Какие решения существуют для гибких размеров партий (сыпучих порошковых материалов) от 5 до 5000 литров в одном типе смесителя?
Переработка загрузок от 5 до 5000 литров предъявляет высокие требования к смесительной технике и разработке процесса. При этом нужно различать два вопроса. Во-первых, речь идёт о минимальном и максимальном количестве наполнения, которое отдельный смеситель может целесообразно переработать. Во-вторых, речь идёт о переносимости процесса смешивания из лабораторной установки на более крупные производственные смесители той же серии.
Одна отдельная смесительная машина, как правило, не может целесообразно охватить диапазон от 5 до 5000 литров. Это соответствует соотношению 1 к 1000. При очень малых количествах наполнения смесительные инструменты не могут в достаточной степени погружаться в продукт. Кроме того, при малых загрузках сильно возрастает значение трения о стенку, остаточных количеств, опорожняемости и затрат на очистку. На практике поэтому обычно лучшим решением является геометрически и функционально сопоставимая серия смесителей с лабораторными, пилотными и производственными аппаратами.
Для сильно варьирующихся степеней наполнения особенно подходят вертикальные смесительные системы с конической геометрией ёмкости. Конусные шнековые смесители по принципу Nauta подводят продукт к самой нижней точке ёмкости. Благодаря этому вращающийся шнек может оставаться эффективным для продукта также при сравнительно низкой загрузке. Вертикальные одновальные или двухвальные смесители с крупноплощадными, работающими вблизи дна смесительными инструментами также могут охватывать широкий диапазон степени наполнения. Однако достигается ли определённое минимальное количество наполнения, всегда зависит от сыпучего материала, размера зерна, насыпного веса, поведения текучести, задачи смешивания и геометрии инструмента.
Высокая гибкость в пределах одной машины требует подходящей геометрии ёмкости и смесительного инструмента. Конические днища или целенаправленно спроектированные геометрии дна обеспечивают то, что также при частичном наполнении в зоне действия смесительного инструмента находится достаточно продукта. Инструменты, расположенные вблизи дна, могут улучшать движение продукта в нижней области и снижать образование неподвижных зон.
Приводы с частотным регулированием позволяют адаптировать частоту вращения и интенсивность смешивания к степени наполнения и свойствам продукта. Более низкая частота вращения может щадить чувствительные частицы, тогда как более высокая частота вращения при определённых задачах смешивания ускоряет перемешивание. Однако требуемую частоту вращения нельзя выводить только из постоянного удельного внесения энергии. У сухих сыпучих материалов на поведение смешивания также влияют сила тяжести, трение о стенку, форма частиц и когезия.
Хорошая опорожняемость особенно важна при малых загрузках. Выпускные органы с малым количеством застойных зон и конструктивно выгодная геометрия ёмкости снижают остаточные количества. Чем меньше загрузка, тем больше процентное влияние остатков продукта на выход, соответствие рецептуре и перекрёстное загрязнение. Если продукт нужно термостатировать, может быть целесообразно адаптированное исполнение нагрева или охлаждения. Однако у порошкообразных продуктов нужно проверять, достаточна ли теплопередача при низкой загрузке.
Диапазон от 5 до 5000 литров на практике охватывается серией смесителей с несколькими типоразмерами. Для достоверного масштабирования смесители должны быть сопоставимы по базовой геометрии и принципу действия. К этому относятся, среди прочего, соотношение смесительного инструмента и диаметра ёмкости, высота ёмкости, положение инструментов и вид движения продукта.
При масштабировании ориентиром могут служить такие показатели, как окружная скорость, число Фруда, удельное внесение мощности или внесение энергии. Однако эти показатели нельзя одновременно удерживать постоянными. Какая величина решающая для переноса, зависит от задачи смешивания. У свободнотекучих сыпучих материалов на первом плане часто стоит конвективное движение продукта. У когезионных, влажных или содержащих агломераты порошков более важными могут быть сдвиговое воздействие, время смешивания и расчёт измельчающих инструментов.
Геометрически подобная серия смесителей снижает затраты на разработку, но не заменяет испытания в пилотном или производственном масштабе. Различия в степени наполнения, давлении продукта, насыпном весе, опорожнении и времени добавления могут влиять на качество смешивания. Поэтому критичные рецептуры следует отрабатывать на оригинальном продукте в нескольких типоразмерах. Помимо качества смешивания оцениваются также склонность к расслоению, щажение продукта, остаточное опорожнение, очищаемость и воспроизводимость.
Экономически и технологически целесообразное решение чаще всего состоит из согласованной серии смесителей для лаборатории, пилотной установки и производства. Её дополняют смесители с максимально широким используемым диапазоном степени наполнения, приводами с частотным регулированием, малоостаточным опорожнением и смесительным инструментом, согласованным с продуктом. Так можно изготавливать опытные загрузки, пилотные количества и производственные партии со сравнимым смесительным действием, не выходя за физические границы отдельной машины.
Диапазоны загрузок и типоразмеры: смесительная техника amixon® от 5 литров до 100 кубических метров
amixon® предлагает смесительные решения для опытных загрузок, пилотных количеств и крупнообъёмных производственных партий. Спектр охватывает от малых одновальных смесителей примерно от 5 литров до крупных смесителей Gyraton® для загрузок до примерно 100 кубических метров. Решающее значение при этом имеет не только номинальный объём, а вопрос, при какой степени наполнения, с каким продуктом и за какое время должно достигаться определённое качество смешивания.
Высокая гибкость в пределах одного смесителя
Многие смесители amixon® могут охватывать широкий диапазон степени наполнения. В зависимости от типа смесителя, продукта и задачи смешивания возможны степени наполнения примерно от 10 до 100 процентов полезного объёма. Благодаря этому производственный смеситель может перерабатывать разные размеры партий, без необходимости отдельной установки для каждого размера загрузки.
Например, HM 7000 при подходящей рецептуре и расчёте может перерабатывать как частичные загрузки, так и полную номинальную загрузку. Однако достигаются ли при 800 литрах и 7000 литрах одинаковые время и качество смешивания, нужно проверять на оригинальном продукте. Широкий диапазон степени наполнения снижает потребность во вторых машинах, но не заменяет технологическую оценку и при необходимости квалификацию разных размеров загрузок.
Ряд типоразмеров amixon®
Одновальные смесители серии EM подходят для опытных, малых загрузок и загрузок «точно в срок». В зависимости от исполнения в качестве смесительной ёмкости можно использовать стандартные бочки. Это облегчает переработку малых количеств и может исключать этапы пересыпания.
Контейнерные смесители серии COM используют Mixtainer® или IBC как смесительное пространство. Они охватывают загрузки примерно от 100 до 4000 литров и особенно подходят для процессов, при которых ёмкость одновременно служит транспортной, складской и смесительной тарой.
Вертикальные смесители и конусные смесители серий VM, HM и AM, а также вакуумные смесители-сушилки и реакторы серий VMT и AMT доступны во множестве типоразмеров. Благодаря этому мощность установки можно точно согласовать с требуемым размером загрузки. Специальные исполнения позволяют также большие полезные объёмы до примерно 50 000 литров.
Для крупных загрузок доступен Gyraton® GM. Его можно рассчитать на загрузки в диапазоне примерно от 10 до 100 кубических метров. Конкретный типоразмер определяется с учётом продукта, требуемого времени смешивания, степени наполнения, ситуации монтажа и логистики материалов.
Дополнительно amixon® предлагает решения для непрерывного смешивания и грануляции. Они целесообразны, когда на первом плане стоит не отдельная загрузка, а равномерная массовая производительность. Выбор между периодическим и непрерывным процессом определяется рецептурой, производительностью, требованиями к очистке и необходимой степенью гибкости.
Производительность возникает из всего процесса
Реальная производительность смесительной установки складывается не только из размера загрузки. Определяющее значение имеют время смешивания, наполнение, дозирование, выгрузка, очистка и смена рецептур. Поэтому amixon® рассматривает время такта как весь процесс в целом.
Быстрое и максимально полное опорожнение может заметно улучшить доступность установки. KoneSlid® KS обеспечивает быструю выгрузку продукта. Элементы ComDisc® поддерживают остаточное опорожнение и помогают снижать риск расслоения во время выгрузки. Достижимое время опорожнения и остаточное количество при этом зависят от продукта и конкретной конфигурации установки.
Масштабирование с испытанием в испытательном центре
Серии amixon® рассчитаны так, чтобы конкретную задачу смешивания можно было систематически переносить от разработки до производства. В пределах одной серии смесителей базовый принцип смешивания и элементы, действующие на продукт, остаются сопоставимыми. Тем не менее масштабирование не обеспечивается одной лишь геометрической схожестью конструкции.
Поэтому испытания смешивания с оригинальным продуктом — центральная часть расчёта. В испытательном центре amixon® в Падерборне доступны более 30 испытательных установок разных типоразмеров. Дополнительно есть испытательные центры в Японии, Индии, Таиланде, Китае, Южной Корее и США. Испытания можно проводить с реалистичными степенями наполнения, размерами загрузок, а также предусмотренными условиями температуры и давления.
Оцениваются качество смешивания, щажение продукта, внесение энергии, опорожняемость, очищаемость и воспроизводимость. Результаты образуют основу для выбора типоразмера и определения параметров процесса в последующем серийном режиме.
Гигиенический дизайн для смены загрузок
Гигиенический дизайн amixon® поддерживает быструю смену продукта и хорошую очищаемость. Смесительное пространство и мешалка сварены без щелей и отшлифованы. Мешалка опирается исключительно сверху. Благодаря этому может отсутствовать контактирующий с продуктом нижний вывод вала.
Смотровые двери Clever-Cut® с уплотнениями OmgaSeal® обеспечивают хороший доступ к контактирующим с продуктом поверхностям. Выпускные органы с малым количеством застойных зон и опционально встроенные моющие копья поддерживают сухую или влажную очистку. В зависимости от применения исполнение можно адаптировать к гигиеническим требованиям пищевой, фармацевтической или химической промышленности.
Так amixon® предлагает не одну машину для всего диапазона от 5 до 5000 литров, а согласованную модульную систему. Она сочетает гибкие степени наполнения в пределах отдельных смесителей с широким выбором типоразмеров и близким к процессу испытанием в испытательном центре.