Как выглядит идеальная компоновка для просеивания, дозирования-взвешивания, смешивания и выгрузки продукта без расслоения смеси?
Идеальная типовая компоновка следует принципу: как можно меньше перегрузок продукта, как можно более короткие участки свободного падения и контролируемый массовый поток от сырья до упаковки. Каждая дополнительная транспортная ступень, каждый силос, каждый лоток и каждое свободное падение может способствовать сегрегации, истиранию, пылеобразованию или перекрёстному загрязнению. Особенно критичны смеси с большими различиями в размере частиц, насыпной плотности, форме или текучести.
Приведённая ниже структура описывает пригодную для практики эталонную компоновку для периодических и непрерывных порошковых процессов. Фактический расчёт необходимо адаптировать под продукт, требования к гигиене, производительность, рецептуру и взрывозащиту.
Идеальная типовая структура процесса
Подготовка сырья → Просеивание → Буферизация и дозирование-взвешивание → определённая подача продукта → Смеситель → бережная выгрузка → короткая закрытая передача → Фасовка или последующий процесс
В начале находятся приёмка сырья и хранение в подходящей таре, малых ёмкостях, биг-бэгах, мешках или силосах. Подготовка сырья уже должна поддерживать последующую точность дозирования. К этому относятся стабильная насыпная плотность, ограниченная влажность, максимально равномерный размер зерна и опорожнение тары, подходящее для продукта. Для когезионных порошков или порошков, склонных к сводообразованию, необходимы подходящие вспомогательные средства выгрузки, например мешалки, гибкие стенки, вибрационные устройства или специально сконструированные выпускные органы. Эти средства должны настраиваться так, чтобы стабилизировать дозирование, не разрушая частицы и не вызывая преждевременную сегрегацию смеси.
Перед дозированием часто целесообразно контрольное просеивание. Оно удаляет посторонние предметы, остатки упаковки, твёрдые комки или нежелательные крупные фракции. Сито следует располагать как можно раньше в процессе и перед точным дозированием. Для чувствительных гранул или хлопьевых продуктов сортировочную машину необходимо рассчитывать особенно бережно, чтобы она сама не вызывала истирание и разрушение зерна. Магнитные или металлические сепараторы могут применяться дополнительно, если ожидаются металлические посторонние предметы из сырья или транспортной техники.
После просеивания каждое сырьё поступает в небольшую, рассчитанную под продукт промежуточную ёмкость или напрямую в дозирующую станцию. Длительного хранения в крупных промежуточных силосах после просеивания следует по возможности избегать, поскольку материал там может снова сегрегировать при загрузке, вибрации и опорожнении. Если промежуточная буферизация неизбежна, ёмкость следует рассчитывать на массовый поток (Mass Flow), то есть максимально равномерное движение всего поперечного сечения продукта. Массовый поток может ограничивать сегрегацию при выгрузке, однако не гарантирует полностью однородное опорожнение, если смесь уже была разделена сбоку или по размеру частиц при загрузке.
Дозирование выполняется гравиметрически, если важны точность рецептуры и воспроизводимость. Для периодических процессов подходят гравиметрические взвешивания в весовой ёмкости или в смесителе, установленном на весовых датчиках. При этом основные компоненты часто вводятся в грубой, а затем в точной дозирующей фазе. Точное дозирование снижает перерасход и повышает точность взвешивания. После каждого компонента необходимо предусматривать достаточное время для стабилизации весового сигнала; гибкие соединения, виброразвязка и пыленепроницаемая дегазация предотвращают искажение весового сигнала внешними силами или колебаниями давления.
Для непрерывных процессов особенно подходят весовые дозаторы потери массы (Loss-in-Weight, LIW). Дозирующая ёмкость и выпускной орган установлены на весовых датчиках; система управления регулирует частоту вращения выгрузки на основе измеренной потери веса за единицу времени. Благодаря этому контролируется фактический массовый поток, а не только частота вращения дозирующего шнека. LIW-дозаторы особенно полезны, когда насыпная плотность, уровень заполнения или текучесть могут колебаться. Однако их концепция дозаправки критична: во время дозаправки гравиметрический режим измерения обычно временно прерывается и заменяется модельным объёмным дозированием. Поэтому процесс дозаправки, размер ёмкости, скорость дозаправки и последующая стабилизация должны быть согласованы с требуемым массовым потоком и допустимым отклонением дозирования.
Для малых компонентов, таких как ароматизаторы, действующие вещества, витамины, красители или микроэлементы, задача дозирования особенно сложна. Их следует дозировать максимально близко к смесителю, чтобы после добавления оставался лишь короткий транспортный участок. При очень малых количествах может потребоваться предварительное смешивание с подходящим носителем. Компонент-носитель должен по возможности обладать свойствами частиц, сходными с основными компонентами, чтобы премикс не сегрегировал снова при подаче и в смесителе.
Объединение дозированных компонентов перед смесителем должно происходить спокойно и контролируемо. Общий сборный бункер не должен приводить к высокому неконтролируемому падению продукта или предварительной сегрегации. Благоприятны короткие, максимально вертикальные и пыленепроницаемые передачи с большим поперечным сечением. Длинных наклонных лотков, отражательных пластин, больших участков свободного падения и быстро вращающихся транспортных шнеков следует избегать или применять их только после испытаний с продуктом. Они могут создавать истирание, разделять крупные и мелкие частицы или вызывать пульсацию потока продукта.
Смеситель должен соответствовать смешиваемому продукту и задаче смешивания. Он должен надёжно охватывать весь объём партии, не вызывая избыточного сдвига, разрушения частиц или локального переизбытка смешивания. Важны определённый рабочий диапазон степени наполнения, подходящая геометрия инструмента, воспроизводимая частота вращения и время смешивания, ограниченное самым ранним моментом достижения достаточной однородности. При добавлении жидкости форсунки распыления следует размещать в достаточно перемешиваемой зоне продукта. Размер капель, скорость распыления, вязкость и интенсивность смешивания должны быть согласованы так, чтобы не возникало локального переувлажнения, комкования или налипания.
После смешивания выгрузка продукта часто является наиболее критичной стадией с точки зрения сегрегации. В идеале смесь передаётся из смесителя без промежуточного хранения непосредственно в последующий процесс или на фасовку. Выпускное отверстие должно быть достаточно большим, чтобы обеспечивать равномерный, малопульсирующий массовый поток. Контролируемый массовый поток (Mass Flow) в выгрузной ёмкости или смесителе снижает риск того, что сначала будут выгружаться только определённые фракции. Крупные насыпные конусы, длинные участки падения, сильно наклонённые лотки, вибрация транспортёров и пневматическая транспортировка могут снова ухудшать хорошую смесь. Поэтому передаточные шахты следует выполнять короткими, вертикальными, с гладкими стенками и по возможности без резких изменений поперечного сечения.
Если промежуточная ёмкость после смесителя неизбежна, она должна быть максимально малой и служить лишь кратковременным буфером. Её расчёт должен обеспечивать равномерное опорожнение. Воронкообразный поток (Funnel Flow), то есть течение по центру со стоячими краевыми зонами, может усиливать сегрегацию и удерживать старые остатки продукта. Массовый поток (Mass Flow), как правило, является лучшей основой, но должен подтверждаться испытаниями с фактической смесью. Полное опорожнение также может быть проблематичным, если при последней части продукта фракции выгружаются раздельно; поэтому процесс ёмкости и фасовки следует проверять на однородность на протяжении всего процесса опорожнения.
Управление и качество
Система управления должна фиксировать все взвешенные количества, времена дозирования, заданные и фактические массовые потоки, время смешивания, частоту вращения, количество жидкости и при необходимости температуру. Для непрерывных установок центральное значение имеет регулирование соотношения всех дозируемых потоков относительно основного компонента. Для периодических процессов целесообразны управление рецептурами, проверки на достоверность, разрешения после взвешивания и полная документация партии.
Обеспечение качества проверяет не только пробу в смесителе. Оно должно также оценивать однородность в начале, середине и конце выгрузки. Релевантными показателями являются коэффициент вариации ключевого компонента, распределение размера частиц, насыпная плотность, влажность, содержание пыли, доля разрушенных частиц и при необходимости равномерность добавления жидкости. Только когда эти значения остаются стабильными на всех этапах дозирования, смешивания, выгрузки и фасовки, процесс действительно можно считать процессом с низкой сегрегацией.
Так amixon® объединяет просеивание, дозирование, смешивание и выгрузку
Порошковый процесс с низкой сегрегацией начинается с пыленепроницаемого и гигиеничного соединения всех технологических этапов. Просеивание, дозирование-взвешивание, смешивание, выгрузку и фасовку следует по возможности объединять без открытых перегрузок, длинных лотков или ненужных промежуточных буферов. Каждый дополнительный участок падения, каждая вибрация и каждая точка перегрузки может способствовать сегрегации, истиранию или выделению пыли.
Смесители amixon® могут оснащаться газо- и пыленепроницаемыми интерфейсами. Для подключения к ситам, дозирующим станциям, фильтрам, транспортной технике, станциям биг-бэгов или фасовочным установкам доступны стандартизированные патрубки и проектные интерфейсы. В гигиенически требовательных применениях решающее значение имеют гладкие, хорошо доступные и легко очищаемые соединения. Там, где требуется асептическое или стерилизуемое ведение процесса, могут предусматриваться подходящие санитарные фланцы и гигиенические концепции подключения. Конкретный выбор стандарта фланца, уплотнения, материала и способа очистки определяется продуктом, уровнем давления, температурой, концепцией CIP или SIP и требованиями эксплуатирующей организации.
Вертикальная конструкция смесителей amixon® обеспечивает гибкость размера партии. Мешательные инструменты SinConvex® или SinConcave® создают трёхмерное движение продукта: смешиваемый продукт поднимается вблизи стенки и снова течёт вниз в центральной зоне. Благодаря этому эффект смешивания может сохраняться в широком диапазоне степени наполнения, если продукт, исполнение инструмента, частота вращения и время смешивания согласованы друг с другом. Однако для особенно малых или особенно крупных партий минимальную степень наполнения, пространство для дегазации, столб продукта, добавление жидкости и поведение при выгрузке всё же необходимо проверять на оригинальном продукте.
После смешивания выгрузка является решающим этапом для качества продукта. amixon® предлагает для этого различные концепции, которые можно выбирать в зависимости от продукта, задачи фасовки и требуемого массового потока.
Для дозированной или порционной выгрузки может применяться арматура DosiFlap®. По данным amixon®, она обеспечивает целенаправленно ограниченный и прерываемый поток продукта. Заслонка может закрываться против натекающего продукта и тем самым перекрывать смеситель со стороны продукта. Благодаря этому продукт можно дозированно передавать, например, в последующие весовые ёмкости, тару, биг-бэги или фасовочные машины. DosiFlap® спроектирована как выпускная арматура с минимальным количеством застойных зон; однако фактическая точность дозирования зависит от текучести продукта, насыпной плотности, размера зерна, сечения выгрузки и вышестоящей весовой техники.
Если требуется быстрый залповый выпуск, может применяться смеситель KoneSlid®. Его конический запорный элемент опускается при опорожнении и открывает обширное донное отверстие. Благодаря этому смесь можно выгрузить за короткое время без образования выраженного насыпного конуса в смесительном пространстве. amixon® описывает выгрузку KoneSlid® как безсегрегационную при незначительном дальнейшем движении мешательного инструмента. Пригодность следует подтверждать испытаниями, особенно для смесей с большими различиями в размере частиц, насыпной плотности или форме.
Силосный смеситель Gyraton® также рассчитан на крупнообъёмные партии с центральным донным отверстием. Центральная выпускная арматура с минимальным количеством застойных зон обеспечивает прямой поток продукта в последующие процессы. Мешалка Gyraton® во время окончательного опорожнения может эксплуатироваться так, чтобы продукт в донной зоне продолжал циркулировать, поддерживая равномерное опорожнение. Остаётся ли смесь свободной от сегрегации на протяжении всего процесса выгрузки, зависит от рецептуры, свойств частиц, скорости выгрузки, транспортной техники и последующей передачи и должно проверяться для конкретного процесса.
Для вертикальных одновальных и двухвальных смесителей оснащение ComDisc® может поддерживать окончательное опорожнение. При этом элементы ComDisc® на последнем этапе выгрузки проходят по донной зоне и направляют оставшиеся остатки продукта к выпускному отверстию. amixon® описывает эту функцию как поддержку для максимально полного остаточного опорожнения без сегрегации. Однако достижимое остаточное количество и отсутствие сегрегации всегда зависят от текучести, когезии, влажности, содержания жира и распределения размера частиц продукта.
Гигиена и очищаемость остаются центральными для всех концепций выгрузки. Инспекционные дверцы Clever-Cut® с уплотнением OmgaSeal® по данным производителя обеспечивают герметизацию с минимальным количеством застойных зон и доступ к контактирующим с продуктом зонам. В сочетании с доступными патрубками, гигиеническими уплотнениями и подходящим режимом очистки можно облегчить смену продукта, визуальный осмотр и техническое обслуживание.