Чем отличаются непрерывный смеситель и периодический смеситель для кормов для животных с точки зрения однородности и времени смены продукта?
При переработке кормов для животных смешивающим способом как непрерывный смеситель, так и периодический смеситель могут обеспечивать высокое качество смешивания. Различия заключаются не столько в принципиально лучшем или худшем качестве смешивания, сколько прежде всего в том, как создаётся, контролируется, документируется однородность и как она обеспечивается при смене продукта. Для выбора решающее значение имеют, в частности, разнообразие рецептур, размер загрузки, доля и критичность микрокомпонентов, производственные кампании, частота смены, а также требования к прослеживаемости и защите от переноса компонентов.
Качество смешивания в производстве кормов обычно оценивается с помощью коэффициента вариации, также называемого CoV или CV. Он описывает относительный разброс концентрации исследуемого компонента в нескольких репрезентативных отдельных пробах. CV рассчитывается из стандартного отклонения и среднего значения:
CV=sxˉ×100%
Чем ниже CV, тем равномернее распределение исследуемого компонента. Какие целевые значения требуются, зависит от вида корма и критичности компонента. Для полнорационных кормов часто используются в качестве ориентира значения ниже 10 процентов. Более строгие требования могут действовать для минеральных, витаминных или лекарственных премиксов, а также для особенно низкодозированных действующих веществ. Для разбавленных лекарственных премиксов Канадское агентство по инспекции пищевых продуктов (Canadian Food Inspection Agency) указывает, например, не более 5 процентов CV, тогда как для микро- и макропремиксов, а также дополняющих кормов упоминается 10 процентов, а для полнорационных кормов или полносмешанных рационов — 15 процентов. Решающим всегда является то, чтобы используемый маркер отражал реальный риск смешивания, а отбор проб был репрезентативным на протяжении всего хода выгрузки.
При периодическом смешивании полностью определённая рецептура взвешивается, дозируется, смешивается и затем выгружается как обособленная загрузка. Вся загрузка находится в течение установленного времени смешивания в одной и той же смесительной камере. Благодаря этому степень наполнения, последовательность добавления, время смешивания, частота вращения и при необходимости добавление жидкости можно точно задать в виде рецепта загрузки. Однородность можно проверять после каждой загрузки или по определённому плану валидации. Это особенно выгодно, когда корм для животных содержит много вариантов рецептур или когда витамины, минеральные вещества, аминокислоты, ферменты, лекарственные добавки, ароматизаторы или другие низкодозированные компоненты нужно равномерно вмешать.
Периодический смеситель может создавать очень высокую и хорошо воспроизводимую однородность, если дозирование, степень наполнения и параметры смешивания соответствуют рецептуре. Кратковременные колебания при вводе отдельных компонентов могут частично компенсироваться внутри загрузки, поскольку весь объём продукта многократно перемешивается в течение времени смешивания. Однако это не означает, что ошибки дозирования остаются без последствий: если компонент в целом взвешен неправильно, рецептура всей загрузки остаётся ошибочной. Собственно сила периодической системы заключается поэтому в чётко обособленной, документируемой и проверяемой загрузке. В производстве кормов для оценки равномерности смешивания часто отбирают несколько отдельных проб из выгрузки, например десять проб, следующих друг за другом по времени. Определённый по ним CV показывает, равномерна ли смесь на протяжении всей загрузки.
Непрерывный смеситель, напротив, работает с непрерывным потоком продукта. Все компоненты непрерывно дозируются, подаются в смеситель и снова выгружаются в виде непрерывно смешанного потока. При стационарных условиях непрерывный смеситель также может достигать очень хорошей однородности. Предпосылкой является то, чтобы все потоки дозирования работали стабильно, а массовые потоки отдельных компонентов непрерывно соответствовали заданной рецептуре. Особенно важны точные гравиметрические дозаторы, равномерная подача, стабильная насыпная плотность, контролируемые свойства текучести сырья и согласованное время пребывания в смесителе.
Непрерывный процесс, однако, непосредственно реагирует на колебания. Сводообразование в бункере хранения, пульсирующие шнековые дозаторы, различная насыпная плотность, процессы дозагрузки, колеблющаяся влажность или меняющийся размер частиц могут изменять текущую производительность дозирования. Это отклонение проявляется не только после завершения загрузки, а может возникать непосредственно в потоке продукта. Поэтому качество непрерывных систем предпочтительно контролировать по времени и по массовому потоку. Отбор проб производится через установленные интервалы времени, по возможности как можно ближе к выгрузке смесителя. Только так можно оценить, работает ли процесс стационарно после запуска и остаётся ли качество смешивания стабильным на протяжении всей производственной кампании. Canadian Food Inspection Agency также рекомендует для непрерывных смесительных установок отбирать пробы во время работы через равные интервалы времени непосредственно у выгрузки смесителя.
При сложных рецептурах кормов для животных с большим количеством компонентов в малых дозах периодический смеситель часто более устойчив, поскольку определённое общее количество перерабатывается за полный цикл смешивания. При больших объёмах немногих стандартных рецептур непрерывный смеситель, напротив, может давать экономические преимущества. Он работает без перерывов, связанных с загрузками, и может обеспечивать очень высокую, постоянную производительность. Однако его качество сильнее зависит от того, остаются ли дозирование, подача сырья и параметры процесса стабильно постоянными. Утверждение, что периодический смеситель принципиально более однороден, было бы поэтому слишком обобщённым. Хорошо рассчитанный непрерывный смеситель при стабильном дозировании может достигать сопоставимой однородности. Однако периодический смеситель при рецептурах с большим разнообразием часто проще валидировать и легче обеспечивать в повседневной эксплуатации.
Второе существенное различие касается времени смены продукта и переноса компонентов. У периодического смесителя граница рецептуры однозначна. После полной выгрузки загрузки смеситель можно очистить, промыть или сразу загрузить следующей загрузкой. Время смены продукта зависит прежде всего от степени остаточного опорожнения, требований к очистке, при необходимости необходимого материала для промывки и последующих транспортных участков. Для производственных предприятий с большим количеством видов продукции, малыми и средними размерами партий и частой сменой это существенное преимущество. Загрузка чётко привязана, использованное сырьё и параметры процесса можно задокументировать, а разрешение к выпуску может выполняться по загрузкам.
Перенос компонентов может происходить и при периодическом смешивании. Особенно критичны остатки в смесителе, в зоне выгрузки, в шнековых конвейерах, элеваторах, фильтрах, транспортных трубопроводах, буферных силосах и фасовочной установке. Тонкие, липкие, жирные или электростатически заряженные компоненты могут оставаться на поверхностях после выгрузки. У кормов для животных особенно чувствительны переходы между рецептурами с лекарственными добавками, кокцидиостатиками, аллергенами, разными видами животных, разными источниками белка или сильно отличающимися профилями питательных веществ. Видимо пустой смеситель поэтому не является достаточным доказательством безопасной смены продукта. Решающим является фактическое остаточное количество во всей установке и аналитическое доказательство того, что критические компоненты не попадают в последующий продукт в недопустимой концентрации. Тонкие частицы повышают риск того, что остатки останутся в оборудовании и повлияют на последующие смеси.
При непрерывном смешивании смена продукта обычно сложнее, поскольку в неё вовлекается не только сам смеситель, а вся технологическая линия. Предварительные ёмкости, дозаторы, транспортирующие органы, смеситель, последующие транспортные участки, буферы, сита, сепараторы и фасовочная техника содержат материал с определённым временем пребывания. При переходе от рецептуры А к рецептуре В поэтому возникает переходная зона, в которой обе рецептуры накладываются друг на друга. Этот переходный материал нужно идентифицировать, отдельно собрать, вернуть в оборот, переназначить или при необходимости утилизировать. Только когда вся установка полностью заполнена новой рецептурой и параметры процесса снова работают стационарно, продукт можно освободить как обычную загрузку.
Непрерывные установки поэтому особенно экономичны, когда проводятся длинные кампании с немногими сменами рецептур. Потери при смене, необходимое время на опорожнение и повторный запуск, а также количество переходного продукта распределяются тогда на большой объём производства. При многих коротких прогонах и частой смене SKU это преимущество может теряться. Периодические смесители в таких ситуациях обычно более гибки, поскольку предлагают чёткие границы загрузок, а этапы очистки и промывки можно лучше встроить в процесс, привязанный к загрузке.
Независимо от принципа смешивания конструкция установки для смены продукта и гигиены имеет как минимум такое же значение, как и тип смесителя. Малозастойные, хорошо доступные и по возможности полностью опорожняемые смесительные камеры, зоны выгрузки, транспортные участки и дозирующие органы снижают остаточные количества и упрощают очистку. Важным инструментом является также последовательность производства. Некритичные рецептуры можно планировать перед чувствительными рецептурами. Продукты со схожим сырьём или совместимыми компонентами можно по возможности объединять. При лекарственных добавках может быть целесообразна последовательность производства от более высокого к более низкому содержанию одного и того же действующего вещества, если это допустимо с регуляторной точки зрения и с точки зрения обеспечения качества. Дополнительно через смеситель и последующие технологические участки можно пропускать валидированный материал для промывки. Его эффективность должна быть аналитически подтверждена для соответствующего критического компонента. Последовательность производства и методы промывки считаются в руководствах по кормам центральными мерами для ограничения переноса действующих веществ.
Непрерывный смеситель amixon® AMK: высокая производительность, короткое время пребывания, постоянная однородность
Непрерывное или периодическое смешивание?
Для кормов для животных как непрерывно, так и периодически работающие смесители amixon® можно рассчитать на превосходную, воспроизводимую однородность. Выбор не определяет принципиально качество смешивания, а касается режима работы, длительности кампании, частоты смены, производительности и желаемого вида документации по загрузкам. Конусный смеситель AMK объединяет оба режима работы: он может работать непрерывно с высокой производительностью и при необходимости также применяться периодически для предварительных смесей, меньших объёмов производства или отклоняющейся степени наполнения.
Однородность и производительность
Непрерывный смеситель amixon® AMK работает с мешалкой SinConvex®. Она создаёт контролируемое трёхмерное принудительное перемешивание: продукт у стенки перемещается вверх, в центре под действием силы тяжести стекает снова вниз и переводится обратно во внешнюю зону смешивания. Благодаря этому через всю смесительную камеру возникают повторяющиеся циклы движения продукта. Компоненты непрерывно пространственно перераспределяются, так что как сухие, жиросодержащие, так и витаминизированные рецептуры кормов для животных могут перерабатываться однородно и одновременно бережно к продукту.
В отличие от многих непрерывных смесительных систем, у AMK производительность и время пребывания можно настраивать раздельно. Частота вращения мешалки определяет интенсивность циркуляции продукта, тогда как время пребывания зависит от степени наполнения, органов выгрузки и массового потока. Благодаря этому задачу смешивания можно целенаправленно адаптировать к рецептуре. Простые рецептуры можно перерабатывать с коротким временем пребывания; сложные составы с большим количеством твёрдых веществ, жидкостей, жиров, витаминов или функциональных добавок получают соответственно более длительное время пребывания. Качество смешивания при этом остаётся воспроизводимым и может быть рассчитано как технически идеальная случайная смесь.
Диапазон производительности AMK простирается от AMK 50 примерно с 1 до 3 м³/ч до AMK 3000 примерно с 45 до 135 м³/ч. Высокая производительность особенно интересна для длительных производственных кампаний с большими объёмами однотипных кормов для животных или кормовых добавок. При этом смеситель не ограничен исключительно непрерывным режимом работы. Если, например, требуется предварительная смесь с другой рецептурой, меньшее количество или загрузка с отклоняющейся степенью наполнения, AMK можно эксплуатировать и в периодическом режиме. Качество смешивания остаётся стабильным в широком диапазоне степени наполнения; в практическом испытании проверяется, достигает ли конкретная рецептура требуемой однородности в диапазоне примерно от 10 до 100 процентов предусмотренного полезного объёма.
Смена продукта без потерь при пуске
Решающее преимущество AMK заключается в регулируемом режиме пуска и останова. При многих непрерывных процессах при запуске возникает участок продукта, состав которого ещё не стабилен. В конце кампании, кроме того, часто остаётся переходное количество в смесителе и технологической линии. Эти количества часто рассматриваются как продукт пуска, останова или несоответствующий спецификации продукт (off-spec). У amixon® AMK этот эффект можно предотвратить благодаря согласованному режиму эксплуатации.
В начале производства орган выгрузки сначала остаётся закрытым. Все гравиметрические дозирующие органы запускаются одновременно с низким массовым потоком. Дозаторы согласовываются друг с другом, пока смеситель контролируемо наполняется. Как только достигнуто около 80 процентов предусмотренной степени наполнения и массовые потоки работают стабильно, орган выгрузки открывается. После этого степень наполнения и массовые потоки непрерывно регулируются. Благодаря этому выдаваемый поток продукта соответствует определённому качеству рецептуры уже с первой регулярной выгрузки.
В конце кампании дозирующие органы не отключаются резко, а контролируемо и постепенно останавливаются. Смеситель продолжает перерабатывать ещё имеющийся продукт и непрерывно опорожняется до конца. Благодаря полному опорожнению AMK может завершить работу без значимых остатков продукта в смесительной камере. Это позволяет избежать классических потерь при пуске и останове. Распространяется ли это также на конкретную установку в целом, включая дозирование, транспортирующую технику, сита, буферы и фасовку, необходимо, однако, проверять для всей технологической линии. Сам смеситель может внести существенный вклад в снижение переходных и остаточных количеств.
Смена продукта при периодическом процессе часто организационно проще, поскольку после полной выгрузки загрузки существует чёткая граница рецептуры. Это особенно выгодно при большом количестве видов продукции, малых и средних размерах партий и высоких требованиях к прослеживаемости по конкретным загрузкам. При непрерывной работе смена, напротив, управляется через определённую по времени переходную фазу. Благодаря полному опорожнению, контролируемому регулированию дозирования и определённому времени пребывания эту переходную фазу в AMK можно, однако, целенаправленно минимизировать и прослеживаемо контролировать. При особо критичных сменах, например между рецептурами с лекарственными добавками, кокцидиостатиками, аллергенами или особыми компонентами действующих веществ, тем не менее необходимо валидировать концепции очистки, промывки и аналитики для всей установки.
Жидкости и бережная обработка продукта
Корма для животных часто содержат жиры, масла, жидкие ароматизаторы, мелассу, витамины, ферменты или функциональные добавки. AMK можно рассчитать на микротонкое введение жидких веществ. В зависимости от задачи смешивания доступны различные жидкостные копья, системы распыления и концепции дозирования. Жидкости вводятся в активное движение продукта и по возможности тонко распределяются в насыпном материале. Благодаря этому можно снизить локальное переувлажнение, образование агломератов, налипание на стенки и неравномерное распределение жира.
Кроме того, смеситель можно рассчитать на увлажнение, термостатирование, сушку или проведение реакций. Интенсивность смешивания в зависимости от исполнения регулируется от щадящей гомогенизации до целенаправленной дезагломерации. Это актуально, когда перерабатываются жирные, гигроскопичные или когезивные компоненты и при этом должны сохраняться чувствительные структуры частиц, покрытия (coatings) или гранулы. Контролируемая циркуляция продукта обеспечивает равномерное распределение при сравнительно низких окружных скоростях мешалки и тем самым ограничивает механическую и термическую нагрузку.
Для применений в кормовой промышленности и производстве кормов для животных смесительная камера может быть выполнена в зоне ATEX 20. Концепция гигиены может быть ориентирована на GMP и поддерживать сухую или влажную очистку. Полностью опорожняемые, хорошо доступные смесительные камеры, подходящие уплотнения, смотровые отверстия и интегрированные по потребности устройства очистки помогают сделать смену продукта более безопасной и воспроизводимой.
Обоснование решения
Периодический смеситель даёт явные преимущества при частой смене рецептур, малых размерах партий и документации, привязанной к конкретной загрузке. Каждую загрузку можно отдельно взвесить, смешать, задокументировать и разрешить к выпуску. Непрерывный AMK раскрывает свои сильные стороны при высокой, постоянной производительности и длительных кампаниях. Благодаря раздельной настройке времени пребывания и интенсивности смешивания, регулируемому запуску при закрытой выгрузке и непрерывному остаточному опорожнению он может обеспечивать равномерное качество даже при требовательных рецептурах кормов для животных, без возникновения типичных количеств продукта пуска и останова как off-spec-продукта.
Техническое и экономическое решение следует принимать на основе оригинального продукта. В испытательном центре amixon® в головном офисе в Падерборне доступны более 30 испытательных установок разных типоразмеров, дополненных испытательными центрами в Японии, Индии, Таиланде, Китае, Южной Корее и США. Испытания проводятся с реальными степенями наполнения, размерами загрузок, а также предусмотренными условиями температуры и давления. Оцениваются качество смешивания, время пребывания, поведение регулирования, бережность к продукту, внесение энергии, распределение жидкости, остаточное опорожнение, пригодность к очистке, время смены и воспроизводимость. Задокументированные результаты образуют надёжную основу для выбора подходящего процесса смешивания и надёжного расчёта будущей производственной установки.