Jak przebiega skalowanie z centrum prób do produkcji, aby zachować jakość mieszania i integralność cząstek?
Przy skalowaniu mieszanin proszkowych ze skali pilotowej do produkcji przenoszone są przede wszystkim parametry geometrii, stopnia napełnienia, obrotów, wprowadzania energii i czasu mieszania. Celem jest utrzymanie jednorodności i ochrony cząstek w większej skali w sposób powtarzalny.
Zasada podstawowa
Samo powiększenie nie wystarcza jednak, ponieważ wraz ze skalą zmieniają się także przepływ, rozkład energii i obciążenie. Dlatego obok podobieństwa geometrycznego należy uwzględnić również podobieństwo kinematyczne i dynamiczne.
Ważne wielkości nastawcze:
- Stopień napełnienia: utrzymywać możliwie stały w zwalidowanym zakresie.
- Liczba Froude'a: w mieszalnikach ciał stałych, których mieszadło jest łożyskowane poziomo, jest ona często ważna dla zachowania podobnych wzorców ruchu.
- Prędkość obwodowa: szczególnie istotna, gdy ma zostać ograniczone pękanie cząstek lub ścieranie powłoki.
- Jednostkowy wkład mocy (P/V): pomocny przy zadaniach dyspergujących, ale krytyczny z powodu ogrzewania i możliwego uszkodzenia cząstek.
Zabezpieczenie jakości mieszania
Jednorodność mieszaniny zabezpiecza się przez pobieranie próbek i ocenę statystyczną. W procesach wsadowych oznacza to, że czas mieszania i obroty muszą być wybrane tak, aby osiągnąć pożądaną równomierność bez niepotrzebnie długiego mieszania. W procesach ciągłych decydujący jest dodatkowo rozkład czasu przebywania.
Zabezpieczenie integralności cząstek
Dla produktów wrażliwych idealny jest możliwie najkrótszy czas procesu przy wystarczającej jakości mieszania. Zbyt wysoka prędkość obwodowa lub zbyt duże wprowadzanie energii mogą powodować ścieranie, pękanie ziaren lub uszkodzenia powłoki, podczas gdy zbyt niska intensywność prowadzi do niedostatecznej jednorodności.
W praktyce wybiera się dlatego najczęściej kompromis między liczbą Froude'a (gdy mieszadło jest łożyskowane poziomo), prędkością obwodową i wprowadzaniem energii, dopasowany do produktu i typu mieszalnika.
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.
W ten sposób amixon® zabezpiecza skalowanie z centrum prób do produkcji
Zasada mieszania jest identyczna we wszystkich skalach.
Rdzeń podejścia amixon®: mieszalniki próbne i produkcyjne pracują z tym samym systemem mieszania. Wstęgowe mieszadło SinConcave®/SinConvex® transportuje materiał mieszany na obwodzie w górę, a w centrum w dół. To trójwymiarowe pełne przemieszczanie objętości ma niezależnie od wielkości tę samą charakterystykę.
Strumień produktu I_V da się wygodnie obliczyć.
I_V = A · v_ax = (π/4) · (D² − d²) · Φ · S · n · ζ
- I_V: wydajność transportowa pionowej wstęgi mieszającej
- D/d: średnica wstęgi zewnętrzna/wewnętrzna
- Φ: stopień napełnienia
- S: skok wstęgi
- n: częstotliwość obrotów
- ζ: współczynnik prędkości
W tym sensie zgodność można zawsze uzyskać przy najróżniejszych wielkościach.
Skalowanie odbywa się poprzez formułę przemieszczania, czyli poprzez strumień objętościowy transportowany przez wstęgowe narzędzie mieszające i wynikającą z niego częstotliwość przemieszczania, a nie poprzez same obroty: wszystkie wielkości pracują w tym samym oknie od około 0,8 do 3,5 m/s, z reguły wolnoobrotowo. Dzięki temu przepływ, mechaniczne obciążenie cząstek i warunki podobieństwa zostają zachowane między skalami.
Jakość mieszania niezależna od stopnia napełnienia
Mieszalniki amixon® osiągają już przy niskim stopniu napełnienia (około 10 %) najwyższą jakość mieszania – technicznie idealną mieszaninę losową, której w praktyce nie da się poprawić. Wielkości wsadów mogą się zmieniać w tym samym mieszalniku, bez konieczności ponownej walidacji jednorodności. Rozbrajany jest dzięki temu najbardziej krytyczny moment skalowania: pierwsze małe wsady produkcyjne w dużej maszynie.
Drobny raster wielkości zamiast skoków skali
amixon® wykonuje wielkości mieszalników na życzenie w krokach co 100 litrów od 100 do 50.000 litrów (VM, HM, AM). Gyraton® GM kontynuuje od 10 do około 100 m³ w krokach co 1 m³. Krok od zwalidowanej skali próbnej do wielkości docelowej można wybrać dowolnie drobno, ponieważ nie ma wymuszonego skoku na następną wielkość katalogową, który naruszałby podobieństwo.
Walidacja przed inwestycją
W centrum prób amixon® gotowe jest 35 instalacji próbnych w różnych wielkościach. Próby przebiegają z produktem oryginalnym, przy realnych stopniach napełnienia i w planowanym zakresie temperatury i ciśnienia. Są prowadzone, oceniane i dokumentowane wspólnie z ekspertami amixon®. Ustalone parametry (prędkość obwodowa, czas mieszania i stopień napełnienia) przechodzą jeden do jednego do doboru maszyny produkcyjnej.
Produkcja w Paderborn jako fundament jakości
amixon® rozwija i produkuje wyłącznie w zakładzie w Paderborn przy największej możliwej głębokości produkcji i z wszystkimi komponentami z Niemiec. Jako certyfikowany zakład spawalniczy z kwalifikacjami europejskimi, japońskimi, koreańskimi i amerykańskimi amixon® konstruuje każdy aparat jako egzemplarz jednostkowy na podstawie URS użytkownika. Kontrola jakości pozostaje w pełni we własnym domu, a każda specyfikacja jest udokumentowana aż do poziomu elementu. Ta samodzielność produkcyjna zabezpiecza jednocześnie długoterminowe zaopatrzenie. Każdy element daje się odtworzyć również dziesięciolecia później.
Serwis w całym cyklu życia
Po uruchomieniu amixon® pozostaje do dyspozycji użytkownika: regularne inspekcje i zapobiegawcze utrzymanie ruchu zabezpieczają dostępność, na życzenie z Predictive Maintenance. Wybrane części zużywalne są dostarczane już przy pierwszej dostawie, większość części zamiennych jest magazynowana w zakładzie w Paderborn oraz w bazach serwisowych w Japonii i USA. W ten sposób zapewniony jest dożywotni serwis części zamiennych – nawet wtedy, gdy pierwotni dostawcy przestają istnieć. Wiele maszyn amixon® jest codziennie w użyciu od ponad 30 lat. Dzięki modernizacji i doposażeniu pozostają na najnowszym poziomie techniki.