Как обстоит дело со временем смешивания смесителя KoneSlid® по сравнению с классическими двухконусными смесителями?
Смеситель KoneSlid® при многих задачах порошкового смешивания достигает заметно более коротких времён смешивания, чем классический двухконусный смеситель. Обе системы принципиально различаются по принципу действия. Классический двухконусный смеситель — это гравитационный смеситель из двух сваренных вместе воронок, которые вращаются как закрытая ёмкость вокруг горизонтальной оси. При этом продукт многократно поднимается, разделяется, перераспределяется и под действием силы тяжести падает обратно. Смеситель KoneSlid®, напротив, работает как вертикальный одновальный конусный смеситель с активно приводимым мешательным инструментом. Поэтому его время смешивания, как правило, значительно короче, поскольку движение продукта создаётся целенаправленно, а не возникает только за счёт пассивных падающих и лавинообразных движений вращающейся насыпи.
В двухконусном смесителе смешивание происходит за счёт сочетания конвекции и диффузного перемешивания. При каждом обороте части насыпи перераспределяются, однако обмен между пространственно удалёнными зонами продукта ограничен. Этот принцип особенно подходит для хорошо текучих, в значительной степени свободных от агломератов порошков и гранул с достаточно схожим размером частиц, формой частиц, насыпной плотностью и текучестью. Для таких продуктов двухконусный смеситель может обеспечивать бережную и достаточную гомогенизацию. Однако требуемое время смешивания часто составляет несколько минут и может быть значительно больше для более требовательных рецептур. Оно зависит от степени наполнения, частоты вращения, геометрии ёмкости, рецептуры, целевой однородности и количества требуемых оборотов ёмкости.
Смеситель KoneSlid®, напротив, создаёт активное трёхмерное течение продукта. Вращающийся мешательный инструмент транспортирует продукт по спирали вверх в зоне, близкой к стенке. В центральной зоне он под действием силы тяжести снова течёт вниз. Конический вытеснительный элемент направляет нисходящий поток продукта снова в сторону внешней зоны смешивания. Благодаря этому весь смешиваемый продукт непрерывно перемещается и распределяется по всему смесительному пространству. Активное конвективное течение существенно ускоряет массообмен. Для KoneSlid® в зависимости от продукта и задачи указываются времена смешивания примерно от 20 до 120 секунд; при этом требуемое количество оборотов инструмента может быть значительно меньше, чем количество оборотов ёмкости гравитационного смесителя.
Более короткое время смешивания автоматически не означает более сильную или повреждающую продукт нагрузку. KoneSlid® может эксплуатироваться при сравнительно низкой частоте вращения. Эффект смешивания возникает прежде всего за счёт целенаправленной трёхмерной конвекции, а не за счёт высоких окружных скоростей или неконтролируемых падающих движений. Это может быть выгодно для чувствительных частиц, хрупких агломератов или маложащих рецептур. При этом продолжительность смешивания, частоту вращения и при необходимости встраивание дополнительных интенсивных смесительных инструментов можно настраивать под когезивность, образование агломератов и требуемую однородность.
Для сложных рецептур с малыми второстепенными компонентами, пигментами или добавками активный одновальный смеситель может быть особенно выгоден. То же самое относится к смесям с различной насыпной плотностью, различным размером частиц или ограниченной текучестью. Тем не менее ни один тип смесителя не может в общем порядке гарантировать достижение определённого коэффициента вариации независимо от рецептуры и условий процесса. Целевые значения, такие как CV менее 5 процентов, необходимо подтверждать для конкретной смеси с помощью подходящего плана отбора проб и валидированного метода анализа. При очень малых дозируемых долях дополнительно требуются предварительные смеси, подходящий порядок добавления или вспомогательные средства дозирования.
Помимо чистого времени смешивания, на общее время партии влияют опорожнение и очистка. В KoneSlid® центральный вытеснительный элемент после завершения процесса смешивания может опускаться; это поддерживает выгрузку продукта через центральный выпускной орган. Для достаточно сыпучих продуктов это может обеспечивать короткое и в значительной степени полное опорожнение. Однако фактическое время опорожнения, остаточное количество и риск сегрегации при выгрузке всегда зависят от когезивности, влажности, структуры частиц, сечения выгрузки и последующей транспортной техники.
Удельная потребляемая мощность активного конвективного смесителя может быть выше, чем у гравитационной системы, поскольку мешательный инструмент целенаправленно перемещает продукт. Приводит ли это в общем процессе к более высокой или более низкой энергопотребности на партию, в общем виде определить нельзя. Это зависит от продолжительности смешивания, степени наполнения, сопротивления продукта, КПД привода, загрузки, опорожнения и затрат на очистку. Возможное преимущество KoneSlid® состоит в том, что энергия смешивания вводится за существенно более короткое время и общее время партии может снижаться. Однако надёжная энергетическая оценка должна основываться на измерениях с конкретным продуктом.
Поэтому выбор между KoneSlid® и двухконусным смесителем не должен осуществляться исключительно по времени смешивания. Двухконусный смеситель может быть экономичным, бережным к продукту решением для простых, хорошо текучих, уже дезагломерированных и не критичных по времени порошковых смесей. Смеситель KoneSlid® особенно интересен, когда требуются короткое время партии, точная гомогенизация, переработка когезивных или различных по составу порошков, добавление жидкости или гибкая адаптация интенсивности смешивания. В любом случае время смешивания, качество смешивания, поведение при выгрузке и возможную сегрегацию после смешивания следует исследовать на оригинальном продукте.
Смеситель KoneSlid® KS: короткое время смешивания, быстрое опорожнение
Смеситель amixon® KoneSlid® KS рассчитан на особенно быструю и одновременно бережную гомогенизацию чувствительных сыпучих продуктов. Типичными применениями являются продукты сушки распылением, грануляции в псевдоожиженном слое или ленточной сушки, например порошки для быстрорастворимых напитков, производные сухого молока, растворимые супы, мюсли, чай или компоненты для замороженных продуктов. Такие продукты часто состоят из частиц разного размера, чувствительных и частично агломерированных. Цель состоит в том, чтобы достичь требуемой однородности, не изменяя без необходимости структуру частиц, свойства мгновенного растворения, растворимость или низкую пыльность.
Смеситель KoneSlid® работает с центральным, активно приводимым мешательным инструментом. Он транспортирует продукт вверх в зоне, близкой к стенке, тогда как в центральной зоне продукт под действием силы тяжести снова течёт вниз. Центральный вытеснительный элемент направляет нисходящий поток продукта снова во внешнюю зону смешивания. Благодаря этому возникает трёхмерная принудительная циркуляция продукта. Уже примерно после четырёх оборотов инструмента весь объём партии может быть однократно перемещён. Примерно после 20–40 оборотов — в зависимости от рецептуры, степени наполнения, целевой однородности и свойств продукта — может достигаться технически идеальная случайная смесь. Однако конкретное требуемое количество оборотов и время смешивания всегда необходимо подтверждать испытаниями с оригинальным продуктом.
Для сравнения, классические двухконусные и V-образные смесители являются гравитационными или кувыркающимися смесителями. Вся смесительная ёмкость вращается, тогда как продукт поднимается, разделяется и под действием силы тяжести возвращается обратно. Гомогенизация возникает за счёт многократного перемещения и случайных движений насыпи. Этот метод бережен и подходит для хорошо текучих, в значительной степени свободных от агломератов порошков или гранул. Поскольку обмен продукта происходит менее целенаправленно, двухконусным смесителям во многих случаях требуется больше оборотов ёмкости и более длительное время смешивания, чем активно работающему смесителю KoneSlid®. Однако фактическая разница зависит от рецептуры, степени наполнения, частоты вращения, геометрии ёмкости и целевой однородности.
При выраженных различиях размера частиц или насыпной плотности риск сегрегации в двухконусном смесителе может возрастать. Такие риски существуют, в частности, также при опорожнении, на участках падения или при последующей транспортировке. KoneSlid® снижает этот риск за счёт определённого конвективного управления продуктом и за счёт короткого времени процесса, но не предотвращает сегрегацию принципиально только за счёт своей геометрии. Поэтому утверждение о полной нечувствительности к плотности было бы технически необоснованным. Остаётся ли смесь стабильной вплоть до фасовки, необходимо проверять для каждой рецептуры с помощью испытаний смешивания, выгрузки и транспортировки.
Ещё одно преимущество KoneSlid® заключается в его концепции выгрузки. После завершения процесса смешивания центральная запорная система может опускаться, открывая большое сечение выгрузки. Для достаточно сыпучих продуктов партия может вытекать в течение нескольких секунд. Это может заметно сокращать время партии и снижать остатки продукта. Однако такие показатели, как остаточное опорожнение 99,98 процента или лучше, необходимо соотносить с конкретным продуктом, фактической степенью наполнения и соответствующим исполнением аппарата. Когезивные, влажные или прилипающие продукты могут демонстрировать существенно иное поведение при опорожнении.
Быстрое опорожнение может давать дополнительные преимущества по сравнению с решениями с выгрузным шнеком или малым сечением выпуска. Для подходящего продукта это может снижать время пребывания в зоне выгрузки, уменьшать затраты на очистку и предотвращать потенциальные зоны застоя продукта. Однако такие утверждения, как «отсутствие сводообразования» или «отсутствие сегрегации», не следует делать в общем порядке, поскольку сводообразование и сегрегация всегда зависят от когезивности, влажности, структуры частиц, содержания воздуха, геометрии выгрузки и последующей транспортной техники.
KS может выполняться под конкретный проект в соответствии с гигиеническими требованиями и требованиями безопасности. К ним относятся расчёт ATEX для зоны 20, опции для вакуумного или инертизированного режима работы, а также гигиенические концепции по EHEDG, FDA или 3-A Sanitary Standards. Конкретное соответствие определяется каждый раз согласованным исполнением и требованиями эксплуатирующей организации. Сваренные без швов и отшлифованные продуктовые поверхности, мешалка с опорой только сверху, хорошо доступные инспекционные дверцы CleverCut® с уплотнениями OmgaSeal®, выпускные органы с минимальным количеством застойных зон, а также встроенные моющие копья могут поддерживать ручную сухую очистку или валидируемую мокрую очистку.
Помимо KS, amixon® предлагает различные конструктивные исполнения для разных размеров партий и технологических задач. Вертикальные и конусные смесители VM, HM и AM, а также смесители-сушилки-реакторы VMT и AMT в зависимости от проекта могут выполняться до примерно 50 000 литров. Gyraton® GM охватывает крупные партии примерно до 100 м³. Для мельчайших и опытных партий доступны EM в диапазоне примерно от 5 до 200 литров, а также контейнерный смеситель COM в диапазоне примерно от 100 до 4000 литров. Возможный диапазон степени наполнения в зависимости от конструктивного исполнения, рецептуры и расчёта аппарата может составлять примерно от 10 до 100 процентов. Достигается ли технически идеальное качество смешивания во всём диапазоне, необходимо подтверждать применительно к конкретному продукту.
amixon® может проводить сравнение существующего двухконусного смесителя и KoneSlid® в испытательном центре на оригинальном продукте. При этом оцениваются не только время смешивания и однородность, но и бережность к продукту, возможное разрушение частиц, время опорожнения, остаточное опорожнение, поведение пыли, очищаемость и стабильность смеси после выгрузки и транспортировки. Документированные результаты испытаний создают обоснованную основу для принятия решения о выборе подходящего принципа смешивания.