Как оценивают масштабируемость лабораторного смесителя для биологически активных добавок вплоть до производственных типоразмеров?
Масштабируемость лабораторного смесителя оценивается через геометрию, параметры процесса, свойства материала и качество продукта. Цель состоит в том, чтобы однородность, распределение действующего вещества и единообразие содержания оставались воспроизводимыми от лабораторного до производственного масштаба.
Геометрическое и кинематическое подобие
Для надёжного масштабирования лабораторный, пилотный и производственный смесители должны по возможности быть геометрически схожими. Важны при этом размеры ёмкости, геометрия инструмента, а также впуски и выпуски. Дополнительно нужно рассматривать число Фруда, число Ньютона и окружную скорость, чтобы сохранить сопоставимыми движение частиц, внесение энергии и сдвиговую нагрузку.
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.
Поведение материала и процесса
Размер частиц, насыпная плотность, поведение текучести, влажность и склонность к сегрегации сильно влияют на поведение масштабирования. В зависимости от рецептуры в качестве ведущего показателя применяется постоянное удельное внесение мощности, постоянное число Фруда или постоянная окружная скорость. Также ведение температуры и отвод тепла становятся важнее по мере роста установки.
Подтверждение качества
Качество смешивания следует проверять во всех масштабах сопоставимыми анализами, например через отбор проб, хроматографическую или спектроскопическую аналитику. При составах с низкой дозировкой особенно критичны налипание на стенку, электростатические эффекты и сегрегация. Пилотный масштаб помогает заблаговременно выявить эффекты масштабирования и подтвердить процесс для производства.
Так amixon® обеспечивает масштабирование от испытательного центра к производству
Идентичный принцип смешивания во всех масштабах
Суть подхода amixon®: испытательные и производственные смесители работают с одной и той же смесительной системой. Спиральная мешалка SinConcave®/SinConvex® подаёт смешиваемый материал на периферии вверх и позволяет ему стекать вниз в центре. Это трёхмерное тотальное течение остаётся одинаковым независимо от типоразмера. 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 эксплуатируются в одном и том же окне примерно от 0,8 до 3,5 м/с, как правило тихоходно. Картина метания, механическая нагрузка на частицы и условия подобия благодаря этому сохраняются между масштабами.
Конгруэнтные геометрии как основа
Решающей для масштабирования является конгруэнтность геометрий между испытательным и производственным смесителем. Форма ёмкости, геометрия мешалки, встроенные элементы и пространство течения остаются в одном и том же соотношении друг к другу. Благодаря этому возникает сопоставимая картина течения, воспроизводимо переносимая от лабораторного через испытательный до производственного масштаба.
Формула расчёта для течения
Производительность подачи вертикальной смесительной спирали можно приближённо описать следующим соотношением:
I_V = (π/4) · (D² − d²) · Φ · S · n · ζ
При этом I_V — производительность подачи, D — наружный диаметр спирали, d — внутренний диаметр, Φ — степень наполнения, S — шаг спирали, n — частота вращения, а ζ — коэффициент скорости. Это соотношение показывает, что для масштабирования решающей является не сама частота вращения, а результирующая производительность подачи и окружная скорость.
Качество смешивания независимо от степени наполнения
Смесители amixon® достигают высокого качества смешивания уже при низкой степени наполнения, примерно 10 %. Технически идеальную случайную смесь на практике невозможно улучшить далее. Размеры загрузок могут изменяться в одном и том же смесителе без необходимости заново валидировать однородность. Это смягчает 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 у типов VM, HM и AM; Gyraton® GM продолжает этот ряд от 10 до примерно 100 м³ с шагом 1 м³. Благодаря этому шаг от валидированного опытного масштаба к целевому размеру можно выбрать очень точно. Вынужденный переход к следующему каталожному размеру не требуется.
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. Параметры окружной скорости, времени смешивания и степени наполнения напрямую входят в расчёт производственной машины.
Производство в Падерборне как основа качества
amixon® разрабатывает и производит исключительно на заводе в Падерборне с высокой 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, поскольку каждая деталь может быть воспроизведена также десятилетия спустя.