Расширение масштабов

Определение

Под «масштабированием» понимается перенос технологии, разработанной в лабораторных или пилотных условиях, на промышленный уровень без ущерба для качества продукции или воспроизводимости. В области технологий смешивания это означает, что качество смешивания, структура частиц, остаточная влажность и характеристики разгрузки в крупной партии должны достигать тех же значений, что и в экспериментальном цикле.

Принципы аналогии

Масштабирование основано на соображениях аналогии. Геометрическая аналогия означает, что рабочая камера смесителя и геометрия смесительного органа увеличиваются в одинаковых пропорциях. Кинематическая аналогия относится к сопоставимым моделям течения, тогда как динамическая аналогия касается постоянного соотношения между действующими силами.

В системах смешивания с горизонтально расположенным смесительным органом, а также в смесителях свободного падения, барабанных и центробежных смесителях число Фруда — то есть соотношение между силами инерции и силой тяжести — часто поддерживается на постоянном уровне. Конкретно это означает, что при увеличении радиуса смесительного органа частота вращения уменьшается, в то время как окружностная скорость остается в сопоставимом диапазоне.

В случае вертикальных принудительных смесителей число Фруда не является критерием для расчета или масштабирования. Решающим фактором здесь является то, что принцип смешивания остается неизменным независимо от размера устройства и что перемешивание охватывает всю смесительную камеру независимо от степени заполнения; возможность масштабирования проверяется в техническом испытательном центре с использованием оригинального продукта.

Что не поддается масштабированию

Не все эффекты можно выразить с помощью характерного индекса. Измельчение частиц, истирание, образование пыли, расслоение при разгрузке, потеря текущих свойств и отдача тепла через стенки емкости ведут себя иначе в крупном масштабе, поскольку соотношение поверхности к объему уменьшается, а время пребывания увеличивается. Эти эффекты проявляются только в экспериментальном масштабе, когда размер партии приближается к размеру будущей производственной партии.

Методика

Надежное масштабирование начинается с испытания смешивания исходного продукта. В рамках параметрического исследования систематически варьируются время перемешивания, частота вращения, степень заполнения, момент добавления и последовательность добавления компонентов, а также вид и количество жидких добавок. Качество перемешивания оценивается по коэффициенту вариации, степени опорожнения, целостности частиц, затраченной энергии и температуре продукта.

Проверенные значения документируются и интегрируются в систему управления установкой в виде технологической рецептуры. Только благодаря этой документации риск, связанный с масштабированием, становится поддающимся расчету, а решение об инвестициях — обоснованным.

Разграничение

«Масштабирование» не является синонимом увеличения производственной мощности. Если ограничиться приобретением второй установки такого же размера, параметры процесса останутся неизменными. О «масштабировании» говорят в том случае, когда размер партии увеличивается и, следовательно, необходимо адаптировать режим работы.