawania spoiwa, aglomeracji narostowej i granulacji. Jeśli wymagana jest określona wilgotność resztkowa, suszenie jest projektowane specyficznie dla produktu jako oddzielny krok lub w odpowiednim suszarko-mieszalniku.
Mieszalniki pionowe i stożkowe serii VM, HM i AM mogą być wyposażone w lance cieczowe lub dysze dwuczynnikowe. Ciecz wiążąca jest wprowadzana do poruszającego się materiału mieszanego. Rozpylenie, profil dozowania, pozycja dyszy i intensywność mieszania muszą być dostosowane do spoiwa i proszku, aby ograniczyć lokalne przewilżenie i tworzenie się grudek.
Mieszadło SinConvex® zapewnia trójwymiarowe przemieszczanie materiału sypkiego. Opcjonalny rotor tnący może wspierać rozprowadzanie cieczy i deaglomerację. Zależnie od receptury można prowadzić nawilżanie, aglomerację narostową, instantyzację lub granulację. Rzeczywiście osiągalna forma granulatu, porowatość, rozpuszczalność i rozkład wielkości ziaren są oceniane z oryginalnym produktem.
Przebiegi momentu obrotowego i temperatury dostarczają wskazówek dotyczących postępu procesu, nie zastępują jednak odniesionej do produktu kontroli punktu końcowego. Musi być ona zabezpieczona danymi dotyczącymi wilgotności, wielkości ziaren lub innymi danymi jakościowymi.
W Paderborn dostępnych jest według amixon® ponad 35 instalacji testowych, uzupełnionych przez międzynarodowe centra prób. Tam można sprawdzić z oryginalnym produktem dodawanie spoiwa, rozpylenie, intensywność mieszania, tworzenie granulatu, opróżnianie i czyszczalność. Wyniki wspierają decyzję między zintegrowanym a rozdzielonym etapem granulacji i suszenia.