Какие функции энергоэффективности (например, короткое время процесса, низкое удельное энергопотребление) являются стандартом для современных промышленных смесителей?
Энергопотребление промышленного смесителя определяется не столько отдельными конструктивными особенностями, сколько правильным сочетанием принципа смешивания, привода, управления процессом и периферийного оборудования установки. Современные смесители могут снижать расход энергии на загрузку или на тонну продукта, если они обеспечивают требуемое качество смешивания при максимально короткой продолжительности процесса и без избыточного ввода мощности. Однако достижимые показатели сильно зависят от продукта, степени заполнения, задачи смешивания, вязкости, температуры и затрат на очистку.
К широко распространённым сегодня мерам относятся эффективные электродвигатели и приводы с частотным регулированием. Двигатели с высоким КПД снижают электрические потери. Частотные преобразователи обеспечивают контролируемый плавный пуск и позволяют адаптировать частоту вращения к степени заполнения, свойствам продукта и фазе процесса. Благодаря этому установка может работать, например, при загрузке, смешивании, выгрузке или очистке с той частотой вращения, которая требуется на каждом этапе.
В отдельных случаях применения прямые приводы могут снижать механические потери. Однако они не всегда эффективнее качественного мотор-редуктора. Наилучшее решение зависит от частоты вращения, крутящего момента, профиля нагрузки, требований к техническому обслуживанию и конструкции смесителя. Рекуперация тормозной энергии также экономически оправдана лишь при определённых динамичных приводах и частых операциях торможения.
Существенным фактором является геометрия смесительных инструментов. Правильно спроектированные инструменты создают движение продукта, необходимое для задачи смешивания, не вызывая лишнего трения, высоких сдвиговых нагрузок или неподвижных зон. Цифровой анализ течений и опытное смешивание могут поддержать процесс проектирования. Однако они не заменяют испытаний с реальным продуктом.
Короткое время смешивания может снижать энергопотребление на загрузку, если требуемое качество смешивания надёжно достигается. Высокий ввод мощности или очень высокая частота вращения не всегда целесообразны. Для чувствительных или свободно текучих сыпучих продуктов медленно работающая смесительная система с эффективным общим перемещением продукта может быть энергетически выгоднее, чем высокоинтенсивный метод. Для когезионных порошков, агломератов или высоковязких масс, напротив, может потребоваться более высокий ввод энергии.
Хорошая опоражниваемость также способна экономить энергию и ресурсы. Если смеситель опорожняется с минимальным остатком продукта, снижаются потери продукта, затраты на очистку и, при необходимости, потребность в дополнительной обработке. Этому способствуют выпускные органы с минимальным количеством застойных зон, хорошо доступные поверхности, контактирующие с продуктом, и подходящая геометрия ёмкости.
Дополнительный потенциал экономии даёт автоматизация. Регистрация крутящего момента, мощности, частоты вращения, температуры, давления или вакуума делает процесс прозрачным. Программы рецептур позволяют воспроизводимо управлять профилями частоты вращения, временем смешивания и последовательностью дозирования. Автоматическое определение конечной точки может предотвращать избыточное смешивание, если доступны подходящие и информативные сигналы процесса. Однако во многих порошковых процессах конечная точка смешивания не поддаётся прямому измерению и должна подтверждаться испытаниями, валидированным временем смешивания или выборочным анализом.
Мониторинг энергопотребления позволяет непрерывно оценивать расход энергии на загрузку, на килограмм продукта или на этап процесса. Только сравнение однотипных загрузок при сопоставимых условиях показывает, изменилась ли потребность в энергии. Рост потребляемой мощности или увеличение времени смешивания могут указывать на налипания, износ, отклонения в сырье или неподходящие настройки. Система энергоменеджмента по ISO 50001 может поддерживать систематический учёт и улучшение таких показателей.
Для нагреваемых, охлаждаемых или работающих под вакуумом смесителей возрастает значение теплотехнической концепции. Изолированные ёмкости, подходящая геометрия двойной рубашки и температурный режим, соответствующий потребности, снижают тепловые потери и улучшают теплопередачу. Рекуперация тепла из отработанного воздуха или контуров охлаждения может быть целесообразной, но не является стандартной функцией каждого смесителя.
В вакуумных смесителях-сушилках вакуум снижает точку кипения растворителя или воды. Благодаря этому сушку можно проводить при более низких температурах продукта. Однако общая потребность в тепловой энергии автоматически не снижается, поскольку испарение, создание вакуума, конденсацию и тепловые потери необходимо рассматривать в совокупности.
Особенно эффективной может быть интеграция нескольких стадий процесса в одном аппарате. Если смешивание, сушка, охлаждение, проведение реакции или гранулирование выполняются без перегрузки продукта, устраняются потери при перегрузке, необходимость в дополнительных аппаратах и частично — этапы очистки. Является ли это энергетически выгодным, необходимо оценивать для всего процесса в целом, а не только для отдельного смесителя.
Поэтому современной основой энергоэффективности считаются эффективно спроектированные приводы, регулируемое по частоте вращения управление, подобранные под продукт смесительные инструменты, хорошая опоражниваемость, воспроизводимые программы рецептур и прозрачный мониторинг энергопотребления. Наибольшая экономия достигается, как правило, не за счёт какой-то одной функции, а за счёт правильного проектирования всего процесса смешивания в целом.
Как amixon® оценивает энергоэффективность, TCO и срок окупаемости промышленного смесителя
Экономичность промышленного смесителя определяется не только потребляемой мощностью привода. Решающее значение имеет совокупная стоимость владения (TCO) за весь планируемый срок эксплуатации. Сюда входят инвестиции, энергия, потери продукта, время очистки и переналадки, техническое обслуживание, запасные части, затраты на персонал, риски простоя, а также возможный срок службы установки.
amixon® рассматривает эти факторы совместно с эксплуатирующей организацией. Усреднённые значения удельного энергопотребления на тонну продукта имеют лишь ограниченную информативность. Реальная потребность в энергии зависит, среди прочего, от рецептуры, размера загрузки, степени заполнения, времени смешивания, состояния продукта и требуемого ввода энергии. Поэтому энергопотребление и время смешивания следует определять с оригинальным продуктом в испытательном центре.
Энергоэффективность за счёт правильного движения продукта при смешивании
Смесители amixon® в зависимости от конструктивного исполнения и задачи смешивания работают с низкими окружными скоростями. Медленное вращательное движение может снижать трение, ударные нагрузки и динамические нагрузки. Это особенно выгодно для чувствительных или свободно текучих порошков, когда щадящее общее перемещение продукта обеспечивает требуемое качество смешивания при низком вводе энергии.
Важной новой разработкой является силос-смеситель Gyraton®. Он рассчитан на большие загрузки и способен перерабатывать объёмы смешивания до примерно 100 кубических метров. Принцип смешивания сочетает крупнообъёмное перемещение продукта с особенно низкой установленной мощностью привода. Благодаря этому даже при больших загрузках может достигаться сравнительно низкая потребность в энергии. Однако фактическое удельное энергопотребление по-прежнему зависит от продукта, степени заполнения, продолжительности смешивания и требуемой производительности.
Короткое время смешивания может улучшать показатели энергопотребления на загрузку и продуктивное время работы установки. В смесителях HM перемешивание поддерживается за счёт наложения смесительных потоков. Необходимое время смешивания должно определяться для каждого продукта опытным путём и устанавливаться для дальнейшей эксплуатации.
Потери продукта и время переналадки
Для высококачественных или критичных рецептур остаточные количества и время очистки существенно влияют на экономичность. Хорошая опоражниваемость снижает потери продукта, упрощает смену загрузок и может снижать потребность в трудоёмкой очистке.
Ещё одна новая разработка amixon® — выпускная концепция KoneSlid®. Она обеспечивает быстрое и практически полное опорожнение смесителя. Короткое время выгрузки может ускорять последующий процесс и снижать риск расслоения смеси при выгрузке. Элементы ComDisc® могут дополнительно поддерживать остаточное опорожнение.
Фактически достижимая степень опорожнения зависит от продукта. Структура частиц, влажность, когезия, насыпная плотность и склонность к налипанию влияют на остающееся количество продукта. Поэтому данные, значимые для расчёта окупаемости, следует проверять с соответствующим оригинальным продуктом.
Смесительные камеры с минимальным количеством застойных зон и хорошо доступные контактирующие с продуктом поверхности способствуют быстрой очистке. Благодаря этому можно сокращать время переналадки и увеличивать продуктивно используемое время работы установки. Экономический эффект проявляется особенно при частой смене продукта, малых загрузках и высоких требованиях к очистке.
Техническое обслуживание и срок службы
Мешалка, опирающаяся исключительно сверху, исключает контактирующий с продуктом нижний вывод вала. В сочетании с прочной низкооборотной конструкцией это может снижать затраты на техническое обслуживание и число потенциальных точек износа. Многие установки amixon® эксплуатируются на протяжении длительного времени и при необходимости модернизируются или дооснащаются.
Критичные быстроизнашивающиеся детали могут поставляться уже при первой поставке. Долгосрочная доступность конструкторской документации и производственной информации облегчает идентификацию, оценку и, при необходимости, изготовление запасных частей. Это может продлевать срок службы установки и ограничивать незапланированные простои.
Достоверные данные вместо усреднённых показателей
Для расчёта ROI или срока окупаемости amixon® определяет в испытательном центре данные, специфичные для конкретного продукта. Сюда могут входить время смешивания, энергопотребление, опоражниваемость, бережное отношение к продукту, затраты на очистку и время переналадки. Испытания проводятся с оригинальным продуктом при максимально реалистичных степенях заполнения, размерах загрузок, а также температурных и барических условиях.
В испытательном центре amixon® в Падерборне имеется более 30 испытательных установок различных типоразмеров. Дополнительно испытательные центры имеются в Японии, Индии, Таиланде, Китае, Южной Корее и США. Результаты испытаний документируются и служат основой для технического проектирования и экономической оценки смесительной установки.
Поэтому amixon® оценивает энергоэффективность не изолированно, как потребление электроэнергии приводом. В центре внимания находится процесс в целом: время смешивания, потери продукта, затраты на очистку, техническое обслуживание, доступность установки и долгосрочная пригодность к эксплуатации. Благодаря таким разработкам, как выпускная концепция KoneSlid® и силос-смеситель Gyraton®, amixon® сочетает быстрое, практически полное опорожнение с энергоэффективным смешиванием больших загрузок.