Какие показатели определяют энергоэффективность смесителя и как они влияют на TCO?
Энергоэффективность промышленного смесителя не определяется каким-то одним показателем. Решающее значение имеет взаимодействие ввода энергии, времени смешивания, достигнутого качества смешивания, производительности по продукту, КПД привода и энергопотребления вспомогательных агрегатов. Для экономической оценки эти величины всегда необходимо рассматривать в связи с продуктом, рецептурой, степенью заполнения, целью процесса и концепцией установки.
Удельный ввод энергии
Удельный ввод энергии описывает энергию, необходимую для процесса смешивания на килограмм, тонну или кубический метр продукта. Этот показатель может выражаться, например, в киловатт-часах на тонну или в киловатт-часах на кубический метр. Он особенно удобен для сравнения различных загрузок, параметров процесса или смесительных систем при условии одинаковой задачи смешивания и одинакового целевого качества.
Низкий удельный ввод энергии является преимуществом лишь тогда, когда достигаются требуемое качество смешивания, бережное отношение к продукту и воспроизводимость. Смеситель с очень низкой потребностью в энергии может оказаться непригодным, если ему требуется слишком долгое время смешивания или он не обеспечивает надёжного достижения однородности рецептуры.
Потребляемая мощность и удельная мощность
Потребляемая мощность показывает, сколько электрической мощности потребляет привод во время работы. Удельная мощность соотносит эту мощность с объёмом смешивания или массой продукта. Она может выражаться в киловаттах на кубический метр или киловаттах на килограмм.
Для высоковязких, когезионных или сильно уплотнённых продуктов удельная мощность часто является важным расчётным параметром. Она влияет на выбор размеров двигателя, редуктора, валов, смесительных инструментов и электрической инфраструктуры. Однако высокая установленная мощность не означает автоматически высокого энергопотребления на загрузку. Решающее значение имеют мощность, время смешивания и профиль нагрузки в совокупности.
Время смешивания и время цикла
Время смешивания описывает продолжительность до достижения заданного качества смешивания. Оно влияет на энергопотребление на загрузку, производительность и доступность установки. Короткое время смешивания может снижать энергопотребление и затраты на загрузку, если оно достигается без избыточного ввода мощности, повреждения продукта или расслоения смеси.
Полное время цикла помимо собственно смешивания включает также загрузку, дозирование, термостатирование, выгрузку, очистку и, при необходимости, сушку. Для TCO это общее время часто важнее, чем чистое время смешивания. Длительное время переналадки, очистки или выгрузки может сводить на нет экономическое преимущество короткой фазы смешивания.
Качество смешивания и воспроизводимость
Энергоэффективность смесителя всегда следует оценивать в соотношении с достигнутым качеством продукта. Значимыми критериями являются, например, распределение концентрации, распределение частиц по размеру, распределение влаги, разрушение агломератов, равномерность температуры или вязкость. Универсального показателя качества смешивания не существует, поскольку метод оценки зависит от конкретной задачи смешивания.
Решающее значение имеет соотношение между вводом энергии, временем смешивания и надёжно достигаемым качеством смешивания. Особенно экономичен процесс, который воспроизводимо обеспечивает требуемую однородность, не подвергая продукт излишним нагрузкам и не расходуя больше энергии, чем необходимо.
Гидравлические показатели для жидкостей и суспензий
Для жидких, пастообразных или суспензионных продуктов важное значение могут иметь гидравлические показатели. К ним относятся производительность циркуляции, объём подачи, скорость потока и сдвиговая нагрузка. Насосная производительность при этом описывает способность мешалки перемещать продукт внутри ёмкости.
Высокая производительность циркуляции может ускорять гомогенизацию. Однако она не всегда энергоэффективна, если интенсивный поток приводит к повреждению продукта, вовлечению воздуха, пенообразованию или избыточному вводу энергии. Подходящее воздействие потока и сдвига зависит от вязкости, доли частиц и чувствительности продукта.
Число Ньютона и другие безразмерные показатели
Число Ньютона описывает потребность в мощности мешалки в зависимости от геометрии инструмента, частоты вращения, плотности жидкости и режима течения. Прежде всего для жидких сред и классических процессов перемешивания оно является важной расчётной и сравнительной величиной. Однако для сухих порошков его информативность ограничена, поскольку там на поведение смеси сильно влияют сила тяжести, трение о стенки, когезия и контакты между частицами.
Другие показатели, такие как число Рейнольдса или число Фруда, могут иметь значение при проектировании и масштабировании. Однако они не заменяют испытаний с реальным продуктом, особенно для когезионных, влажных, абразивных сыпучих продуктов или продуктов, склонных к расслоению.
КПД приводной цепи
Общий КПД приводной цепи охватывает двигатель, частотный преобразователь, редуктор, опоры и уплотнения. Эффективные двигатели, подходящее передаточное отношение редуктора и низкие механические потери снижают потребность в электроэнергии. Однако выбор не должен основываться исключительно на самом высоком классе КПД. Значение имеют также поведение при частичной нагрузке, смена нагрузок, требуемый крутящий момент, затраты на техническое обслуживание и безопасность процесса.
Частотные преобразователи обеспечивают контролируемый пуск и позволяют адаптировать частоту вращения к продукту и фазе процесса. Это может экономить энергию и снижать механические нагрузки. Однако собственное энергопотребление частотного преобразователя и фактический режим эксплуатации следует учитывать при оценке.
Вспомогательные агрегаты и потребность в тепловой энергии
Для нагреваемых, охлаждаемых, работающих под вакуумом или инертизированных смесителей потребность в энергии определяется не только приводом смесителя. Значительную долю в общем энергопотреблении могут составлять контуры нагрева и охлаждения, вакуумные насосы, конденсаторы, фильтры, системы сжатого воздуха и подачи инертного газа.
Более низкие потери мощности и подходящий ввод энергии могут снижать тепловыделение в продукте. Благодаря этому может уменьшаться потребность в охлаждении. Однако для процессов сушки необходимо рассматривать весь энергетический баланс в целом. Вакуум может снижать требуемую температуру продукта, но не снижает автоматически общую потребность в энергии для создания вакуума, конденсации и испарения.
Влияние на совокупную стоимость владения
Энергетические показатели напрямую влияют на TCO через потребление электроэнергии, тепла, холода, сжатого воздуха и инертного газа. При высокой загрузке мощностей или энергоёмких процессах даже сравнительно небольшие улучшения удельного энергопотребления могут за много лет приобретать экономическое значение.
Ещё более значимым может быть косвенное влияние. Подходящий для продукта ввод энергии снижает риск повреждения продукта, брака, доработки и незапланированных простоев. Более низкие динамические нагрузки могут снижать износ опор, уплотнений, редукторов и смесительных инструментов. Это может увеличивать интервалы технического обслуживания и повышать доступность установки.
Короткое и воспроизводимое время цикла повышает производительность имеющейся установки. Благодаря этому снижаются постоянные затраты на единицу продукции. Высокое качество смешивания при низком уровне брака может быть экономически важнее, чем простая экономия электроэнергии, особенно для дорогостоящего сырья или продуктов с критичными требованиями к качеству.
Поэтому достоверная оценка TCO сравнивает не только мощность двигателя или энергию на тонну продукта. Она рассматривает всю технологическую цепочку: энергопотребление, время смешивания, производительность, качество продукта, брак, затраты на очистку, техническое обслуживание, доступность установки и затраты на необходимую периферию.
Как amixon® оценивает энергоэффективность, эффективность очистки, TCO и срок окупаемости промышленного смесителя
Энергоэффективность смесителя определяется не только мощностью двигателя. Решающее значение имеет то, достигаются ли требуемое качество смешивания, бережное отношение к продукту и воспроизводимость при вводе энергии, подходящем для продукта. Для совокупной стоимости владения важны также потери продукта, время очистки и переналадки, техническое обслуживание, обеспечение запасными частями, доступность установки и долгосрочная пригодность установки к эксплуатации.
amixon® рассматривает эти факторы как единую взаимосвязанную систему. Важнейшими показателями являются удельный ввод энергии, время смешивания, полное время цикла, достижимое качество смешивания, остаточное опорожнение, затраты на очистку, доступность установки, а также энергопотребление необходимых вспомогательных агрегатов.
Ввод энергии и время смешивания
Общие данные об энергопотреблении на тонну продукта имеют для промышленных смесителей лишь ограниченную информативность. Реальная потребность в энергии зависит от рецептуры, размера загрузки, степени заполнения, насыпной плотности, вязкости, времени смешивания, температуры и требуемого ввода энергии.
Смесители amixon® в зависимости от конструктивного исполнения и задачи смешивания работают с низкими окружными скоростями. Низкооборотный режим работы может снижать трение, ударные нагрузки и динамические нагрузки. Для чувствительных, свободно текучих порошков или порошков, склонных к расслоению, крупномасштабная циркуляция продукта может обеспечивать требуемое качество смешивания при сравнительно низком вводе энергии.
Короткое время смешивания не снижает энергопотребление автоматически. Короткое время смешивания экономически выгодно тогда, когда требуемая однородность достигается без избыточной частоты вращения, ненужного сдвигового воздействия или повреждения продукта. Поэтому время смешивания и ввод энергии необходимо оценивать для каждой рецептуры с оригинальным продуктом.
Силосный смеситель Gyraton® GM рассчитан на крупнообъёмные загрузки объёмом до примерно 100 кубических метров. Принцип смешивания позволяет гомогенизировать большие количества продукта при сравнительно низкой установленной мощности привода. Это может ограничивать энергопотребление на загрузку, особенно для больших объёмов свободно текучих сыпучих продуктов. Фактическое энергопотребление оценивается с учётом конкретного продукта, степени заполнения и цели процесса.
Остаточное опорожнение и потери продукта
Потери продукта являются существенным фактором TCO, особенно для дорогостоящего сырья, действующих веществ, добавок или малых загрузок. Любое остаточное количество продукта в смесителе вызывает не только прямую потерю материала. Оно может также удлинять очистку, влиять на последующие загрузки и повышать риск перекрёстного загрязнения.
Серии amixon® AM и KS рассчитаны на практически полное остаточное опорожнение. Выпускные инструменты ComDisc® способствуют выгрузке остатков продукта из смесительной камеры. Достижимая степень опорожнения всегда зависит от свойств продукта, таких как влажность, форма частиц, когезия, насыпная плотность, абразивность и склонность к налипанию. Поэтому опоражниваемость следует проверять с оригинальным продуктом.
Практически полное остаточное опорожнение может снижать потери сырья, сокращать время очистки и повышать производительность установки. Благодаря этому оно часто влияет на TCO сильнее, чем небольшая разница в электрической потребляемой мощности привода смесителя.
Программируемая целенаправленная струйная очистка
Время очистки и переналадки является существенной частью совокупных эксплуатационных затрат для многопродуктовых установок. Особенно в пищевой, фармацевтической, химической и специальной химической промышленности продолжительность интервала между двумя загрузками определяет, насколько велико продуктивно используемое время работы установки.
amixon® может оснащать смесительные установки программируемыми форсунками целенаправленной струйной очистки. Форсунки целенаправленно ориентированы на контактирующие с продуктом поверхности, смесительные инструменты, геометрию смесительной камеры и зоны выгрузки. Программы очистки могут управлять форсунками в заданной последовательности, обеспечивая воспроизводимое смачивание значимых поверхностей.
Программируемая целенаправленная струйная очистка может снижать расход воды, моющих средств и время очистки, если она подобрана под характер налипания продукта, геометрию ёмкости и задачу очистки. Она может сокращать объём ручных операций по очистке и ускорять переход между различными рецептурами. Однако требуемая эффективность очистки должна быть валидирована для конкретного продукта, моющей среды и критериев выпуска.
Быстрая сушка после влажной очистки
После влажной очистки сушка смесительной камеры часто является решающим этапом. Остаточная влага может негативно влиять на последующие продукты, задерживать выпуск и увеличивать время простоя установки. Это особенно актуально для гигроскопичных порошков, чувствительных к влаге рецептур или областей применения с высокими требованиями к чистоте продукта.
amixon® может проектировать смесительные установки таким образом, чтобы очищенная и влажная смесительная камера высыхала за очень короткое время. При этом через смесительную камеру пропускается целенаправленно направленный технологический воздух или инертный газ. Мешалка способствует распределению потока во внутреннем пространстве и может ускорять сушку контактирующих с продуктом поверхностей.
Быстрая сушка возможна даже при использовании холодной воды для очистки, если направление воздуха, объёмный расход, температура, вакуум, уровень давления и отвод конденсата согласованы между собой. Достижимое время сушки зависит от размера ёмкости, поверхностей, остаточной влаги, влажности воздуха, температуры и предусмотренного метода сушки. Польза заключается в сокращении времени простоя, ускорении смены продукта и повышении доступности смесительной установки.
Техническое обслуживание и долгосрочная доступность
Смесительная техника amixon® рассчитана на прочные конструкции, низкие динамические нагрузки и хороший доступ для инспекции и очистки. Мешалка опирается исключительно сверху. Благодаря этому контактирующий с продуктом нижний вывод вала может отсутствовать. Это уменьшает потенциально трудоёмкую с точки зрения обслуживания зону внутри смесительной камеры.
Сочетание низкооборотного режима работы, износостойкой конструкции и долгосрочно доступной конструкторской документации может снижать затраты на техническое обслуживание и риски, связанные с запасными частями. Отдельные быстроизнашивающиеся детали могут поставляться уже при первой поставке. При потребности в запасных частях, переоборудовании или модернизации конструкторский, производственный и сервисный отделы amixon® поддерживают долгосрочную эксплуатацию установки.
Достоверные данные испытаний вместо каталожных значений
Достоверный расчёт TCO, ROI или срока окупаемости должен основываться на документированных данных с оригинальным продуктом. В испытательном центре amixon® при реалистичных условиях могут оцениваться время смешивания, энергопотребление, качество смешивания, бережное отношение к продукту, опоражниваемость, затраты на очистку, время сушки и время переналадки.
В испытательном центре amixon® на площадке в Падерборне имеется более 30 испытательных установок различных типоразмеров. Дополнительно испытательные центры имеются в Японии, Индии, Таиланде, Китае, Южной Корее и США. Испытания могут проводиться при реалистичных степенях заполнения, размерах загрузок, а также предусмотренных температурных и барических условиях.
Результаты документируются и служат основой для выбора типоразмера, определения параметров процесса и экономической оценки. Поэтому amixon® оценивает энергоэффективность не изолированно, как потребление электроэнергии приводом. Решающее значение имеет процесс в целом: время смешивания, ввод энергии, потери продукта, очистка, сушка, техническое обслуживание, доступность установки и долгосрочная пригодность к эксплуатации.