مخلوط کن دو مخروطی: غول ملایم مخلوط پودر و گرانول

در دنیای ترکیب صنعتی، جایی که یکنواختی برای کیفیت محصول بسیار مهم است، مخلوط کن دو مخروطی به دلیل سادگی ظریف، عملکرد ملایم و عملکرد قابل اعتماد آن متمایز است. این اسب کار همه کاره در همگن کردن پودرها، گرانول‌ها و جامدات شکننده با جریان آزاد بدون آسیب رساندن به ذرات یا تولید گرمای بیش از حد عالی است. عملکرد غلتشی منحصر به فرد آن، آن را به سنگ بنای عملیات اختلاط در داروها، فرآوری مواد غذایی، مواد شیمیایی و لوازم آرایشی، به ویژه برای مواد حساس یا با ارزش تبدیل می کند.

اصل: غلت زدن ملایم توسط جاذبه

بر خلاف میکسرهای برش بالا که به تیغه ها یا پروانه ها متکی هستند، مخلوط کن دو مخروطی بر اساس اصل کار می کند. اختلاط انتشار از طریق عمل غلتش . اثربخشی آن در هندسه متمایز و حرکت چرخشی آن نهفته است:

1. شکل متمایز: ظرف شامل دو بخش مخروطی است که در پایه های گسترده آنها جوش داده شده و یک بخش استوانه ای مرکزی را تشکیل می دهد. این شکل متقارن و دو نقطه کلید عملکرد آن است.

2. چرخش محوری: کل رگ به آرامی (معمولاً 5-25 دور در دقیقه) حول محور افقی خود می چرخد. این محور از طریق بخش استوانه ای مرکزی، عمود بر رأس مخروط ها می گذرد.

3. حرکت مواد: با چرخش مخلوط کن، بار مواد توسط دیواره های داخلی بلند می شود. سپس گرانش باعث می شود که از سطوح شیب دار به سمت مرکز آبشار شود.

4. اختلاط انتشاری: حرکت آبشاری و غلتشی ثابت باعث ایجاد چین و اختلاط ملایم ذرات می شود. ذرات به صورت شعاعی از محیط به سمت مرکز حرکت می‌کنند و دوباره به عقب برمی‌گردند، و انتشار - حرکت طبیعی ذرات از مناطق با غلظت بالاتر به غلظت کمتر - را به عنوان مکانیسم اختلاط اولیه افزایش می‌دهند.

5. حداقل برش و گرما: عدم وجود تیغه‌های پرسرعت باعث می‌شود ذرات شکننده (مانند گرانول‌ها، کریستال‌ها یا تکه‌ها) شکسته نشوند و مواد حساس به حرارت در اثر اصطکاک تجزیه نشوند.

اجزای اصلی و ویژگی های طراحی:

1. مخروط (مجموعه مخروطی / سیلندر):

   • مواد: به طور معمول فولاد ضد زنگ (304 یا 316L) برای بهداشت و مقاومت در برابر خوردگی. سطوح داخلی صیقلی (Ra ≤ 0.4 میکرومتر معمول برای داروها) چسبندگی را به حداقل می رساند و به تمیز کردن کمک می کند.

   • هندسه: زوایای مخروطی حیاتی هستند (اغلب 30-45 درجه) برای اطمینان از جریان مناسب مواد و تخلیه کامل. طول سیلندر مرکزی بر ظرفیت و دینامیک اختلاط تأثیر می گذارد.

   • ظرفیت: به طور گسترده ای از مقیاس آزمایشگاهی (5-50 لیتر) تا واحدهای تولیدی بزرگ (1000 لیتر) را شامل می شود.

2. سیستم چرخش:

   • موتور محرک: درایو سرعت متغیر امکان بهینه سازی RPM را برای مواد و اندازه های مختلف می دهد.

   • گیربکس / کاهنده: سرعت موتور را به سرعت چرخش آهسته مورد نیاز کاهش می دهد در حالی که گشتاور لازم را فراهم می کند.

   • شفت و بلبرینگ: شفت محکم نصب شده بر روی یاتاقان ها وزن کشتی و بار چرخشی را پشتیبانی می کند. مهر و موم از آلودگی جلوگیری می کند.

3. چارچوب پشتیبانی: ساختار مستحکم سیستم محرک را نگه می دارد و از شاخه های کشتی در طول چرخش پشتیبانی می کند.

4. پورت های بارگیری/تخلیه:

   • منهول ها: دهانه های مهر و موم شده روی مخروط ها برای شارژ دستی، بازرسی و تمیز کردن.

   • دریچه تخلیه سوپاپ: در راس پایین یک مخروط قرار دارد. شیرهای پروانه ای یا شیرهای کشویی تخلیه کنترل شده، بدون گرد و غبار و کامل را تضمین می کنند. تخلیه ممکن است مستقیماً در ظروف، درام ها یا تجهیزات پردازش پایین دست باشد.

5. ویژگی های اختیاری:

   • میله تقویت کننده (چاپپر/لومپر): یک میله چرخان با تیغه هایی که به صورت محوری در داخل کشتی نصب شده اند. برای شکستن آگلومراهای جزئی به مقدار کم در سرعت بالا استفاده می شود بدون افزایش قابل توجهی برش همیشه حاضر نیست.

   • نازل های اسپری: برای افزودن چسب یا پوشش های مایع کوچک در حین اختلاط (گرانولاسیون/پوشش).

   • قابلیت خلاء/فشار: برای کاربردهای پردازش یا خشک کردن اتمسفر بی اثر.

   • سیستم های CIP/SIP: Clean-in-Place و Steam-in-Place برای بهداشت دارویی و غذایی.

   • پورت های جمع آوری گرد و غبار: در هنگام بارگیری/تخلیه به سیستم های گرد و غبار وصل شوید.

   • پورت های ابزار دقیق: برای پروب ها (دما، رطوبت، NIR).

   • اینترلاک های ایمنی: هنگامی که درها باز هستند یا حفاظ ها برداشته می شوند، از عملکرد آن جلوگیری کنید.

مزایای اصل دو مخروطی:

• اختلاط ملایم: ایده آل برای مواد شکننده، ساینده یا حساس به حرارت (گرانول های دارویی، پولک ها، پودرهای نوشیدنی فوری، دانه ها، ادویه جات ترشی جات).

• ترکیب یکنواخت: عالی برای جامدات با جریان آزاد با چگالی و اندازه ذرات مشابه. به همگنی بالایی می رسد.

• حداقل تخریب محصول: برش کم یکپارچگی ذرات را حفظ می کند و از تجمع گرما جلوگیری می کند.

• تخلیه موثر: شکل مخروطی باعث تخلیه کامل و بدون باقیمانده از طریق گرانش می شود.

• تمیز کردن آسان: سطوح داخلی صاف و نامرتب، اغلب با پورت های دسترسی بزرگ. مناسب برای CIP/SIP.

• مقیاس پذیری: افزایش نسبتاً قابل پیش بینی از آزمایشگاه تا تولید.

• تطبیق پذیری: طیف گسترده ای از ظرفیت ها و مواد را مدیریت می کند. می تواند برای پوشش سبک یا افزودن مایع سازگار شود.

• سادگی و قابلیت اطمینان: طراحی مکانیکی قوی با قطعات متحرک کمتر در داخل ظرف در مقایسه با مخلوط کن های نواری.

محدودیت ها و ملاحظات:

• خطر جداسازی: می تواند با تفاوت های قابل توجهی در اندازه، شکل یا چگالی ذرات (به عنوان مثال، پودر ریز مخلوط شده با دانه های درشت)، به طور بالقوه منجر به جدا شدن در انتهای تخلیه یا پس از توقف شود. به بهینه سازی سطح پر شدن و زمان اختلاط نیاز دارد.

• مواد مرطوب/با جریان ضعیف: مواد چسبنده، چسبنده یا خیلی مرطوب ممکن است به جای آبشار شدن آزادانه، توده تشکیل دهند یا به دیوارها بچسبند.

• زمان اختلاط طولانی تر: در مقایسه با مخلوط‌کن‌های همرفتی (مانند روبان یا پارو)، اختلاط دیفیوژن معمولاً برای دستیابی به همگنی بیشتر طول می‌کشد (بسته به ترکیب، از چند دقیقه تا چند ساعت).

• کاهش اندازه محدود: برای آسیاب کردن یا شکستن آگلومراهای بزرگ طراحی نشده است (مگر اینکه یک نوار تقویت کننده به طور سنجیده استفاده شود).

• پر کردن محدودیت های سطح: عملکرد مطلوب معمولاً مستلزم پر کردن 30 تا 60 درصد حجم ظرف است. کم پر شدن راندمان اختلاط را کاهش می دهد. پر شدن بیش از حد از عمل غلتیدن لازم جلوگیری می کند.

• فرآیند دسته ای: مستمر نیست.

کاربردهای حیاتی در سراسر صنایع:

1. داروسازی:

   • ترکیب مواد فعال دارویی (API) با مواد کمکی.

   • هموژن کردن گرانول ها قبل از فشرده سازی (قرص).

   • ترکیب روان کننده (به عنوان مثال، استئارات منیزیم).

   • پوشش دهی با مواد فعال (کاربرد محدود).

2. غذا و نوشیدنی:

   • مخلوط کردن سوپ خشک، سس، سس و پودر دسر.

   • ترکیب ادویه ها و چاشنی ها.

   • ترکیب آرد، شکر، بکینگ پودر و ...

   • مخلوط کردن پودرهای نوشیدنی فوری

3. مواد شیمیایی:

   • ترکیب رنگدانه ها، رنگ ها و مواد افزودنی.

   • مخلوط کردن اجزای کاتالیزور

   • همگن کننده گرانول کود.

   • مخلوط کردن پودرهای پلیمری

4. لوازم آرایشی و بهداشتی:

   • مخلوط پودر تالک، پودرهای صورت.

   • ترکیب اجزای شامپو خشک

   • ترکیب رنگدانه برای آرایش

5. پلاستیک و پلیمر: ترکیب مستربچ ها، افزودنی ها و دوباره آسیاب کردن.

انتخاب کلیدی و عوامل عملیاتی:

1. مشخصات مواد: جریان پذیری، توزیع اندازه ذرات، تفاوت چگالی، شکنندگی، حساسیت به گرما/برش، انسجام.

2. همگنی مورد نیاز: یکنواختی ترکیب چقدر مهم است؟ معیار پذیرش چیست؟

3. اندازه و ظرفیت دسته: اندازه ظرف را با نیازهای تولید مطابقت دهید، با توجه به سطح پر شدن بهینه (30-60٪).

4. زمان اختلاط: برای هر فرمول به صورت تجربی تعیین کنید. تحت تاثیر خواص مواد، اندازه دسته و RPM. اغلب نیاز به تایید دارد.

5. سرعت چرخش (RPM): پارامتر بحرانی خیلی کند: اختلاط ناکافی. خیلی سریع: نیروی گریز از مرکز مواد را در برابر دیوارها نگه می دارد و از غلت خوردن جلوگیری می کند ("سانتریفیوژ"). RPM بهینه به اندازه کشتی و مواد بستگی دارد.

6. مصالح ساختمانی و پایان: درجه فولاد ضد زنگ (304 در مقابل 316L)، پرداخت سطح (مقدار Ra پرداخت)، الزامات GMP.

7. الزامات تخلیه: نوع شیر، نیاز به مهار گرد و غبار، اتصال به تجهیزات پایین دست.

8. تمیز کردن و اعتبار سنجی: نیاز به CIP/SIP، قابلیت تمیز کردن، مستندسازی برای صنایع تحت نظارت (FDA، EMA).

9. ویژگی های اختیاری: نیاز به میله تقویت کننده، سیستم اسپری، خلاء، ابزار دقیق.

نگهداری برای طول عمر و عملکرد:

• روانکاری منظم: بلبرینگ، گیربکس.

• بازرسی مهر و موم: جلوگیری از نشت (روان کننده، محصول).

• چک های بلبرینگ: مانیتور برای سایش یا سر و صدا.

• بازرسی سیستم درایو: تسمه، زنجیر، کوپلینگ.

• بازرسی کشتی: وجود فرورفتگی، خراش یا سایش روی سطوح داخلی را بررسی کنید.

• تعمیر و نگهداری سوپاپ: اطمینان حاصل کنید که مهر و موم و مکانیسم های شیر تخلیه به خوبی کار می کنند.

• تعویض فیلتر: روی پورت های جمع آوری گرد و غبار یا فیلترهای هواکش.

آینده ترکیب مخروطی دوگانه: هوشمندتر و کارآمدتر

• فناوری تجزیه و تحلیل فرآیند پیشرفته (PAT): ادغام پروب‌های بی‌درنگ NIR (نزدیک مادون قرمز) برای نظارت بر یکنواختی ترکیب و تعیین نقطه پایانی.

• کنترل مبتنی بر مدل و دوقلوهای دیجیتال: استفاده از مدل های فرآیند و داده های حسگر برای بهینه سازی زمان اختلاط و RPM به طور خودکار برای هر دسته.

• اعتبار سنجی تمیز کردن پیشرفته: نظارت خودکار CIP با TOC (کربن آلی کل) یا سنسورهای رسانایی.

• مواد و پوشش های بهبود یافته: حتی سطوح داخلی صاف تر، مقاوم تر در برابر سایش و ضد چسبندگی.

• بهره وری انرژی: سیستم های درایو بهینه و کنترل سرعت متغیر.

• یکپارچه سازی داده ها و IIoT: اتصال داده های عملکرد مخلوط کن (بار موتور، RPM، دما) به سیستم های کنترل کارخانه برای نگهداری پیش بینی و ردیابی OEE.

نتیجه‌گیری: ارزش ماندگار ترکیب ملایم غلتشی

مخلوط کن دو مخروطی یک ابزار حیاتی و اغلب غیر قابل تعویض در زرادخانه پردازش پودر باقی می ماند. حرکت غلتشی ساده و مبتنی بر گرانش آن یک راه حل منحصربفرد ملایم و مؤثر برای دستیابی به همگنی در جامدات آزاد جریان دارد، جایی که یکپارچگی ذرات حیاتی است. اگرچه ممکن است سریع‌ترین همزن نباشد، اما قابلیت اطمینان، سهولت تمیز کردن، مقیاس‌پذیری و مناسب بودن آن برای کاربردهای حساس، تداوم برجستگی آن را تضمین می‌کند، به‌ویژه در صنایع بسیار تنظیم‌شده مانند داروسازی و مواد غذایی. درک اصول عملیاتی، مزایا، محدودیت‌ها و پارامترهای عملیاتی بهینه، کلید استفاده از پتانسیل کامل آن برای ترکیب ثابت و با کیفیت بالا است. هنگامی که به اختلاط ملایم و مبتنی بر انتشار مواد جامد خشک نیاز باشد، مخلوط کن مخروطی دوگانه به عنوان یک فناوری اثبات شده و قابل اعتماد است.