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

Jakie funkcje zrównoważonego rozwoju (zużycie energii, bezobsługowość, trwałość) są dostępne w nowoczesnych mieszalnikach proszków?

Nowoczesne mieszalniki proszków mogą integrować cechy techniczne, które zmniejszają zużycie energii, ograniczają nakład na konserwację i wspierają długi ekonomiczny okres użytkowania. Decydujący jest przy tym nie sam pojedynczy komponent, lecz współdziałanie zasady mieszania, produktu, wielkości wsadu, wydajności, wymagań czyszczenia, automatyzacji i strategii utrzymania ruchu. Dobór dostosowany do zastosowania może pozytywnie wpływać na zużycie zasobów i koszty cyklu życia instalacji.

Ważnym podejściem do obniżenia zużycia energii jest dobór silnika, przekładni i narzędzia mieszającego dostosowany do potrzeb. Silniki o wysokiej sprawności klas IE3, IE4 lub – zależnie od dostępnej techniki i przypadku zastosowania – IE5 mogą zmniejszać elektryczne straty przetwarzania. To, czy wyższa klasa sprawności opłaca się ekonomicznie, zależy zwłaszcza od mocy silnika, rocznych godzin pracy, profilu obciążenia, ceny energii, otoczenia i kosztów inwestycji. Przemienniki częstotliwości umożliwiają dostosowanie prędkości obrotowej i ewentualnie momentu obrotowego do produktu, stopnia napełnienia i fazy procesu. Przy mieszalnikach proszków może to być sensowne na przykład dla łagodnego przemieszczania produktu, celowego dyspergowania, określonego wmieszania cieczy lub dostosowanego wyładunku. Regulacja prędkości obrotowej nie oszczędza jednak automatycznie energii w każdym stanie eksploatacji. Powinna być tak dobrana, aby czas mieszania, jakość mieszania, jednostkowe wprowadzanie energii i obciążenie produktu pozostawały w ekonomicznie sensownym stosunku.

Również geometria narzędzia mieszającego wpływa na zapotrzebowanie na energię. Narzędzia mieszające zaprojektowane korzystnie pod względem przepływu oraz odpowiedni stosunek prędkości obrotowej narzędzia, geometrii zbiornika i stopnia napełnienia mogą pomagać ograniczać wymagany czas mieszania. Symulacja CFD może przy określonych zastosowaniach wspierać projektowanie, nie zastępuje jednak prób z rzeczywistym produktem. Jakość mieszania powinna być oceniana na podstawie kryteriów jakościowych istotnych dla danego zastosowania; ogólnie obowiązującego współczynnika zmienności nie da się sensownie ustalić. Nowoczesne sterowniki mogą rejestrować pobór mocy, moment obrotowy, prędkość obrotową i czasy procesowe. Stwarza to przejrzystość co do zużycia energii na wsad, na ilość produktu lub na recepturę. Takie dane pomagają rozpoznawać niepotrzebne czasy jałowe, nieodpowiednie czasy mieszania lub nietypowe szczyty obciążenia. Przy procesach mieszania, suszenia lub reakcji wspomaganych termicznie można ponadto sprawdzić, czy ciepło z powietrza wywiewanego, obiegów chłodzących lub innych etapów procesu daje się odzyskać i sensownie wykorzystać. Techniczną i ekonomiczną wykonalność należy oceniać każdorazowo specyficznie dla danej instalacji.

Konstrukcja o niskich wymaganiach konserwacyjnych zaczyna się od ograniczenia zużycia i dobrej dostępności wszystkich obszarów istotnych dla konserwacji. Łożyskowania, uszczelnienia, narzędzia mieszające, połączenia wałów i komponenty napędowe muszą być dostosowane do rzeczywistych obciążeń wynikających ze ścierania, korozji, temperatury, ciśnienia, mediów czyszczących i czasu eksploatacji. Systemy uszczelnień bezstykowe lub konstrukcyjnie chronione mogą zmniejszać przedostawanie się drobnych cząstek do obszarów łożyskowania. Łożyskowania smarowane na czas eksploatacji mogą wydłużać interwały konserwacji, jeśli środek smarny, typ łożyska, temperatura, obciążenie i warunki otoczenia są do tego dopasowane. Jako bezobsługowe komponenty powinny być jednak określane tylko wtedy, gdy jest to technicznie i prawnie zabezpieczone w konkretnych warunkach zastosowania. Również komponenty smarowane na czas eksploatacji lub hermetyzowane wymagają z reguły regularnych kontroli wzrokowych i kontroli stanu.

Higieniczna i przyjazna dla czyszczenia konstrukcja może zmniejszać nakład na czyszczenie, zużycie wody i chemikaliów oraz ryzyko pozostałości produktu. Gładkie, dobrze dostępne i możliwie pozbawione stref martwych powierzchnie mające kontakt z produktem ułatwiają czyszczenie. Systemy CIP lub WIP mogą przy mieszalnikach do tego zaprojektowanych umożliwiać powtarzalne przebiegi czyszczenia i zmniejszać interwencje ręczne. To, czy koncepcja CIP lub WIP jest sensowna, zależy między innymi od przywierania produktu, zmian receptury, wymagań higienicznych, walidacji czyszczenia i dostępnej infrastruktury. Dla zastosowań higienicznych przy metalowych powierzchniach mających kontakt z produktem często stosuje się jako wartość orientacyjną chropowatość Ra 0,8 µm lub lepszą. Rzeczywista czyszczalność zależy jednak nie tylko od chropowatości, lecz również od geometrii, spoin, przejść, materiału, medium czyszczącego, przepływu i metody czyszczenia. Wyższe wartości chropowatości mogą być w określonych przypadkach akceptowalne, jeśli wymagana czyszczalność zostanie wykazana.

Czujniki wibracji, temperatury łożysk, momentu obrotowego, poboru mocy lub czasów pracy mogą wspierać konserwację ukierunkowaną na stan techniczny. Zauważalne trendy można wcześnie rozpoznać, dzięki czemu inspekcje lub wymiana części zużywających się stają się planowalne. Zdalny nadzór lub podłączenie do systemu zarządzania utrzymaniem ruchu może poprawić dostępność danych, nie zastępuje jednak fachowej oceny wartości pomiarowych i odpowiedniej organizacji utrzymania ruchu. Modułowa i przyjazna dla serwisu konstrukcja z dobrze dostępnymi komponentami napędowymi, wymiennymi narzędziami mieszającymi, zestawami uszczelnień lub płytami odpornymi na zużycie może skracać czasy konserwacji i naprawy. Koncepcje szybkiej wymiany są szczególnie korzystne, gdy części zużywające się są wymieniane często lub okna przestojowe są ograniczone. Zespoły samocentrujące się lub jednoznacznie pozycjonowalne mogą dodatkowo pomagać zmniejszać błędy montażowe i nakład na ponowne uruchomienie.

Okres użytkowania mieszalnika proszków jest w znacznym stopniu determinowany przez dobór materiałów i odpowiedni dobór obciążonych komponentów. Przy produktach ściernych, korozyjnych lub higroskopijnych narzędzia mieszające, wewnętrzne powierzchnie zbiornika, uszczelnienia i elementy wyładowcze muszą być dostosowane do danego obciążenia. Zależnie od zastosowania w grę wchodzą na przykład stale nierdzewne, takie jak 1.4404 czyli 316L, 1.4571, stale duplex, stale odporne na zużycie lub specjalne powłoki. Powłoki z materiałów twardych i ceramiczne, na przykład na bazie węglika wolframu lub tlenku chromu, mogą przy określonych obciążeniach ściernych zwiększać żywotność. Nie są one jednak odpowiednie dla każdej temperatury, obciążenia udarowego, chemii czyszczącej czy zastosowania spożywczego. Dobór materiału powinien zatem zawsze odbywać się na podstawie danych produktu, ryzyka korozji, temperatury, wilgotności, twardości cząstek i realistycznych warunków eksploatacji.

Drobno szlifowane lub elektropolerowane powierzchnie mogą zmniejszać przywieranie produktu i ułatwiać czyszczenie. Dla higienicznie wrażliwych zastosowań odpowiednia jakość powierzchni może dodatkowo pomagać ograniczać ryzyko korozji. Bardzo niska wartość chropowatości sama w sobie nie gwarantuje jednak ani higienicznej konstrukcji, ani wystarczającej czyszczalności. Decydujące są również geometrie bez stref martwych, fachowo wykonane spoiny, odpowiednie uszczelnienia i zwalidowana koncepcja czyszczenia. Solidnie zaprojektowane wały, łożyskowania, przekładnie i sprzęgła mogą lepiej przyjmować szczyty obciążenia, zmienne stopnie napełnienia i cykle start-stop. Przewymiarowanie nie jest jednak zasadniczo zrównoważone, ponieważ może zwiększać zużycie materiału i nakład inwestycyjny. Celem powinno być wiarygodne wymiarowanie dostosowane do kolektywu obciążeń i wymagań co do trwałości, z odpowiednimi rezerwami bezpieczeństwa.

Długoterminowa dostępność części zamiennych, stosowanie odpowiednich komponentów standardowych i konstrukcja zdolna do modernizacji poprawiają ekonomiczny okres użytkowania. Sterowanie, napędy, czujniki lub funkcje bezpieczeństwa mogą być w razie potrzeby modernizowane bez konieczności wymiany całego mieszalnika. To, jak długo instalacja może być eksploatowana ekonomicznie, zależy od jej substancji mechanicznej, zużycia, wymagań regulacyjnych, dostępności części zamiennych i przyszłych wymagań procesowych. Zamiast ogólnego okresu użytkowania użytkownicy powinni przeprowadzać ocenę opartą na stanie technicznym i opłacalności.

Tak amixon® rozwiązuje to zadanie

Zrównoważony rozwój w rozumieniu amixon® oznacza traktowanie zużycia energii, zużycia materiałów, nakładu na czyszczenie, konserwacji i ekonomicznego okresu użytkowania jako powiązanego systemu. To, jakie oszczędności są rzeczywiście osiągalne, zależy zawsze od produktu, receptury, wielkości wsadu, stopnia napełnienia, zadania mieszania, wymagań czyszczenia i sposobu eksploatacji. amixon® może zbadać dobór konstrukcji i istotne parametry procesowe w centrum prób z produktem oryginalnym, aby zapotrzebowanie na energię, zachowanie przy opróżnianiu i jakość mieszania mogły zostać ocenione w odniesieniu do konkretnego zastosowania.

Efektywność energetyczna mieszalnika proszków zaczyna się od zasady mieszania i doboru napędu dostosowanego do potrzeb. Mieszalniki amixon® pracują w wielu zastosowaniach z niskimi prędkościami obwodowymi narzędzi mieszających, zazwyczaj w zakresie około 0,8 do 2,5 m/s. Niska prędkość obrotowa może umożliwiać łagodne przemieszczanie produktu i ograniczać obciążenie mechaniczne mieszanego materiału. O rzeczywistym zapotrzebowaniu na energię decydują jednak obok prędkości obrotowej również właściwości produktu, stopień napełnienia, czas mieszania, geometria narzędzia, receptura i wymagana jakość mieszania. Mieszalnik Gyraton® GM jest zaprojektowany do dużych wsadów i może być eksploatowany przy stosunkowo niskiej mocy przyłączeniowej elektrycznej. Wymagana moc napędu i jednostkowe zużycie energii powinny mimo to być zawsze ustalane dla konkretnego zadania mieszania.

Krótkie czasy mieszania mogą obniżać zapotrzebowanie na energię na wsad lub na tonę produktu, jeśli wymagana jednorodność zostaje pewnie osiągnięta. W mieszalniku KoneSlid® KS optymalna jakość mieszania jest według amixon® typowo osiągana już po około 20 do 30 obrotach narzędzia. Takie wartości są jednak specyficzne dla danego produktu i nie mogą być ogólnie przenoszone na inne receptury, stopnie napełnienia czy typy mieszalników. Wiarygodna ocena energetyczna powinna zatem opierać się na pomiarach w centrum prób lub w rzeczywistych warunkach produkcyjnych. Sensownymi wskaźnikami są zużycie energii na wsad, na tonę produktu lub na recepturę.

Istotną dźwignią oszczędności zasobów jest możliwie kompletne opróżnianie resztkowe. Każda pozostająca ilość produktu może przy zmianach receptury powodować straty produktu, dodatkowy nakład na czyszczenie lub ryzyko zanieczyszczenia krzyżowego. Zależnie od mieszalnika, produktu i wykonania mieszalniki amixon® mogą osiągać bardzo wysokie stopnie opróżnienia. Dla serii KS amixon® podaje stopnie opróżnienia do 99,98 procent. Dzięki technologii ComDisc® możliwe są – zależnie od produktu i zastosowania – stopnie opróżnienia do 99,997 procent i wyższe. Osiągalna ilość resztkowa musi jednak zawsze być sprawdzona na konkretnym produkcie, ponieważ zachowanie płynięcia, wilgotność, wielkość cząstek, skłonność do przywierania i receptura mają na to istotny wpływ.

Dobre opróżnianie resztkowe może poprawiać wykorzystanie surowca, zmniejszać nakład przy zmianach produktu i skracać czasy czyszczenia. Komory mieszania bez stref martwych, dobrze dostępne oraz odpowiednie metody czyszczenia wspierają ten efekt. Przy wmieszaniu cieczy drobno rozproszone i dostosowane do produktu dozowanie może pomagać zmniejszać lokalne przywieranie. Czy rzeczywiście potrzeba wtedy mniej wody, środków czyszczących lub czasu pracy, zależy jednak od receptury, wymagań higienicznych, metody czyszczenia i niezbędnej walidacji czyszczenia. Przy proszkach wrażliwych na temperaturę łagodna zasada mieszania może ponadto pomagać ograniczać niepożądane wprowadzanie ciepła. Czy i w jakim zakresie oszczędza to energię chłodzenia, zależy od zastosowania i powinno być oceniane pomiarowo.

Zrównoważony rozwój wynika również z długiego ekonomicznego okresu użytkowania. Solidna konstrukcja mechaniczna, materiały dostosowane pod względem zużycia, dobra dostępność konserwacyjna, dostępne części zamienne i możliwość modernizacji mogą pomagać w dalszym długotrwałym wykorzystywaniu istniejącej instalacji mieszającej. amixon® oferuje konserwację zapobiegawczą, zaopatrzenie w części zamienne, retrofit i dostosowania procesowe. Wybrane części zużywające się mogą być dostarczane już przy pierwszej dostawie. Według amixon® większość części zamiennych jest magazynowana w Paderborn; dalsze zapasy znajdują się w międzynarodowych punktach serwisowych. amixon® określa swój serwis części zamiennych jako dożywotni i oferuje odpowiednie rozwiązania zastępcze w przypadku niedostępnych już oryginalnych komponentów.

Modernizacje mogą dotyczyć na przykład sterowania, techniki napędowej, czujników, funkcji bezpieczeństwa, techniki dozowania, czyszczenia lub dokumentacji procesowej. Dzięki temu istniejące mieszalniki można dostosowywać do nowych receptur, zmienionych wydajności, wyższych wymagań co do identyfikowalności lub nowych ram regulacyjnych. Doposażenie może pozwolić uniknąć zużycia zasobów i nakładu inwestycyjnego związanego z całkowicie nowym zakupem. Czy jest ono technicznie i ekonomicznie sensowne, zależy od stanu instalacji, przyszłych wymagań procesowych, dostępności części zamiennych i oczekiwanego pozostałego okresu użytkowania.

Dla wiarygodnego raportowania w zakresie zrównoważonego rozwoju użytkownicy powinni rejestrować przede wszystkim wskaźniki odniesione do zastosowania. Należą do nich jednostkowe zużycie energii na wsad lub na tonę, ilość resztkowa po opróżnieniu, zużycie wody i chemikaliów czyszczących na czyszczenie lub zmianę produktu, częstotliwość przestojów, zużycie części zużywających się oraz rzeczywiście osiągnięty okres użytkowania. amixon® może w tym celu dostarczać specyficzne dla projektu dane pomiarowe i procesowe aparatu lub wspierać ocenę poprzez próby w centrum prób.

Powtarzalne prowadzenie procesu poprawia nie tylko jakość mieszania, lecz również ułatwia analizę danych energetycznych i eksploatacyjnych. Receptury, czasy mieszania, prędkości obrotowe, kolejność dozowania oraz ewentualnie profile temperatury mogą być, zależnie od koncepcji automatyzacji, zapisywane, sterowane i dokumentowane w sterowniku PLC. Specyficzne dla projektu podłączenie do systemów ERP, MES lub systemów utrzymania ruchu może łączyć ze sobą dane receptury, wsadu i procesu. Skanery kodów kreskowych lub porównywalne systemy identyfikacji mogą pomagać w możliwym do prześledzenia przyporządkowaniu materiałów, odcinków wsadu i parametrów procesowych. Ta baza danych wspiera identyfikowalność wsadów, analizy OEE, analizy przyczyn przy odchyleniach oraz optymalizację interwałów energetycznych i konserwacyjnych.

Dla zastosowań regulowanych amixon® może dostarczać dokumentację techniczną wspierającą proces kwalifikacji u użytkownika. Mogą do niej należeć atesty materiałowe, protokoły badań, dokumentacja spawalnicza, instrukcje eksploatacji, dokumenty odbiorowe i dokumentacja techniki sterowania i automatyzacji. Instalacja jest projektowana na podstawie specyficznej dla projektu specyfikacji wymagań użytkownika (URS). amixon® może wspierająco współdziałać przy Design Qualification, Installation Qualification i Operational Qualification. Ostateczna kwalifikacja, walidacja i zwolnienie leżą jednak po stronie użytkownika. Wymagania wynikające z GMP, ATEX, EHEDG, przepisów FDA, 3-A Sanitary Standards, ASME lub innych regulacji muszą być dla każdej instalacji i przewidzianego zastosowania sprawdzane, uzgadniane i wdrażane indywidualnie.