Какие преимущества даёт вертикальный двухвальный смеситель при смешивании и увлажнении когезивных порошков?
Вертикальные двухвальные смесители также имеют преимущества, когда когезивные порошки необходимо увлажнять, гомогенизировать или переводить в тестообразное состояние. При этом важную роль играет изменяющаяся текучесть сыпучего продукта. На неё существенно влияют когезия, адгезия, содержание влаги, распределение размера частиц и пористость. Когезивность порошка и его функцию текучести можно определить, например, с помощью сдвигового прибора Jenike. При этом внутреннее трение и трение о стенку определяются при заданных напряжениях консолидации. Результаты в виде линий текучести релевантны, среди прочего, для оценки сводообразования, шахтообразования и поведения при выгрузке.
Чем глубже два мешательных инструмента входят друг в друга, тем эффективнее работает вертикальный двухвальный смеситель. Наиболее эффективны при этом спиралевидные мешательные инструменты. Смешиваемый продукт транспортируется вверх из зон, близких к стенке, тогда как в центральной зоне он течёт вниз. Одновременно между обеими частями ёмкости происходит сильное поперечное перетекание. Благодаря этому частицы порошка, зоны влажности, добавленная жидкость и имеющиеся агломераты непрерывно перераспределяются. Такая конструкция подходит для сухих порошков, влажных суспензий, а также пастообразных и тестообразных продуктов.
Именно при увлажнении абсорбирующих порошков решающее значение имеет быстрое и равномерное распределение жидкости. Без достаточной интенсивности смешивания могут возникать локально переувлажнённые зоны, очаги липкости и агломераты, тогда как другие зоны продукта остаются сухими. Наложенное движение продукта в двухвальном смесителе поддерживает равномерное введение жидкостей, если дозируемое количество, место дозирования, размер капель или картина распыления, скорость добавления и продолжительность смешивания согласованы с рецептурой. Для особенно склонных к агломерации продуктов могут быть целесообразны дополнительные измельчающие или интенсивные смесительные инструменты для разрушения образующихся комков и более тонкого распределения жидкости в порошке.
При подходящей геометрии инструмента и соответственно малых зазорах до стенки ёмкости и днища перекрывающиеся зоны смешивания могут создавать эффективный эффект соскабливания и самоочистки. Это особенно актуально для влажных и липких продуктов, поскольку так можно ограничить нарастание материала на инструментах, стенках и в донной зоне. Меньшее налипание приводит к постоянным условиям смешивания, снижает остатки продукта после выгрузки и может снижать затраты на очистку и простой. Однако фактический эффект зависит от адгезии продукта, влажности, температуры, состояния поверхности, формы инструмента и рабочих параметров и должен проверяться для конкретной рецептуры.
Вертикальная конструкция дополнительно поддерживает выгрузку продукта за счёт силы тяжести. Это конструктивное преимущество для когезивных, влажных или прилипающих смесей, если выпускной орган, геометрия инструмента и днище ёмкости рассчитаны так, чтобы образовывалось как можно меньше застойных зон продукта. Малое остаточное количество особенно важно при частой смене продукта, для ценных компонентов, для рецептур, связанных с аллергенами, или в гигиенически чувствительных применениях. Однако достижимость практически полного опорожнения необходимо оценивать на основании фактических свойств продукта.
В сочетании с термостатируемой рубашкой интенсивная циркуляция может поддерживать теплообмен. При этом продукт многократно перемещается от поверхностей рубашки к центру ёмкости и обратно, благодаря чему уменьшаются температурные различия внутри партии. В зависимости от исполнения дополнительно можно интегрировать режим работы под вакуумом или давлением, а также устройства для добавления жидкости. Благодаря этому увлажнение, смешивание, кондиционирование, гранулирование, термостатирование, а в определённых применениях также этапы сушки и реакции можно объединять в одном закрытом технологическом аппарате. Сопоставимые вертикальные двухвальные смесители доступны для сухих, влажных и пастообразных продуктов. Их можно сочетать с теплопередачей, вакуумной техникой, а также исполнениями, удобными для очистки.
Однако достижимое качество смешивания зависит не только от двухвальной конструкции. Определяющее значение имеют, среди прочего, геометрия инструмента, частота вращения, степень наполнения, порядок добавления твёрдых компонентов, дозирование жидкости, время пребывания, развитие влажности и когезивность продукта. Особенно для когезивных порошков функция текучести, определённая с помощью сдвигового прибора Jenike, может служить надёжной основой для расчёта компонентов хранения, дозирования и выгрузки. Она описывает отношение главного напряжения консолидации к unconfined yield strength (пределу текучести в свободном состоянии) и позволяет классифицировать текучесть от сильно когезивной до свободнотекучей. Тем не менее испытания смешивания с оригинальным продуктом остаются важными для подтверждения однородности, распределения влажности, образования агломератов, повышения температуры, опорожняемости и воспроизводимости партии в реалистичных рабочих условиях.
Вертикальный двухвальный смеситель amixon® HM рассчитан на быструю, равномерную и одновременно особо бережную гомогенизацию порошков, влажных сыпучих продуктов, пастообразных продуктов и увлажнённых смесей. Два вращающихся в одном направлении спиральных мешательных механизма создают выраженное трёхмерное общее течение: смешиваемый продукт транспортируется по спирали вверх во внешней зоне и под действием силы тяжести снова течёт вниз в центре. В зонах перекрытия обоих продуктовых потоков происходит интенсивный обмен. Таким образом компоненты с различной насыпной плотностью, размером частиц, содержанием влаги и текучестью распределяются по всему объёму партии. Вертикальные двухвальные смесители серии HM рассчитаны на сухие порошки, влажные суспензии, пасты и тестообразные продукты.
Для увлажнения когезивных порошков это трёхмерное течение даёт существенные преимущества. Жидкости можно дозировать через подходящие точки ввода в перемешиваемый слой порошка, и они быстро распределяются по всему объёму продукта. Это помогает ограничивать локальное переувлажнение, устойчивые сухие очаги и образование крупных агломератов. Конкретный расчёт добавления жидкости определяется рецептурой, в частности когезивностью, структурой частиц, исходной влажностью, смачиваемостью, дозируемым количеством, скоростью добавления и требуемым конечным состоянием. Если требуется целенаправленная дезагломерация, могут быть встроены режущие роторы. Они поддерживают процесс смешивания, разрушая агломераты и улучшая распределение жидкой фазы в порошке.
Интенсивность смешивания можно адаптировать под задачу. Один и тот же смеситель можно применять как для интенсивного перемешивания и дезагломерации, так и для очень бережных задач гомогенизации. Это важно, например, когда необходимо смешивать сушёные распылением или агломерированные растворимые порошки, инкапсулированные компоненты, хрупкие частицы или чувствительные нутриентные компоненты. Цель в этом случае — достичь требуемой однородности, не изменяя без необходимости структуру агломератов, растворимость, текучесть или внешнее качество продукта. Для этого окружную скорость мешательных инструментов можно установить сравнительно низкой; фактическая настройка определяется на основе рецептуры, размера партии и цели смешивания.
Технологии amixon® SinConvex® и SinConcave® расширяют возможности управления продуктом. Эти спиральные мешательные инструменты рассчитаны на улучшенное пространственное течение и обеспечивают равномерное перемешивание по всему объёму ёмкости. Одновременно они способствуют опорожнению, поскольку продукт из зон, близких к стенке и днищу, направляется к выгрузке. Для сыпучих продуктов может достигаться практически полное опорожнение. Это снижает потери продукта, облегчает смену продукта и вносит вклад в ресурсосбережение, поскольку образуется меньше остатков сырья, промывной воды и сточных вод.
Для особенно чувствительных применений доступна технология MultiPane®. Она обеспечивает особо бережное движение продукта и поэтому подходит для задач смешивания, при которых структуру частиц и агломераты необходимо максимально сохранить. Это может быть актуально для продуктов для спортивного питания и БАД, диетических смесей, растворимых порошков, микроорганизмов, чувствительных гранул или инкапсулированных компонентов. Сочетание низкой механической нагрузки и интенсивного трёхмерного распределения помогает разрешить конфликт целей между высокой однородностью и бережностью к продукту.
ComDisc® поддерживает очень полное остаточное опорожнение смесителя. Это важно как для ценных, когезивных или связанных с аллергенами продуктов, так и при частой смене рецептур. Малое остаточное количество снижает потери материала и уменьшает риск переноса в следующую партию. Одновременно это снижает затраты на очистку и поддерживает экономичное, устойчивое производство. Однако насколько полно можно опорожнить конкретный продукт, всегда зависит от его когезивности, влажности, склонности к прилипанию, структуры частиц и конкретного расчёта аппарата.
С помощью DosiFlap® выгрузку можно не только открывать и закрывать, но и управлять ею дозированно. Арматура может закрываться против текущего потока продукта и тем самым обеспечивает контролируемую фасовку в биг-бэги, IBC или другие контейнеры. В сочетании с весовыми датчиками можно воспроизводимо достигать заданных количеств заполнения. Для крупных смесителей может предусматриваться несколько арматур DosiFlap®, что позволяет параллельно заполнять несколько биг-бэгов или контейнеров. Это сокращает время фасовки, повышает гибкость линии и отделяет процесс смешивания от последующих этапов упаковки или фасовки.
WaterDragon® дополняет смеситель функцией автоматизированной мокрой очистки и сушки. Система работает с программируемой прицельной очисткой: выдвижные моющие копья с вращающимися моющими головками могут целенаправленно воздействовать на контактирующие с продуктом поверхности. После цикла очистки в смесительное пространство можно подавать большое количество сухого тёплого воздуха для быстрой сушки ёмкости, мешалки, зоны выгрузки и устройств очистки. Это сокращает время между сменами продукта, поддерживает гигиеничное ведение процесса и помогает избежать нежелательного попадания влаги в следующую партию.
Для гигиенически требовательных применений HM можно конфигурировать с мешалками, опирающимися и приводимыми сверху, большими инспекционными дверцами и выпускной арматурой с минимальным количеством застойных зон. Благодаря этому исключаются контактирующие с продуктом опорные точки в смесительном пространстве. В зависимости от проекта могут предусматриваться газогерметичные, вакуум- или давлениестойкие исполнения. Это может потребоваться, например, при пневматической загрузке, инертизации или переработке продуктов, чувствительных к окислению. Небольшое избыточное давление инертного газа может предотвращать проникновение окружающего воздуха в технологическое пространство; конкретный расчёт давления и герметичности должен при этом согласовываться с аппаратами, уплотнениями, арматурой и условиями процесса.
Серию HM можно использовать также для крупных партий. Для рецептур с большим числом компонентов крупный периодический смеситель может давать логистические и экономические преимущества, поскольку требуется взвешивать, смешивать, отбирать пробы и анализировать меньше отдельных партий. Это актуально, например, для диетических продуктов, детского питания или других критичных по качеству порошковых смесей. Решающее значение по-прежнему имеет то, чтобы план отбора проб, время смешивания, частота вращения, степень наполнения и оценка однородности валидировались для каждой рецептуры. Отдельную пробу смешивания можно считать репрезентативной только тогда, когда это подтверждено подходящей концепцией валидации и надёжной стратегией отбора проб.
Двухвальные смесители amixon® по желанию могут выполняться в соответствии с гигиеническими и нормативными требованиями, например по EHEDG, а также — в зависимости от проектного расчёта — по 3-A Sanitary Standards, FDA, GMP или ASME. Перед инвестицией рекомендуется испытание смешивания с оригинальным продуктом. При этом в реалистичных условиях можно оценивать не только качество смешивания и время смешивания, но и распределение влажности, пригодность дозирования жидкости, образование агломератов, повреждение продукта, остаточное опорожнение, очищаемость, а также возможное применение SinConvex®, SinConcave®, MultiPane®, ComDisc®, DosiFlap® и WaterDragon®.