Какие решения существуют для смешивания плюс добавления жидкости плюс грануляции в одном узле?
Интегрированные установки могут объединять смешивание порошков, добавление жидкости и грануляцию в одном технологическом пространстве. Благодаря этому можно сократить количество мест перегрузки, потери продукта и возможную сегрегацию между отдельными этапами. Является ли это преимуществом по сравнению с раздельными аппаратами, зависит от продукта, качества гранулята, потребности в очистке, производительности и риска процесса.
Подходящие концепции
Смесители-грануляторы с высоким сдвигом (high-shear) сочетают основной смесительный инструмент с быстроходным измельчителем (чоппером). Сначала порошки смешиваются, затем впрыскивается гранулирующая жидкость, а агломераты формируются и ограничиваются за счёт сдвига и действия измельчителя. Метод подходит для быстрой периодической влажной грануляции и часто — для компактных, механически стабильных гранул. Однако слишком высокое внесение энергии может повреждать частицы или приводить к переграгуляции.
Грануляторы с псевдоожиженным слоем псевдоожижают порошок воздухом и распыляют в него гранулирующую жидкость. Грануляция и сушка могут при этом происходить в одной установке. Они часто подходят для пористых, хорошо растворимых гранул, но требуют точного согласования расхода воздуха, температуры, скорости распыления и размера капель. Нестабильное псевдоожижение или слишком высокая скорость распыления могут вызывать налипание и агломераты.
Непрерывные двухшнековые грануляторы непрерывно дозируют порошок и жидкость в шнековую систему. Транспортирующие, смешивающие и месящие элементы определяют время пребывания, степень наполнения и внесение энергии. Концепция подходит для непрерывных производственных линий со стабильным дозированием и контролем процесса. Малые количества hold-up выгодны, но повышают требования к подаче сырья, регулированию и стратегии пуска. Последующая сушка и классификация, как правило, необходимы.
Механически псевдоожижаемые смесители, такие как плужшарные или лопастные смесители, могут интенсивно смешивать порошки и вводить жидкости через форсунки. При подходящей рецептуре возможна агломерация наращиванием, особенно для более крупных партий. Плотность гранул и распределение частиц по размерам сильно зависят от подачи жидкости, скорости инструмента, времени смешивания и поведения продукта.
Вертикальные конусно-шнековые смесители с распылительными форсунками работают сравнительно щадяще. Они подходят для гомогенизации и введения жидкости у чувствительных порошков. Выраженная, точно контролируемая грануляция такими смесителями не достигается автоматически; она должна быть подтверждена испытаниями для конкретного продукта и желаемой структуры гранул.
Критерии выбора
Выбор определяется прежде всего желаемой плотностью гранул, пористостью, распределением частиц по размерам, остаточной влажностью, текучестью и механической стабильностью. Также релевантны периодический или непрерывный режим работы, смена продукта, вязкость жидкости, растворители, взрывозащита, очищаемость и доступное пространство.
Жидкость следует вводить в том месте, где она быстро и равномерно распределяется. Решающими являются точность дозирования, направление распыления, размер капель, вязкость, температура и локальное движение продукта. Неподходящая форсунка или позиция впрыска может приводить к переувлажнению, налипанию, широкому распределению частиц по размерам или неполному смачиванию.
Для контроля процесса могут использоваться крутящий момент, потребляемый ток, температура, влажность и, при подходящей калибровке, ближняя инфракрасная спектроскопия. Ближняя инфракрасная спектроскопия измеряет в ближнем инфракрасном диапазоне и может, например, оценивать влажность или концентрацию. Измерительные сигналы должны валидироваться по пробам продукта и данным о качестве; одна лишь кривая крутящего момента не является общим доказательством качества гранулята или конечной точки грануляции.
При использовании органических растворителей или горючих пылей требования к взрывозащите, инертизации, вентиляции и рекуперации необходимо планировать заблаговременно. В гигиенически или регуляторно критичных применениях материалы, уплотнения, стратегия очистки и эффективность очистки должны быть подтверждены для конкретного продукта.
Добавление связующего и грануляция у amixon®
Процессы «в одном реакторе», сочетающие смешивание, добавление жидкости, грануляцию и сушку, часто подходят для небольших партий и чётко определённых процессов. amixon®, напротив, концентрируется на более крупных периодических процессах подготовки порошков, гомогенизации, добавления связующего, агломерации наращиванием и грануляции. Если требуется определённая остаточная влажность, сушка рассчитывается индивидуально для продукта как отдельный шаг или в подходящем смесителе-сушилке.
Вертикальные и конусные смесители серий VM, HM и AM могут оснащаться жидкостными копьями или двухкомпонентными форсунками. Связующая жидкость вводится в движущийся смешиваемый материал. Распыление, профиль дозирования, положение форсунки и интенсивность смешивания должны быть согласованы со связующим и порошком, чтобы ограничить локальное переувлажнение и образование комков.
Мешалка SinConvex® обеспечивает трёхмерное перемешивание сыпучего материала. Опциональный режущий ротор может поддерживать распределение жидкости и дезагломерацию. В зависимости от рецептуры можно реализовывать увлажнение, агломерацию наращиванием, инстантизацию или грануляцию. Фактически достижимая форма гранул, пористость, растворимость и распределение частиц по размерам оцениваются с оригинальным продуктом.
Кривые крутящего момента и температуры дают указания на прогресс процесса, но не заменяют проверку конечной точки для конкретного продукта. Она должна быть подтверждена данными о влажности, размере частиц или другими показателями качества.
По данным amixon®, в Падерборне доступно более 35 испытательных установок, дополненных международными испытательными центрами. Там можно проверить добавление связующего, распыление, интенсивность смешивания, формирование гранул, выгрузку и очищаемость с оригинальным продуктом. Результаты помогают принять решение между интегрированной и раздельной стадиями грануляции и сушки.