Какие решения существуют для дозирования и введения вязких связующих в процессах грануляции без застойных зон?
Для вязких связующих решающее значение имеет полностью опорожняемая и очищаемая цепочка из ёмкости-накопителя, насоса, трубопровода, клапанов, форсунки и функции очистки. «Отсутствие застойных зон» при этом чаще всего является конструктивной целью, а не абсолютно доказуемым свойством: неизбежные тупиковые ответвления, подключения датчиков и уплотнительные зоны должны быть максимально короткими, доступными и достижимыми для предусмотренного метода очистки.
Подача и термостатирование
Для высоковязких связующих подходят прежде всего объёмные насосы. Эксцентриково-винтовые насосы подают среду сравнительно равномерно и подходят для вязких или пастообразных сред. Шестерённые насосы обеспечивают точную объёмную подачу для подходящих, по возможности мало содержащих частицы сред. Перистальтические насосы отделяют среду от привода насоса, поскольку она контактирует только с внутренней поверхностью шланга; однако они могут создавать пульсации и требуют регулярной оценки состояния шланга.
При температурно-зависимой вязкости целесообразны обогреваемые или термостатируемые накопительные ёмкости, трубопроводы, клапаны и форсунки. Температурный режим должен соответствовать связующему, чтобы недопустимо не изменялись ни вязкость, ни реактивность, ни химическая стабильность. С термической точки зрения нужно рассматривать не только трубопровод, но и переходы, клапаны и форсунку, поскольку именно там может возникать локальное охлаждение и образование корки.
Клапаны и введение
Мембранные или шланговые (перекрывающие) клапаны при подходящем исполнении могут уменьшать контактирующие с продуктом щели и зоны отложений. Выбор зависит от давления, температуры, вязкости, наличия частиц, химической стойкости и стратегии очистки. Гигиеничный монтаж требует гладких переходов, коротких длин патрубков и самоопорожняющейся прокладки труб. Датчики следует по возможности устанавливать заподлицо. Руководства EHEDG подчёркивают, что трубопроводы должны полностью опорожняться, а застойные зоны должны предотвращаться или ограничиваться минимумом.
Для введения в гранулятор в зависимости от связующего подходят распылительные копья, инжекционные форсунки или двухкомпонентные форсунки. Двухкомпонентные форсунки могут улучшать распыление вязких связующих, но требуют согласованного расхода воздуха, подачи жидкости и размера капель. Для липких или отверждающихся сред могут быть полезны очищаемые форсунки или игольчатые затворы. Решающее значение имеет положение в достаточно подвижной зоне продукта; иначе возникают локальное переувлажнение, налипание и неравномерные гранулы.
Очистка и регулирование
Cleaning in Place, сокращённо CIP, обозначает очистку в установленном состоянии. Она требует коротких, самоопорожняющихся путей продукта, подходящих скоростей промывки, соответствующей моющей химии и контролируемых параметров температуры, расхода и времени. Sterilization in Place, сокращённо SIP, обозначает стерилизацию в установленном состоянии и требуется только тогда, когда этого требует процесс. Эффективность очистки должна быть подтверждена для связующего, фактического загрязнения и труднодоступных мест. Регуляторные руководства подчёркивают, что конструкция должна обеспечивать возможность очистки и при необходимости визуального осмотра.
Для воспроизводимого дозирования могут применяться тензодатчики или кориолисовые массовые расходомеры. Кориолисовые измерительные приборы фиксируют массовый расход и часто также плотность; их выбор, положение установки, калибровка и пригодность для соответствующего диапазона вязкости должны быть проверены. ISO 10790 даёт для этого указания по выбору, установке и эксплуатации.
Так amixon® реализует добавление связующего и грануляцию в периодическом смесителе
Интегрированное дозирование жидкости как конструктивная особенность
Вертикальные и конусные смесители amixon® серий VM, HM и AM могут оснащаться копьями подачи жидкости. Они вводят связующую жидкость непосредственно в движущийся слой смешиваемого материала. В качестве альтернативы или дополнения применяются двухкомпонентные форсунки, в которых поток воздуха и жидкости создаёт тонкое распыление для равномерного смачивания.
Введение в зоне действия режущего ротора может снижать локальное переувлажнение и тем самым неконтролируемое образование комков. При подходящем расчёте в смешиваемый материал можно вводить также вязкие связующие. Термостатируемая двойная рубашка может помочь удерживать температурно-зависимые связующие в перерабатываемом диапазоне вязкости. Конкретный расчёт копий, форсунок, трубопроводов и термостатирования зависит от связующего, вязкости, дозируемого количества, рецептуры и требований к очистке.
Разделение функций в смесительном пространстве
Мешалка SinConvex® перемещает сыпучий материал в трёх измерениях и непрерывно подводит свежий порошок в зону смачивания. Режущий ротор может поддерживать распределение жидкости и разбивать более крупные агломераты. При контролируемом смачивании между частицами образуются жидкостные мостики; они образуют основу для агломерации наращиванием и грануляции.
Образуются ли округлые, стабильные или особенно хорошо растворимые агломераты, зависит от свойств порошка, связующего, количества жидкости, внесения энергии и продолжительности процесса. Поэтому эти свойства продукта определяются экспериментально для конкретной рецептуры.
Регулируемая интенсивность: от инстантизации до грануляции
Интенсивность процесса настраивается через рабочие параметры. В зависимости от задачи возможны щадящее увлажнение с малым внесением энергии для агломерации наращиванием или инстантизации, а также интенсивное увлажнение, дезагломерация или грануляция.
Кривые крутящего момента и температуры могут давать указания на прогресс процесса. Однако они не заменяют специфичное для продукта определение конечной точки, например по влажности, распределению частиц по размерам или другим показателям качества. Профили дозирования, промежуточное время смешивания и частоты вращения могут быть заложены в систему управления как программы смешивания и воспроизводимо выполняться.
От периодического процесса к непрерывной грануляции
Какой вариант процесса технически и экономически целесообразен, исследуется в ходе испытаний грануляции с оригинальным продуктом.
Подтверждение в испытательном центре amixon®
Перед принятием инвестиционного решения можно провести испытания с оригинальным продуктом. По данным компании, в испытательном центре amixon® в головном офисе в Падерборне доступно более 30 испытательных установок разных типоразмеров; они дополняются испытательными центрами в Японии, Индии, Таиланде, Китае, Южной Корее и США.
Испытания проводятся при близких к практическим степенях наполнения, размерах партий, а также предусмотренных диапазонах температуры и давления. При этом можно оценивать качество смешивания, щадящую обработку продукта, внесение энергии, формирование гранул, очищаемость и воспроизводимость. Задокументированные результаты служат основой для определения подходящего исполнения аппарата и ведения процесса в последующей эксплуатации.