Какие преимущества даёт конусный одновальный смеситель по сравнению с классическим вертикальным смесителем при наличии смешиваемых материалов с большими различиями по плотности?
Конусный одновальный смеситель при смешиваемых продуктах с большими различиями плотности не даёт принципиального физического преимущества по сравнению с классическим цилиндрическим вертикальным смесителем. Обе конструкции работают с принудительной конвективной циркуляцией: вращающийся спиральный или ленточный шнековый инструмент транспортирует сыпучий продукт вдоль стенки ёмкости вверх, тогда как в центре продукт под действием силы тяжести снова течёт вниз. За счёт повторяющейся циркуляции компоненты пространственно распределяются и обмениваются местами. Поэтому как конусные, так и цилиндрические вертикальные смесители при подходящем расчёте способны достигать идеального случайного распределения. Это технически идеальное качество смешивания на практике при соответствующих условиях процесса больше не может быть улучшено.
Тем не менее большие различия насыпной плотности остаются требовательной задачей смешивания. Они могут повышать склонность к сегрегации, особенно во время выгрузки, на участках падения, вследствие вибраций, при пневматической транспортировке или в последующих ёмкостях. Одна лишь форма ёмкости не предотвращает эти эффекты. Дополнительно решающее значение имеют распределение размера частиц, форма частиц, когезивность, влажность, степень наполнения, геометрия мешательного инструмента, частота вращения, порядок добавления сырья, время смешивания, а также конструкция участков выгрузки, транспортировки и фасовки. Различия в размере зерна и насыпной плотности относятся к основным движущим факторам сегрегации. Поэтому однородность следует оценивать не только по окончании процесса смешивания, но и во время выгрузки и после последующих перегрузок материала.
Преимущества конусного одновального смесителя заключаются прежде всего в его ведении процесса. Сужающаяся книзу геометрия ёмкости собирает смешиваемый продукт в зоне выгрузки и поддерживает выгрузку продукта под действием силы тяжести. Для достаточно текучих смешиваемых продуктов это может снижать остаточное количество и способствовать экономичному опорожнению. Конусная форма исключает горизонтальные поверхности отложения и часто обеспечивает широкий рабочий диапазон степени наполнения. Однако фактически используемый диапазон степени наполнения, остаточное опорожнение и скорость выгрузки всегда зависят от когезивности, склонности к прилипанию, структуры частиц, влажности, геометрии инструмента и исполнения выпускной арматуры.
Для малых партий конусный смеситель также может давать преимущества при встраивании режущего ротора. Из-за сужения ёмкости продукт концентрируется в нижней зоне. Благодаря этому расположенный там режущий ротор надёжно обеспечивается продуктом даже при меньших количествах загрузки. Это особенно выгодно, если необходимо дезагломерировать когезивные порошки, распределять малые количества жидкости или изготавливать мелкие предварительные смеси. Фактическая эффективность зависит от степени наполнения, когезивности, прочности агломератов, геометрии инструмента и частоты вращения и должна проверяться на оригинальном продукте.
Для смесей с большими различиями плотности может быть целесообразно целенаправленное смачивание, если оно совместимо со спецификацией продукта и рецептуры. При этом мелкие частицы могут закрепляться на более крупных частицах-носителях. Такая целенаправленная агломерация мелкой пыли может снижать количество свободно подвижных мелких фракций и тем самым уменьшать риск сегрегации на дальнейших этапах технологической цепочки. Предпосылкой является равномерное, воспроизводимое дозирование малых количеств жидкости, а также достаточно интенсивное распределение жидкости. Добавляемое количество должно выбираться так, чтобы не возникало нежелательных комков, локального переувлажнения, изменённой текучести или ухудшения качества. Действительно ли смачивание улучшает стабильность при выгрузке, необходимо проверять для каждой рецептуры с помощью испытаний смешивания, хранения, транспортировки и фасовки.
Классический цилиндрический вертикальный смеситель проявляет свои сильные стороны прежде всего при больших объёмах партий. При одинаковом наружном диаметре цилиндрическое смесительное пространство использует доступный строительный объём эффективнее, чем конус. Это может быть экономически выгодно при ограниченной площади размещения, высокой производительности или больших полезных объёмах. Равномерная геометрия ёмкости может рассчитываться на стабильные процессы с крупными партиями. Может ли цилиндрический смеситель опорожняться для определённой рецептуры так же хорошо, как конусный, зависит от геометрии днища, выпускной арматуры, зазоров между инструментом и стенкой и текучести продукта.
Поэтому выбор при больших различиях плотности не должен основываться на предполагаемой более высокой надёжности конусного смесителя от сегрегации. Решающее значение имеет то, какой смеситель в сочетании с рецептурой, порядком загрузки, параметрами смешивания и последующей технологической цепочкой достигает требуемой однородности и сохраняет её вплоть до фасовки. К этому относятся при необходимости предварительные смеси для малых компонентов, целенаправленное смачивание для агломерации мелкой пыли, геометрия выгрузки с низкой склонностью к сегрегации, а также согласованная со смешиваемым продуктом транспортная и фасовочная техника. Партия может быть идеально однородной в смесительном пространстве и тем не менее снова сегрегировать при опорожнении или транспортировке.
Конусный одновальный смеситель AM в сравнении с классическими вертикальными смесителями
Конусный одновальный смеситель amixon® AM и классические вертикальные смесители amixon® работают по одному и тому же базовому принципу смешивания: ленточный шнековый инструмент SinConvex® транспортирует смешиваемый продукт вверх в зоне, близкой к стенке, тогда как в центре продукт под действием силы тяжести снова течёт вниз. Это сочетание создаёт трёхмерное тотальное течение, в котором зоны продукта непрерывно перераспределяются. При подходящем расчёте как конусные, так и цилиндрические вертикальные смесители способны достигать технически идеальной случайной смеси. Это относится и к компонентам с различной насыпной плотностью, размером частиц и текучестью.
Большие различия насыпной плотности в принципе остаются требовательной задачей, поскольку они могут способствовать сегрегации, особенно после собственно смешивания. Критические ситуации часто возникают при выгрузке, на участках падения, при вибрациях, во время транспортировки или при фасовке. Конусный одновальный смеситель предотвращает такие эффекты не только за счёт геометрии ёмкости. Преимущество скорее заключается в контролируемой, интенсивной и одновременно сравнительно низкооборотной циркуляции продукта. При окружных скоростях примерно от 0,8 до 3,5 м/с продукт непрерывно перемещается без выраженного центробежного разделения. Подходящая частота вращения, продолжительность смешивания и порядок загрузки всегда определяются на основе поведения продукта и задачи смешивания.
Конусная геометрия AM даёт технологическое преимущество особенно при выгрузке. Смешиваемый продукт собирается к центральному выпускному органу. Для сыпучих продуктов может достигаться очень полное остаточное опорожнение. Это снижает потери продукта, облегчает смену рецептуры и уменьшает затраты на очистку и разрешение к использованию. Однако фактически достижимое остаточное количество зависит от структуры частиц, когезивности, влажности, склонности к прилипанию, выпускной арматуры и режима работы. Такое значение, как «99,98 процента», следует поэтому использовать только как конкретно подтверждённое значение для определённого продукта и конкретного исполнения аппарата, а не как общее обещание производительности.
Кроме того, конус расширяет используемое окно степени наполнения в сторону меньших значений. Благодаря сужающейся геометрии ёмкости даже малое количество продукта эффективно охватывается в зоне, близкой к днищу. Это выгодно, если в одном и том же смесителе перерабатываются малые и крупные партии или если требуется предварительная смесь с малым количеством загрузки. При соответствующем исполнении режущий ротор может достаточно обеспечиваться продуктом даже при низкой степени наполнения. Это поддерживает дезагломерацию когезивных порошков и равномерное введение малых количеств жидкости. Работает ли определённая степень наполнения технологически надёжно, необходимо подтверждать для соответствующей рецептуры испытаниями с оригинальным продуктом.
Классические цилиндрические вертикальные смесители, такие как VM и HM, проявляют свои особые сильные стороны при больших объёмах партий. При одинаковом наружном диаметре цилиндрическое смесительное пространство использует имеющийся строительный объём лучше, чем конусная ёмкость. Это может быть экономически решающим при высокой производительности, ограниченной площади размещения и больших полезных объёмах. Двухвальный смеситель HM благодаря двум наложенным потокам продукта может дополнительно обеспечивать короткое время смешивания. Поэтому выбор между AM, VM и HM определяется спектром партий, диапазоном степени наполнения, требуемым временем смешивания, требованиями к выгрузке, площадью размещения, строительной высотой, поведением продукта и стратегией очистки — а не общим предполагаемым превосходством качества смешивания определённой формы ёмкости.
Конструктивные исполнения amixon® обладают общими гигиеническими и технологическими опциями. К ним относятся смесительные пространства и выпускная арматура с минимальным количеством застойных зон, сваренные без швов и отшлифованные контактирующие с продуктом поверхности, мешалки с опорой только сверху без нижнего вывода вала в продуктовой зоне, добавление жидкости, режущие роторы, а также расчёт для взрывоопасных по пыли зон вплоть до зоны ATEX 20. Для гигиенически критичных применений в зависимости от конкретной конфигурации проекта возможны исполнения по EHEDG, а также с учётом требований FDA и 3-A. Большие инспекционные дверцы CleverCut® и уплотнения OmgaSeal® улучшают доступность контактирующих с продуктом зон. Встроенные моющие копья или полностью автоматическая мокрая очистка могут поддерживать очистку; требуется ли сухая или мокрая очистка, определяется продуктом, требованием к гигиене и стратегией смены.
Программа типоразмеров amixon® обеспечивает адаптацию к различным размерам партий. Вертикальные и конусные смесители, такие как VM, HM и AM, а также смесители-сушилки-реакторы, такие как VMT и AMT, могут в зависимости от задачи выполняться в ступенчатых типоразмерах до примерно 50 000 литров. Gyraton® GM охватывает крупные партии в диапазоне примерно от 10 до 100 м³. Для меньших партий доступны одновальный смеситель EM объёмом примерно от 5 до 200 литров, а также контейнерный смеситель COM для примерно 100–4000 литров. Технически используемый диапазон степени наполнения при подходящем расчёте может составлять примерно от 10 до 100 процентов полезного объёма; однако конкретная пригодность зависит от продукта и выбранного исполнения смесителя.
Для продуктов с большими различиями плотности рекомендуется прямое сравнение в реалистичных условиях. В испытательном центре amixon® можно исследовать время смешивания, однородность, дезагломерацию, ввод жидкости, остаточное опорожнение, время смены и очищаемость на оригинальном продукте. Дополнительно смесь следует отбирать на пробы не только непосредственно в смесителе, но и после выгрузки, транспортировки и фасовки. Это позволяет обеспечить, чтобы достигнутая однородность сохранялась на протяжении всей технологической цепочки.