Jakie parametry procesowe są decydujące, aby celowo wspierać aglomerację zamiast ją niszczyć?
Aglomeracja powstaje przez kontrolowane współdziałanie kilku parametrów. Decydujące są wprowadzanie energii, ciecz, temperatura i właściwości cząstek. Celem jest stabilna budowa aglomeratów. Szybkości narastania muszą być większe niż szybkości rozdrabniania. Jednocześnie układ musi pozostać stabilny.
Mechaniczne wprowadzanie energii steruje równowagą. Siły ścinające wytwarzają kontakty cząstek. Są one konieczne dla tworzenia mostków. Ścinanie nie może jednak być zbyt duże. W przeciwnym razie aglomeraty pękają. Zbyt małe ścinanie prowadzi do struktur niestabilnych. Zbyt duże ścinanie powoduje ścieranie i dezintegrację.
Stosunek cieczy do fazy stałej jest centralny. Ciecz tworzy mostki wiążące. Zbyt mało cieczy daje słabe wiązania. Aglomeraty łatwo się rozpadają. Zbyt dużo cieczy prowadzi do przewilgocenia. Powstają niekontrolowane grudki. Złoże może stać się niestabilne.
Ważne są również właściwości spoiwa. Ilość dodawana musi być dokładnie dozowana. Szybkość dodawania wpływa na rozprowadzenie. Wysoka lepkość zwiększa siłę wiązania. Napięcie powierzchniowe steruje siłami kapilarnymi. Zachowanie przy zwilżaniu określa tworzenie mostków. Stopień nasycenia porów wpływa na strukturę. Stany pendularne wytwarzają struktury luźne. Stany kapilarne prowadzą do aglomeratów gęstych.
Przy procesach natrysku decydująca jest wielkość kropelek. Małe kropelki mogą odparować, zanim zadziałają. Duże kropelki prowadzą do miejscowego przewilgocenia. Szybkość natrysku wpływa na wilgoć miejscową. Ciśnienie natrysku steruje rozprowadzeniem. Stosunek powietrza do cieczy określa widmo kropelek. Celem jest równomierne zwilżenie.
Temperatura steruje kilkoma efektami jednocześnie. Wpływa na lepkość spoiwa. Określa szybkość odparowania. Spoiwo musi pozostać ciekłe dostatecznie długo. Tylko tak powstają stabilne mostki. Zbyt szybkie suszenie wytwarza struktury kruche. Zbyt wolne suszenie prowadzi do kleistości i narostów.
Właściwości cząstek definiują okno procesowe. Szeroki rozkład wielkości cząstek poprawia upakowanie. Zwiększa to stabilność. Rozkłady wąskie prowadzą do struktur słabszych. Szorstkie powierzchnie poprawiają przyczepność. Powierzchnie gładkie wymagają silniejszych spoiw. Energia powierzchniowa wpływa na zwilżanie.
Przepływ i ruch w aparacie są również krytyczne. Stopień napełnienia wpływa na częstość zderzeń. Zbyt wysoki stopień napełnienia wytwarza strefy martwe. Prędkość gazu steruje fluidyzacją. Zbyt mała prędkość pogarsza wymieszanie. Zbyt duża prędkość zwiększa łamanie. Czas przebywania określa równomierność produktu.
Eksploatacja musi odbywać się w obrębie stabilnego okna procesowego. Wprowadzanie energii, ciecz i temperatura muszą być zestrojone. Obciążenie mechaniczne nie może niszczyć aglomeratów.
Nowoczesne procesy wykorzystują systemy PAT. Mierzą one wilgoć, temperaturę i wielkość cząstek w czasie rzeczywistym. Dzięki temu proces można celowo regulować. Aglomeracja jest budowana stabilnie. Rozdrabnianie jest rozpoznawane wcześnie i unikane.
Jakie parametry procesowe sprzyjają celowej aglomeracji?
Celowa aglomeracja powstaje, gdy kontakty cząstek, dozowanie cieczy, działanie spoiwa i wprowadzanie energii są ze sobą zestrojone. Celem jest zbudowanie stabilnych aglomeratów bez wywoływania przezwilżenia, niepożądanego powstawania grudek lub nadmiernego łamania cząstek.
Decydujący jest najpierw stosunek cieczy do fazy stałej. Ciecz tworzy między cząstkami mostki wiążące; jej ilość, lepkość, napięcie powierzchniowe i zwilżalność wpływają na wytrzymałość, porowatość i rozpuszczalność aglomeratów. Zbyt mała ilość cieczy wytwarza struktury słabe, natomiast miejscowe przezwilżenie może prowadzić do grubych grudek lub narostów. Dlatego ciecz powinna być wprowadzana do poruszanego złoża proszku wolno, dozowana i możliwie drobno rozprowadzona. amixon® stosuje w tym celu lance podające sięgające do dolnej części komory mieszania; strumień cieczy dostosowywany jest do zdolności adsorpcji i ruchu produktu.
Wprowadzanie energii musi być również dobrane celowo. Ma umożliwiać wystarczające kontakty cząstek i równomierne zwilżenie, nie może jednak niepotrzebnie obciążać wrażliwych aglomeratów, powłok lub grubych składników. W razie potrzeby można zastosować rotory tnące, zawirowywacze lub deaglomeratory, aby otworzyć istniejące grudki i lepiej rozprowadzić ciecz. Narzędzia te powinny jednak pracować tylko tak długo i tak intensywnie, jak jest to konieczne dla produktu.
Szczególnie ekonomicznie i niezawodnie procesowo aglomeracja może przebiegać z wieloetapową metodą mieszania amixon®. Najpierw odporne komponenty proszkowe są intensywnie mieszane w małym wsadzie częściowym i zwilżane cieczą. Następnie stopniowo dodawane są dalsze udziały proszku i w razie potrzeby ponownie natryskiwane cieczą. Stopień napełnienia rośnie przy tym w sposób kontrolowany do wsadu końcowego. Drobniejsze proszki mogą otaczać lekko przewilgocone cząstki i przyczyniać się w ten sposób do bardziej równomiernej, mniej kleistej struktury aglomeratów.
Do tej metody nadaje się szczególnie stożkowy mieszalnik jednowałowy amixon® AM. Jego nisko umieszczony rotor tnący może skutecznie pracować już przy niskich stopniach napełnienia. Dzięki temu wysoko stężone mieszanki wstępne, zwilżanie, deaglomerację i następujące mieszanie końcowe można przeprowadzić w tym samym aparacie. Oddzielne mieszalniki wstępne, dodatkowe transfery produktu i związany z nimi nakład na czyszczenie mogą być zbędne.
Kolejna zaleta metody wieloetapowej polega na tym, że wrażliwe lub grube składniki dodawane są dopiero na końcu. Po intensywnym kroku zwilżania i aglomeracji są one delikatnie wmieszane przy zmniejszonej intensywności mieszania. Dzięki temu wiązanie pyłu, sypkość, właściwości instant i integralność cząstek można uwzględnić wspólnie.