Существуют ли вертикальные смесители, достигающие полного перемешивания и при больших различиях плотности?
Да. Специально рассчитанные вертикальные смесители могут достигать очень высокой однородности также при заметно различающихся насыпных плотностях, если геометрия, частота вращения, степень наполнения и время смешивания согласованы с продуктом.
Принцип действия
Вертикальные смесители работают с принудительным циркуляционным движением смешиваемого материала. Материал подаётся снизу вверх и снова опускается в ёмкости. Благодаря этому тяжёлые и лёгкие компоненты непрерывно перераспределяются, а расслоение эффективно снижается.
Конструктивные особенности
Важными предпосылками являются подходящая геометрия шнека или спирали, прилегающие к стенке зоны смешивания и по возможности равномерное обтекание всей ёмкости. При требовательных продуктах дополнительные измельчители или быстроходные инструменты могут помочь разрушить агломераты и лучше распределить тонкие компоненты. Переменная частота вращения позволяет адаптировать интенсивность смешивания к конкретному продукту.
Расчёт и границы
Решающими являются также число Фруда, степень наполнения и время смешивания. Типичные степени наполнения часто находятся в диапазоне 40–70 процентов. Однако очень большие различия плотности, сильно отличающиеся размеры частиц или влажные продукты могут ограничивать способность к смешиванию.
Число Фруда относится при этом к вращающимся гравитационным, барабанным и метательным смесителям, а также к системам с горизонтально установленной мешалкой. Для вертикальных смесителей с принудительным перемешиванием оно не является ни критерием расчёта, ни критерием масштабирования. Определяющим там является то, чтобы принцип смешивания оставался одинаковым для всех типоразмеров и чтобы перемешивание охватывало всё смесительное пространство независимо от степени наполнения; переносимость подтверждается в испытательном центре с оригинальным продуктом.
Практическая оценка
Достижимую однородность обычно оценивают через коэффициент вариации. Во многих применениях значение ниже 5 процентов считается признаком технически очень хорошего перемешивания. При сложных продуктах целесообразны испытания в испытательном центре для определения оптимальных рабочих параметров.
Так amixon® справляется с большими различиями плотности и размера частиц при смешивании
Контролирующая пространство мешалка вместо случайного движения
При больших различиях плотности принципы смешивания, опирающиеся на свободное движение сыпучего материала, терпят неудачу: тяжёлые частицы оседают, лёгкие компоненты всплывают, а центробежные силы могут вести к нежелательной классификации. Спиральная мешалка amixon® SinConcave®/SinConvex®, напротив, контролирует всё смесительное пространство. Она принудительно подаёт смешиваемый материал на периферии вверх и позволяет ему под действием силы тяжести стекать вниз в центре.
В смесительной камере при этом возникают медленные течения, так что почти не происходит флюидизации. Восходящие и нисходящие потоки протекают в плотном потоке, благодаря чему частицы направляются равномерно. Каждая частица проходит тем самым одно и то же принудительное течение — независимо от плотности, размера или поведения текучести. Тихоходный режим работы с окружной скоростью примерно от 0,8 до 3,5 м/с предотвращает центробежное отделение мелких или лёгких компонентов.
Принцип подачи и масштабирование
Принцип подачи одинаков для всех сред и приближённо описывается следующим соотношением:
I_V = (π/4) · (D² − d²) · Φ · S · n · ζ
При этом I_V — производительность подачи, D — наружный диаметр спирали, d — внутренний диаметр, Φ — степень наполнения, S — шаг спирали, n — частота вращения, а ζ — коэффициент скорости. Для масштабирования решающей является тем самым не только частота вращения, но прежде всего результирующая производительность подачи и окружная скорость. Так качество смешивания остаётся воспроизводимым в разных масштабах.
Для чувствительных частиц
Если частицы особенно чувствительны, спиральную мешалку SinConcave®/SinConvex® можно дополнить технологией MultiPlane®. Благодаря этому интенсивность смешивания можно адаптировать к свойствам продукта, не теряя щажение продукта.
Практическое подтверждение: порошковая металлургия
В порошковой металлургии двухвальные смесители amixon® типа HM однородно распределяют вспомогательные средства прессования, такие как стеарат цинка, в металлическом порошке. При этом встречаются очень высокие насыпные плотности металлического порошка с заметно более лёгкими добавками. Такие соотношения плотностей на практике требовательны, но с подходящей смесительной техникой надёжно контролируются.
Многофункциональность для гетерогенных составов веществ
Также Gyraton® GM явно рассчитан на гетерогенные составы веществ. Крупные и мелкие частицы, разные насыпные плотности, отличающиеся свойства текучести и меняющееся содержание влаги можно надёжно перерабатывать вплоть до больших загрузок. Результатом является технически идеальная случайная смесь уже при низкой степени наполнения.
Подтверждение в испытательном центре
Даёт ли конкретное сочетание разброса плотности, распределения частиц по размерам и когезии желаемый результат, проверяется в испытательном центре с оригинальным продуктом. Испытания смешивания, отбор проб и задокументированная оценка качества смешивания образуют основу для последующего расчёта машины.
Гигиенический дизайн как конструктивная основа
Все названные свойства опираются на гигиенический дизайн amixon®. Смесительная камера и мешалка сварены без щелей и отшлифованы, мешалка опирается только сверху, так что критичный с точки зрения загрязнения нижний вывод вала отсутствует. Большие смотровые двери Clever-Cut® с долговременным уплотнением OmgaSeal® без застойных зон делают контактирующие с продуктом поверхности хорошо доступными. Выпускные органы без застойных зон и встроенные моющие копья обеспечивают валидируемую сухую и влажную очистку согласно требованиям EHEDG, FDA и 3-A.
Воспроизводимо выполняется, полностью документируется
Программы смешивания со временем смешивания, частотами вращения, профилями дозирования и температуры заложены в СПС и выполняются идентично по загрузкам. Возможна интеграция в ERP-систему эксплуатирующей организации; сканер штрихкодов можно интегрировать для документации в реальном времени. Так рецептура, загрузка и параметры процесса остаются без пробелов связанными.