Jak przenieść proces z centrum prób do produkcji bez utraty jakości mieszania?
Przy skalowaniu mieszanin proszkowych liczy się przede wszystkim to, aby ruch mieszania, częstotliwość obrotów mieszadła i obciążenie mechaniczne zostały sensownie przeniesione z centrum prób do produkcji. Decydujące nie są przy tym liczby charakterystyczne typowe dla cieczy, lecz samo zachowanie reologiczne materiału sypkiego.
Najważniejsze punkty
- Podobieństwo geometryczne: komora mieszania, narzędzia i stopień napełnienia muszą pozostawać w porównywalnej relacji.
- Prędkość obwodowa i obroty: określają ruch cząstek i obciążenie mechaniczne.
- Czas mieszania: nie może być w dużej skali przejęty tylko formalnie, lecz musi być dostosowany do jednorodności i łagodności wobec produktu.
- Wprowadzanie energii: zbyt dużo energii może powodować ścieranie, segregację lub rozwój ciepła.
- Segregacja: różnice gęstości, wielkości i kształtu cząstek muszą zostać uwzględnione przy skalowaniu.
Konsekwencja praktyczna
Dobre skalowanie dla proszków oznacza: jak najmniej zmian w kinematyce mieszania, tyle dostosowania, ile konieczne dla produktu i wielkości. Zabezpieczenie następuje przez próby w centrum prób, pilotaż i pobieranie próbek powstałej jakości mieszania.
W ten sposób amixon® przenosi proces krok po kroku z centrum prób do produkcji
Utrata jakości mieszania podczas skalowania rzadko powstaje w samym mieszalniku, lecz w lukach postępowania: niejasne wartości docelowe, próby z produktem zastępczym, parametry na nowo interpretowane w trakcie realizacji. amixon® pracuje dlatego według ustalonej sekwencji, na końcu której maszyna produkcyjna dostarcza te same wartości, co mieszalnik centrum prób.
Krok 1: Ustalenie kryteriów akceptacji przed pierwszą próbą
Wspólnie z użytkownikiem wartości docelowe są definiowane pisemnie, zanim ruszy pierwszy wsad: wymagana jakość mieszania jako współczynnik zmienności, stopień opróżniania, czas cyklu, najmniejsza i największa masa wsadu oraz dopuszczalne obciążenie produktu. Bez tych wartości nie da się później ocenić, czy skalowanie się powiodło.
Krok 2: Próba z produktem oryginalnym
Próby przebiegają z produktem oryginalnym, nie z substancjami modelowymi, oraz z realnymi stopniami napełnienia, wielkościami wsadów i przewidzianym zakresem temperatury i ciśnienia. W centrum prób w Paderborn dostępnych jest do tego 35 instalacji próbnych, uzupełnionych o centra prób w Japonii, Indiach, Tajlandii, Chinach, Korei Południowej i USA. Wielkość mieszalnika wybiera się tak, aby odpowiadała dostępnej ilości produktu i przyszłemu wsadowi docelowemu.
Krok 3: Systematyczna zmiana wielkości istotnych dla skalowania
Celowo zmieniane są te parametry, które można później przenieść na maszynę produkcyjną: czas mieszania, prędkość obwodowa w oknie od około 0,8 do 3,5 m/s, stopień napełnienia oraz, w razie potrzeby, wydajność dozowania i sposób dodawania cieczy. Sama prędkość obrotowa nie jest przy tym wielkością przenoszalną, ponieważ zmienia się wraz ze średnicą mieszadła.
Krok 4: Mierzenie wyników, nie szacowanie
Jakość mieszania jest oznaczana analitycznie według określonego planu pobierania próbek, a stopień opróżniania grawimetrycznie. Oceniane są ponadto łagodność wobec produktu, wprowadzanie energii, zdolność do czyszczenia i powtarzalność w wielu wsadach. Wszystkie dane procesowe są rejestrowane elektronicznie i dokumentowane w raporcie z prób.
Krok 5: Przeniesienie bez skoku skali
Ponieważ mieszalnik centrum prób i produkcyjny pracują na tej samej zasadzie mieszania SinConcave®/SinConvex®, a jakość mieszania pozostaje zachowana w zakresie stopnia napełnienia od około 10 do 100 %, ustalone parametry przechodzą bez zmian do projektu. Raster wielkości w krokach co 100 litrów od 100 do 50.000 litrów pozwala wybrać dokładnie wielkość docelową, zamiast uciekać do najbliższego stopnia katalogowego. Dla dużych wsadów dostępny jest silos mieszający Gyraton® od 10 do około 100 m³.
Krok 6: Od raportu z prób do URS
Udokumentowane parametry stają się częścią User Requirement Specification i tym samym są wiążące umownie. Każdy aparat jest na tej podstawie wytwarzany jako egzemplarz jednostkowy. Test odbioru fabrycznego w Paderborn oraz odbiór na miejscu sprawdzają zgodność z tymi samymi kryteriami akceptacji, które zostały ustalone przed pierwszą próbą.
Krok 7: Dokładne dostrojenie podczas rozruchu
Podczas uruchomienia programy mieszania z prędkością, czasem trwania i, w razie potrzeby, użyciem rotorów są zapisywane w sterowniku, dzięki czemu każdy wsad przebiega w sposób powtarzalny. amixon® wspiera rozruch i pozostaje partnerem także później – przy zmianie produktu i dalszej optymalizacji procesu.
Co pozostaje istotne poza mieszalnikiem
Jednorodność osiągnięta w mieszalniku może zostać ponownie utracona w kolejnych krokach. Transport, magazynowanie przejściowe i napełnianie sprzyjają segregacji, zwłaszcza przy dużych różnicach gęstości, wielkości cząstek lub zachowania podczas przepływu. amixon® ocenia więc w próbie nie tylko jakość mieszania na wylocie, lecz także zachowanie przy opróżnianiu – opróżnianie resztkowe bez stożka nasypowego i bez segregacji jest częścią zabezpieczenia scale-up, a nie tematem odsuniętym na później.