Как происходит масштабирование из испытательного центра в производство так, чтобы сохранялись качество смешивания и целостность частиц?
При масштабировании порошковых смесей от испытательного центра к производству переносятся прежде всего параметры геометрии, степени наполнения, частоты вращения, внесения энергии и времени смешивания. Цель состоит в том, чтобы воспроизводимо сохранять однородность и щажение частиц в большем масштабе.
Основной принцип
Однако чистого увеличения недостаточно, поскольку с изменением масштаба меняются также течение, распределение энергии и нагрузка. Поэтому наряду с геометрическим подобием необходимо учитывать также кинематическое и динамическое подобие.
Важные регулируемые величины:
- Степень наполнения: по возможности сохранять постоянной в валидированном диапазоне.
- Число Фруда: у смесителей твёрдых веществ с горизонтально установленной мешалкой оно часто важно для сохранения схожих картин движения.
- Окружная скорость: особенно релевантна, когда нужно ограничить разрушение частиц или истирание покрытия.
- Удельное внесение мощности (P/V): полезно для диспергирующих задач, но критично из-за нагрева и возможного повреждения частиц.
Обеспечение качества смешивания
Однородность смешивания подтверждается через отбор проб и статистическую оценку. При периодических процессах это означает, что время смешивания и частоту вращения нужно выбирать так, чтобы достигалась желаемая равномерность без излишне долгого смешивания. При непрерывных процессах дополнительно решающим является распределение времени пребывания.
Обеспечение целостности частиц
Для чувствительных продуктов идеальным является кратчайшее возможное время процесса при достаточном качестве смешивания. Слишком высокая окружная скорость или слишком большое внесение энергии могут вызвать истирание, разрушение зерна или повреждение покрытия, тогда как слишком низкая интенсивность ведёт к недостаточной однородности.
На практике поэтому чаще всего выбирают компромисс из числа Фруда (если мешалка установлена горизонтально), окружной скорости и внесения энергии, согласованный с продуктом и типом смесителя.
Число Фруда относится при этом к вращающимся гравитационным, барабанным и метательным смесителям, а также к системам с горизонтально установленной мешалкой. Для вертикальных смесителей с принудительным перемешиванием оно не является ни критерием расчёта, ни критерием масштабирования. Определяющим там является то, чтобы принцип смешивания оставался одинаковым для всех типоразмеров и чтобы перемешивание охватывало всё смесительное пространство независимо от степени наполнения; переносимость подтверждается в испытательном центре с оригинальным продуктом.
Так amixon® обеспечивает масштабирование от испытательного центра к производству
Принцип смешивания идентичен во всех масштабах.
Суть подхода amixon®: испытательные и производственные смесители работают с одной и той же смесительной системой. Ленточная мешалка SinConcave®/SinConvex® подаёт смешиваемый материал на периферии вверх и в центре вниз. Это трёхмерное тотальное течение имеет одинаковую характеристику независимо от типоразмера.
Производительность течения продукта I_V удобно рассчитывается.
I_V = A · v_ax = (π/4) · (D² − d²) · Φ · S · n · ζ
- I_V: производительность вертикальной смесительной спирали
- D/d: диаметр спирали снаружи/изнутри
- Φ: степень наполнения
- S: шаг спирали
- n: частота вращения
- ζ: коэффициент скорости
Тем самым всегда можно установить соответствие для самых разных типоразмеров.
Масштабирование ведётся через формулу перемешивания, то есть через объёмный расход, подаваемый спиральным смесительным инструментом, и производную от него частоту перемешивания, а не только через частоту вращения: все типоразмеры работают в одном и том же окне примерно от 0,8 до 3,5 м/с, как правило тихоходно. Благодаря этому течение, механическая нагрузка на частицы и условия подобия сохраняются между масштабами.
Качество смешивания независимо от степени наполнения
Смесители amixon® достигают наивысшего качества смешивания уже при низкой степени наполнения (примерно 10 %) — технически идеальной случайной смеси, которую на практике невозможно улучшить. Размеры загрузок могут изменяться в одном и том же смесителе без необходимости заново валидировать однородность. Благодаря этому смягчается самый критический момент масштабирования: первые небольшие производственные загрузки в большой машине.
Тонкая сетка типоразмеров вместо скачков масштаба
По желанию amixon® изготавливает размеры смесителей с шагом 100 литров от 100 до 50.000 литров (VM, HM, AM). Gyraton® GM продолжает этот ряд от 10 до примерно 100 м³ с шагом 1 м³. Шаг от валидированного опытного масштаба к целевому размеру выбирается сколь угодно точно, поскольку нет вынужденного перехода к следующему каталожному размеру, который нарушил бы подобие.
Валидация до инвестиции
В испытательном центре amixon® готовы 35 испытательных установок разных типоразмеров. Испытания проводятся с оригинальным продуктом, реальными степенями наполнения и в запланированном диапазоне температур и давлений. Они проводятся, обрабатываются и документируются совместно со специалистами amixon®. Определённые параметры (окружная скорость, время смешивания и степень наполнения) переносятся один к одному в расчёт производственной машины.
Производство в Падерборне как основа качества
amixon® разрабатывает и производит исключительно на заводе в Падерборне с максимальной глубиной производства и всеми компонентами из Германии. Как сертифицированное сварочное предприятие с европейскими, японскими, корейскими и американскими квалификациями, amixon® конструирует каждый аппарат как уникальное изделие на основе URS эксплуатирующей организации. Контроль качества остаётся без пробелов в собственном доме, и каждая спецификация подтверждается вплоть до уровня деталей. Этот суверенитет производства одновременно обеспечивает долгосрочное снабжение. Каждая деталь может быть воспроизведена и десятилетия спустя.
Сервис на протяжении всего жизненного цикла
После ввода в эксплуатацию amixon® продолжает оставаться рядом с эксплуатирующей организацией: регулярные инспекции и профилактическое обслуживание обеспечивают доступность, по желанию с предиктивным обслуживанием. Отдельные быстроизнашивающиеся детали поставляются уже при первой поставке, большинство запасных частей хранится на площадке в Падерборне, а также в сервисных центрах в Японии и США. Тем самым обеспечивается пожизненный сервис запасных частей — даже если оригинальные поставщики прекращают деятельность. Многие машины amixon® уже более 30 лет ежедневно находятся в эксплуатации. Благодаря модернизации и дооснащению они остаются на уровне современной техники.