Skip to main navigation Przejdź do głównej treści Skip to page footer

Jak stabilnie regulować ciągły proces mieszania detergentów ze zintegrowanym dodawaniem cieczy?

Stabilny ciągły proces produkcji detergentów zaczyna się od precyzyjnego, grawimetrycznego dozowania wszystkich substancji stałych i regulowanego strumieniem masy dodawania cieczy. Decydujące jest utrzymanie proporcji receptury, poziomu napełnienia mieszalnika, czasu przebywania, wprowadzania energii i rozprowadzenia cieczy w ramach zwalidowanego okna procesowego. Konkretna architektura regulacji zależy przy tym od receptury, typu mieszalnika, wydajności, ilości dodatku, wrażliwości składników i dostępnych wielkości pomiarowych.

Jako wielkość wiodąca służy często grawimetrycznie rejestrowany strumień masy głównego składnika. Wszystkie pozostałe strumienie stałe i płynne są prowadzone proporcjonalnie do niej poprzez regulacje proporcji. Dzięki temu udziały receptury pozostają zachowane także przy kontrolowanych zmianach całkowitej wydajności. Dozowniki ubytku wagi nadają się do ciągłych strumieni stałych, o ile opanowane są mostkowanie, segregacja w zbiorniku zapasowym, procesy uzupełniania i wahania dozowania. Przy krytycznych składnikach wartości rzeczywiste wszystkich strumieni dozujących powinny być stale nadzorowane i weryfikowane pod względem prawdopodobieństwa względem proporcji receptury. Kombinacja dozowania grawimetrycznego, mieszania ciągłego i pomiaru w czasie rzeczywistym jest stosowana także w innych ciągłych procesach proszkowych do nadzoru receptury i jakości produktu.

Dodawanie cieczy powinno być regulowane preferencyjnie na podstawie masy. Urządzenia Coriolisa mogą przy tym rejestrować strumień masy i gęstość; ich dobór i konstrukcja muszą jednak odpowiadać lepkości, temperaturze, zakresowi ciśnienia, udziałowi pęcherzyków gazu i możliwemu obciążeniu fazą stałą dodatku. Pompa dozująca jest prowadzona w szybkim wewnętrznym obwodzie regulacyjnym na pożądany strumień masy cieczy. Nadrzędny regulator proporcji tworzy wartość zadaną z aktualnego strumienia masy fazy stałej i ustalonego w recepturze stosunku ciecz-ciało stałe. Przy wysokolepkich surfaktantach, spoiwach lub formulacjach zapachowych temperowane i izolowane zbiorniki zapasowe, przewody, pompy i dysze pomagają ograniczyć wahania lepkości i wynikające z nich błędy dozowania.

Regulacja kaskadowa jest szczególnie sensowna, gdy potrzebny jest zarówno szybko reagujący obwód przepływu, jak i wolniejsza korekta poprzez wielkości jakościowe. Szybki obwód stabilizuje rzeczywisty strumień cieczy. Wolniejszy nadrzędny obwód może, o ile dostępny jest zwalidowany pomiar, dostrajać wartości zadane. Możliwymi wielkościami jakościowymi są wilgotność resztkowa, gęstość nasypowa, stężenie substancji czynnej lub znacznika oraz udział frakcji drobnej lub nadziarna. Nie każda wielkość jest dla każdej receptury detergentu mierzalna inline z wystarczającą dokładnością. Wartość pH jest na przykład odpowiednią wielkością regulacyjną tylko wtedy, gdy rzeczywiście zachodzi wodny krok neutralizacji lub reakcji; dla suchego procesu mieszania końcowego z reguły nie jest istotna.

Wtrysk cieczy decyduje w istotny sposób o stabilności procesu. Wielkość kropli, kąt natrysku, szybkość natrysku, pozycja dyszy i stan ruchu proszku muszą być wzajemnie dostrojone. Ciecz powinna być wprowadzana do wystarczająco poruszanej strefy produktu, aby szybko się rozprowadziła. Przy mediach lepkich mogą być konieczne ogrzewane dysze jednoczynnikowe, dysze dwuczynnikowe lub inne odpowiednie koncepcje rozpylenia. Dysza dwuczynnikowa wymaga jednak dodatkowo stabilnego zasilania sprężonym powietrzem i dostrojonej ilości powietrza; sam wyższy ciśnienie powietrza nie gwarantuje lepszego rozprowadzenia. Przy dużym zakresie wydajności sensowne mogą być liczne przełączalne dysze lub odpowiednio zdolna do regulacji technika dozowania i rozpylenia.

Poziom napełnienia mieszalnika, wydajność i obroty tworzą wspólnie centralne prowadzenie eksploatacji. Poziom napełnienia wpływa na średni czas przebywania i rozkład czasu przebywania. Wydajność zmienia zarówno czas przebywania, jak i stosunek dodawania cieczy do ruchu produktu. Obroty narzędzia wpływają na intensywność mieszania, wprowadzanie energii, możliwą deaglomerację i rozwój ciepła. Te wielkości nie powinny być zmieniane niezależnie od siebie. Zamiast tego definiowany jest dopuszczalny zakres eksploatacyjny, w którym zachowywane są jednorodność, gęstość nasypowa, struktura cząstek i wilgotność. Rozkłady czasu przebywania mogą być charakteryzowane próbami znacznikowymi; opisują one, jak długo różne udziały produktu pozostają w mieszalniku, i pomagają w ocenie faz rozruchowych, zmian receptury i zakłóceń.

Moment obrotowy, pobór mocy lub prąd silnika mogą być wykorzystywane jako sygnały procesowe. Wzrost może wskazywać na zmiany gęstości nasypowej, podwyższony stopień napełnienia, rosnącą lepkość, lokalne przewilżenie lub naklejenia. Sygnały te nie są jednak jednoznaczne. Nie powinny być dlatego stosowane jako jedyny dowód tworzenia się grudek, lecz łączone z innymi wartościami pomiarowymi, takimi jak poziom napełnienia, strumień masy, temperatura produktu, wilgotność czy analityka próbek. Wartości graniczne mogą służyć jako alarm, jako ograniczająca funkcja ochronna lub jako wyzwalacz kontrolowanego przejścia do bezpiecznego stanu eksploatacyjnego.

Do nadzoru jakości można łączyć analitykę procesową z regularnymi analizami atline. Spektroskopowy pomiar wilgotności inline może być odpowiedni dla wilgotności lub składu mieszanek proszkowych, wymaga jednak reprezentatywnej sytuacji zabudowy i starannie zwalidowanego względem metod referencyjnych modelu kalibracyjnego. FDA wyraźnie wskazuje, że modele punktu końcowego lub mieszania inline muszą być zwalidowane pod względem przydatności i specyficzności dla interesujących składników. Ponadto mogą być nadzorowane na wylocie lub w laboratorium – zależnie od receptury i wymagań jakościowych – gęstość nasypowa, wilgotność, temperatura, analiza sitowa, wartości koloru, zawartość perfum lub zawartość substancji czynnej.

Fazy rozruchu, wyłączania i zmiany receptury muszą być zdefiniowane jako odrębne stany eksploatacyjne. Wszystkie dozowniki powinny być rozruchowane i wyłączane synchronicznie i w zadanym stosunku receptury. Należy przy tym uwzględniać hold-up w mieszalniku, ilości produktu w przewodach dozujących i rozkład czasu przebywania. Dopiero gdy mieszalnik pracuje w stabilnym stanie eksploatacyjnym, a jakość produktu jest wykazana, produkt powinien zostać zwolniony do regularnego napełniania. Przy zmianach receptury znajomość rozkładu czasu przebywania może pomóc w wiarygodnym określeniu i oddzielnym prowadzeniu ilości przejściowej.

Regulacja oparta na modelu, na przykład ze sprzężeniem w przód, regulacją predykcyjną modelem lub kompensacją czasu martwego, może być sensowna, gdy występują długie lub zmienne czasy transportu i dostępne są wystarczająco solidne modele procesowe. Nie jest ona jednak standardowym wymogiem dla każdej linii mieszania detergentów. Często wystarcza solidna architektura podstawowa złożona z dozowania grawimetrycznego, regulacji stosunku, stabilnego obwodu przepływu cieczy, prowadzenia poziomu napełnienia, jasnych granic eksploatacyjnych i nadzoru wspieranego jakością. Rozszerzone metody regulacji powinny być stosowane dopiero wtedy, gdy oferują wykazywalną korzyść dla jakości produktu, wydajności lub unikania braków w porównaniu z tą podstawą.

Tak amixon® reguluje ciągłe mieszanie z dodawaniem cieczy w AMK

Ciągły mieszalnik amixon® AMK nadaje się do ciągłych zadań mieszania z produktami suchymi, wilgotnymi i zawiesinowymi. W produkcji detergentów substancje stałe, takie jak proszek bazowy, buildery, wypełniacze i granulaty, mogą być dozowane w sposób ciągły i – zależnie od receptury i konfiguracji procesu – łączone z cieczami, takimi jak surfaktanty, substancje zapachowe, oleje lub spoiwa. Przydatność do roztworów enzymatycznych, wysokolepkich dodatków lub składników wrażliwych na wilgoć musi być oceniana specyficznie dla produktu, ponieważ temperatura, wilgotność, ścinanie i czas kontaktu mogą wpływać na stabilność.

Kontrolowane uruchamianie i wyłączanie

Przy uruchamianiu organ wyładowczy AMK pozostaje początkowo zamknięty. Grawimetryczne organy dozujące startują jednocześnie z niskim strumieniem masy i dostrajają swoje strumienie dozujące do siebie podczas fazy rozruchu. Stopień napełnienia mieszalnika rośnie w sposób ciągły; przy około połowie ilości napełnienia uruchamia się napęd mieszalnika. Gdy tylko mieszalnik osiągnie około 80 procent swojej objętości użytkowej, organ wyładowczy powoli się otwiera. Następnie stopień napełnienia jest według producenta utrzymywany na stałym poziomie, podczas gdy strumienie dozujące są kontrolowanie zwiększane do przewidzianej wydajności produkcyjnej.

Przy wyłączaniu strumienie dozujące są kontrolowanie redukowane, a organy dozujące następnie synchronicznie wyłączane. Mieszalnik pracuje dalej, aż jeszcze zawarta ilość produktu zostanie opróżniona przez organ wyładowczy. Postępowanie to może wyraźnie zmniejszyć ilości o niewystarczającej jakości mieszania podczas faz rozruchu i wyłączania. Czy nie powstają braki lub ilości poza specyfikacją, zależy jednak od receptury, dokładności dozowania, rozkładu czasu przebywania, wymagania jednorodności i koncepcji zwalniania użytkownika.

Czas przebywania i intensywność mieszania

Stopień napełnienia jest w AMK według amixon® ustawialny w zakresie od około 10 do 80 procent objętości użytkowej. Średni czas przebywania jest zasadniczo określany przez stopień napełnienia i wydajność i może być według producenta ustawiany niezależnie od obrotów narzędzia mieszającego. Dzięki temu czas przebywania i intensywność mieszania mogą być dostosowywane oddzielnie w szerokich granicach. Rzeczywisty rozkład czasu przebywania zależy jednak dodatkowo od właściwości materiału sypkiego, dodawania cieczy, wydajności, stopnia napełnienia i geometrii mieszalnika. Dla krytycznej receptury detergentu powinien być określony za pomocą próby znacznikowej lub porównywalnych badań.

Mieszadło SinConvex® wytwarza trójwymiarowy ruch produktu. Poprzez obroty, wykonanie narzędzi i sposób eksploatacji AMK może być ustawiony na łagodną homogenizację lub intensywniejszą obróbkę, na przykład deaglomerację. Przy recepturach detergentów z wrażliwymi granulatami enzymatycznymi, cząstkami wybielacza czy nośnikami zapachowymi intensywność mieszania musi być dobrana tak, aby jednorodność została osiągnięta bez powodowania ścierania, pękania ziaren lub niepożądanego nagrzewania.

Dodawanie cieczy i czyszczenie

Płynne składniki są wprowadzane przez odpowiednie systemy dozujące i wprowadzające do poruszanej strefy produktu. Drobno rozprowadzone dodawanie może poprawić jednorodność i ograniczyć lokalne przewilżenie. Wielkość kropli, obraz natrysku, pozycja wprowadzania, ilość cieczy, lepkość i temperatura produktu muszą być dostosowane do receptury. Przy lepkich surfaktantach lub spoiwach sensowne mogą być temperowane zbiorniki zapasowe, przewody i dysze. Pełne uniknięcie naklejeń nie może być ogólnie zagwarantowane; zależy przede wszystkim od udziału cieczy, temperatury, intensywności mieszania i strategii czyszczenia.

Komora mieszania AMK jest według producenta zaprojektowana dla strefy ATEX 20. Koncepcje czyszczenia i higieny mogą być zależnie od produktu i zastosowania projektowane na sucho, na mokro lub kombinowanie. Przy detergentach ze zmianami zapachu, barwnikami, alergenami lub innymi krytycznymi składnikami opróżnianie resztkowe, czyszczalność i dopuszczalne zanieczyszczenie krzyżowe muszą być ustalone i wykazane specyficznie dla projektu.

Wielkości konstrukcyjne i tryby pracy

amixon® podaje dla AMK między innymi wielkość konstrukcyjną AMK 50 o strumieniu objętościowym około 1 do 3 m³/h oraz AMK 3000 o wydajności około 45 do 135 m³/h. Rzeczywista wydajność masowa wynika z gęstości nasypowej, zachowania przepływu, wilgotności, receptury, wymaganego czasu przebywania i zadania mieszania. Podane strumienie objętościowe należy więc rozumieć jako wartości orientacyjne.

AMK może według producenta pracować także jako mieszalnik wsadowy. Może to być sensowne do prób produktowych, wstępnych mieszanek, mniejszych receptur lub szczególnych profili stopnia napełnienia i czasu przebywania. Dla późniejszej pracy ciągłej koncepcja dozowania, dodawanie cieczy, intensywność mieszania, prowadzenie poziomu napełnienia i jakość produktu powinny być sprawdzone z oryginalnymi surowcami i w przewidzianych warunkach wydajności w centrum prób lub instalacji pilotowej.

Projektowanie higieniczne

Koncepcja higieniczna może obejmować duże drzwi inspekcyjne Clever-Cut® z uszczelnieniem OmgaSeal®, dobrze dostępne powierzchnie mające kontakt z produktem, organy wyładowcze o niskim udziale stref martwych oraz opcjonalnie zintegrowane lance myjące. Górne łożyskowanie mieszadła może eliminować dolny przepust wału w przestrzeni produktowej. Czy konkretne wykonanie spełnia wymagania EHEDG, FDA czy 3-A, musi zostać sprawdzone i udokumentowane dla danego projektu na podstawie wybranych materiałów, uszczelnień, powierzchni, parametrów czyszczenia i przewidzianego zastosowania.