Na co zwrócić uwagę przy skalowaniu granulatorów warstwy pierścieniowej (RMG) z laboratorium do produkcji?
Przy skalowaniu granulatorów warstwy pierścieniowej przeniesione na skalę produkcyjną muszą zostać przede wszystkim geometria, stopień napełnienia, prędkość narzędzia, dozowanie spoiwa, czas granulacji i wprowadzanie energii. Celem jest utrzymanie wielkości granulatu, wytrzymałości, rozkładu wilgotności i jednorodności w dużej skali w sposób powtarzalny.
1. Podobieństwo geometryczne
Geometria zbiornika i narzędzia powinna pozostać możliwie porównywalna. Równie ważne są odstępy od ściany, elementy wewnętrzne, pozycje dysz i efektywna strefa robocza granulatora, ponieważ wpływają one bezpośrednio na ukształtowanie warstwy pierścieniowej.
Już małe odstępstwa geometryczne mogą wyraźnie zmienić zachowanie przepływowe i zachowanie przy zwilżaniu.
2. Skalowanie kinematyczne
Dla RMG jako centralna wielkość skalowania stosowana jest często prędkość obwodowa, czyli Tip Speed narzędzi. Jest ona zwykle bardziej wymowna niż samo podanie obrotów, ponieważ lepiej opisuje obciążenie mechaniczne złoża proszkowego.
Liczba Froude'a jest również często wykorzystywana jako orientacja, ponieważ odwzorowuje stosunek sił odśrodkowych do sił grawitacji. W praktyce stosuje się jednak najczęściej nie jedną liczbę charakterystyczną, lecz pakiet skalowania dopasowany do produktu.
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.
3. Jednostkowe wprowadzanie energii i punkt końcowy
Proces granulacji zależy silnie od jednostkowego wprowadzania energii i od punktu końcowego procesu. Zbyt mało energii prowadzi do słabych, drobnoziarnistych granulatów, zbyt dużo energii do nadziarna, niepożądanego zagęszczenia i podwyższonego ścierania. Punkt końcowy powinien być dlatego definiowany nie przez stały czas, lecz przez mierzalne kryterium.
4. Dozowanie cieczy i zwilżanie
Szybkość dozowania spoiwa, czyli szybkość natrysku, musi być przy skalowaniu dopasowana proporcjonalnie i w sposób powtarzalny. Równie ważne są wielkość kropel, rozmieszczenie dysz, obraz natrysku i miejsce wprowadzenia, ponieważ wpływają one na lokalne nadmierne zawilgocenie, a tym samym na powstawanie grudek.
Przy większych instalacjach konieczne jest często kilka dysz lub dopasowane geometrie natrysku, aby zapewnić równomierne rozprowadzenie.
5. Czas przebywania i stopień napełnienia
Stopień napełnienia i wydajność muszą być wybrane tak, aby warstwa pierścieniowa pozostawała stabilna, a granulacja przebiegała równomiernie. Przy instalacjach ciągłych szczególnie ważny jest rozkład czasu przebywania, ponieważ wpływa on bezpośrednio na jakość granulatu.
Podobny zakres stopnia napełnienia między instalacją centrum prób a instalacją produkcyjną jest dlatego najczęściej celowy.
6. Zachowanie termiczne
W skali produkcyjnej odprowadzanie ciepła często się pogarsza, ponieważ stosunek powierzchni do objętości maleje. Dzięki temu temperatura produktu, zachowanie spoiwa i suszenie mogą zmieniać się silniej niż w centrum prób.
Nadzór temperatury oraz w razie potrzeby chłodzenie lub dopasowane czasy procesu są dlatego częścią odpornego skalowania.
7. Obciążenie mechaniczne i zużycie
Wraz z rosnącą wielkością rosną moment obrotowy, obciążenie łożysk i wymagania dotyczące zużycia. Narzędzia, uszczelnienia i ściany muszą być dlatego zaprojektowane na wyższe obciążenie.
Przy recepturach ściernych szczególnie ważne są powierzchnie odporne na zużycie i dobrze dostępna konstrukcja.
8. Technika pomiarowa i PAT
Dla pewnego przeniesienia należy rejestrować na bieżąco moment obrotowy, moc, temperaturę produktu i wilgotność. Narzędzia PAT i inne układy pomiarowe online mogą pomóc lepiej kontrolować przebieg granulacji i punkt końcowy.
W ten sposób skalowanie jest zabezpieczone nie tylko obliczeniowo, ale również procesowo-analitycznie.
9. Czyszczenie i bezpieczeństwo
Wraz z większą skalą rosną wymagania dotyczące opróżniania resztkowego, zdolności do czyszczenia, pyłoszczelności i ochrony przeciwwybuchowej.
Przy produktach pylących należy dodatkowo zaplanować uziemienie, inertyzację i odpowiednie koncepcje odciążenia.
W ten sposób amixon® ocenia skalowanie aglomeratorów-mieszalników warstwy pierścieniowej
Matematyczne skalowanie aglomeratorów-mieszalników warstwy pierścieniowej jest niezwykle trudne. Brakuje rzetelnej wiedzy o tym, które efekty w warstwie pierścieniowej prowadzą do aglomeracji. Również o efektach, które rozdrabniają powstałe aglomeraty, wiadomo niewiele.
Z reguły aglomeraty powstają bardzo szybko bezpośrednio po dodaniu substancji ciekłych. W aglomeratorze-mieszalniku warstwy pierścieniowej ustala się następnie równowaga między narastaniem i rozdrabnianiem ziaren. Jest ona sterowana przez prędkość obwodową (około 8 do 35 m/s), czas przebywania, dozowanie cieczy i zdolność produktu do granulacji. Również kształt mieszadeł ma duży wpływ. Ponieważ zależności te są specyficzne dla produktu, amixon® wyraźnie wskazuje, że dla właściwego doboru maszyny muszą zostać przeprowadzone próby, gdyż rzeczywiste strumienie objętościowe mogą znacznie odbiegać od wartości katalogowych. Czysto obliczeniowe skalowanie byłoby nierzetelne.
Z punktu widzenia amixon® nie ma zabezpieczonej drogi ekstrapolacji. Mieszalniki tej formy konstrukcyjnej nie należą do tematów kluczowych amixon®.