Какие технические варианты существуют для обеспечения низких сдвиговых усилий и бережного движения смешивания при крупных партиях?
Низкие сдвиговые нагрузки при крупных загрузках сыпучих материалов и порошков достигаются не только за счёт низкой частоты вращения. Решающее значение имеет сочетание смесительного инструмента, геометрии ёмкости, степени наполнения, окружной скорости, времени смешивания и физических свойств продукта. Цель — полное перераспределение всей загрузки при максимально низкой нагрузке на частицы.
Для чувствительных порошков, гранулятов, хлопьев и агломератов особенно подходят вертикальные конусно-шнековые смесители и другие вертикальные прецизионные смесители. Смесительный инструмент подаёт продукт вдоль стенки ёмкости вверх. В центре он контролируемо снова опускается. Так возникает трёхмерное движение продукта при сравнительно низкой сдвиговой нагрузке. Такие смесительные системы подходят также для крупных загрузок и продуктов, склонных к расслоению.
Смесители свободного падения, такие как барабанные, двухконусные или V-образные смесители, работают без внутренних смесительных инструментов и поэтому могут быть очень щадящими к продукту. Они особенно подходят для сухих, хорошо текучих и уже дезагломерированных сыпучих материалов со схожими свойствами частиц. Однако они редко достигают высокого качества смешивания. При сильных различиях размера зерна, формы или насыпной плотности их следует тщательно оценивать, поскольку движение, определяемое силой тяжести, может способствовать расслоению.
Ленточные и спиральные смесители также могут подходить для крупных загрузок. При низких окружных скоростях они создают равномерное осевое и радиальное перераспределение. Но и они редко достигают высокого качества смешивания. Геометрию инструмента, расстояние до стенки и степень наполнения нужно согласовывать так, чтобы не возникали застойные зоны, чрезмерное трение или нежелательная нагрузка на зерно.
Геометрия ёмкости — существенный фактор. Конические смесительные пространства концентрируют малые количества продукта в нижней части и улучшают захват инструментом. Большие выпускные сечения, короткие пути выгрузки и малоостаточное опорожнение снижают остатки продукта, домешивание и риск расслоения при выгрузке.
Приводы с частотным регулированием обеспечивают плавный пуск и заданные рампы частоты вращения. Они помогают ограничить окружную скорость и тем самым механическую нагрузку до необходимого минимума. Контроль крутящего момента и мощности может дополнительно давать указания на уплотнение, налипание, изменения продукта или неподходящую степень наполнения.
Для расчёта крупных загрузок особенно релевантны окружная скорость, степень наполнения, время смешивания, крутящий момент, удельное внесение мощности и развитие температуры. Оптимальная настройка зависит от конкретного продукта: чувствительное к разрушению мюсли требует иной рабочей точки, чем тонкий когезионный порошок или сушённый распылением гранулят.
В итоге крупногабаритные, медленно вращающиеся смесительные инструменты, контролируемое трёхмерное движение продукта и согласованное ведение процесса обеспечивают низкие сдвиговые нагрузки при больших количествах порошка. Пригодность следует проверять на оригинальном продукте — включая качество смешивания, разрушение зерна, пылеобразование, остаточное опорожнение и поведение при расслоении.
Щадящее смешивание крупных загрузок с amixon®
amixon® уже более 40 лет разрабатывает и производит вертикальные прецизионные смесители для порошков, гранулятов и сыпучих материалов. Программа включает смесительные системы с коническим и плоским дном — рассчитанные на высокое качество смешивания, щадящее продукт движение и хорошо доступное, малоостаточное опорожнение.
Основой низкой нагрузки на частицы служит контролируемое трёхмерное движение продукта. Спиральные смесительные инструменты SinConvex® и SinConcave® подают продукт вдоль стенки смесительного пространства вверх. В центре он под действием силы тяжести стекает вниз. Это равномерное перераспределение обеспечивает щадящую гомогенизацию при низких окружных скоростях и ограниченном внесении энергии. SinConvex® поддерживает прежде всего равномерное движение продукта и очень хорошее остаточное опорожнение; SinConcave® подходит также для продуктов с повышенной склонностью к налипанию.
MultiPlane® расширяет этот принцип смешивания целенаправленным, многомерным движением продукта. Благодаря этому можно гомогенизировать также крупные загрузки, не подвергая чувствительные компоненты излишнему уплотнению, сдвигу или нагреву. Для продуктов со стабильными агломератами опционально и на ограниченное время можно подключать интенсивные инструменты. Базовое смешивание при этом остаётся щадящим; дезагломерация происходит только там и только столько, сколько требует рецептура.
Особенно элегантное решение — смеситель KoneSlid® KS. Его конический выпускной орган одновременно выполняет функции в процессе смешивания и при выгрузке. Продукт можно опорожнять быстро, контролируемо и в значительной мере без расслоения. KoneSlid® особенно подходит для чувствительных порошков и гранулятов, когда решающее значение имеют короткое время смешивания и опорожнения.
Когда нужно гомогенизировать очень крупные загрузки, отличным решением является смесительный силос Gyraton®. Он рассчитан на размеры загрузок от 10 до 100 м³ и объединяет смешивание, буферизацию и выгрузку в одном аппарате. Спиральный смесительный инструмент одновременно вращается и совершает орбитальное движение вдоль стенки смесительного пространства. Так целенаправленно охватываются большие объёмы продукта, и они гомогенизируются при низком внесении энергии. Надёжно смешиваются также частичные загрузки от примерно 5%.
Несмотря на свои размеры, смесительный силос Gyraton® остаётся удобным для транспортировки. Типоразмеры до 100 м³ транспортируются почти полностью смонтированными в горизонтальном положении и устанавливаются в вертикальное только на месте монтажа. При этом высота транспортировки вместе с транспортным средством остаётся менее четырёх метров. Транспортировка возможна автомобильным, железнодорожным или водным транспортом.
Конкретный расчёт подтверждается в испытательном центре amixon® на оригинальном продукте. Там исследуются качество смешивания, время смешивания, щажение частиц, разрушение зерна, расслоение при выгрузке, остаточное опорожнение и очищаемость. Так возникает надёжная основа для щадящего и воспроизводимого процесса с крупными загрузками.