Tecnología de mezclado y secado al vacío: una segunda mirada

23 de enero de 2020

Aunque a menudo se da por sentado hoy en día, una de las variables de procesamiento subyacentes más importantes en una operación de mezclado es el vacío. La tecnología de vacío dentro del contexto de la mezcla, así como del secado, ha cambiado las reglas del juego desde que fue pionera en la década de 1970. Someter un producto a un vacío de 29 pulgadas de Hg o más a menudo conduce a una multiplicidad de efectos dramáticos. Por ejemplo, el vacío permite una integración mucho más rápida de las fases de aditivos, como aromas, sabores, colores e incluso API. Elimina la humedad y los disolventes a temperaturas mucho más bajas, dejando intactos los componentes sensibles al calor. Un ambiente desaireado puede promover una mejor interacción entre partículas discretas, lo que resulta en una homogeneización eficiente. Para otros productos, la desoxidación es necesaria para preservar ingredientes sensibles y frustrar reacciones químicas no deseadas o crecimiento microbiano. La mezcla y el secado al vacío abarcan una amplia gama de procesamiento de sólidos. Aquí revisamos cuatro sistemas fundamentales de mezclado y secado y los beneficios que ofrecen junto con el vacío.

Mezcladoras de cinta: un enfoque clásico Al aplicar el principio del movimiento aleatorio a gran escala, el mezclador de cinta demuestra particularmente la mezcla convectiva de alta velocidad entre sistemas de mezcla sólido-sólido. Un mezclador de cinta consta de una artesa horizontal en forma de U y un agitador formado por cintas helicoidales internas y externas que mueven el material en direcciones opuestas. Las cintas giran hasta aproximadamente 300 pies/min y mueven materiales tanto radialmente como lateralmente. El elemento giratorio también se puede reemplazar con un agitador con diseño de paletas para un manejo más suave de los ingredientes friables. Los mezcladores de cinta tienen una altura flexible, con patas más largas opcionales para transferencia de material en varios niveles o un diseño más corto para sistemas de carga de bajo perfil.

De diseño simple y altamente escalable a volúmenes de lotes muy grandes (más de 500 pies cúbicos), el mezclador de cinta se usa con mayor frecuencia para mezclar directamente polvos que fluyen libremente, así como para la incorporación rudimentaria de una fase líquida en una mezcla sólida en condiciones atmosféricas. Cuando se construye para vacío y se suministra con una camisa calefactora alrededor del recipiente, el mezclador de cinta es una buena opción a considerar para eliminar rápidamente la humedad de polvos o gránulos, especialmente a gran escala. Las limitaciones básicas de este diseño clásico son que normalmente deben operar con al menos un 30-40 % de la capacidad nominal para una mezcla efectiva dependiendo de la aplicación y no facilitan fácilmente la descarga completa debido a la orientación horizontal.

Haga clic aquí para obtener información sobre la próxima Conferencia/Exposición Internacional de Polvos y Sólidos a GranelLicuadoras verticales: cuando necesitas llegar alto Si bien se utilizan en un número limitado de industrias para la mezcla simple de sólidos en condiciones ambientales, los mezcladores verticales o de “tornillo cónico” se utilizan predominantemente para aplicaciones de secado al vacío. La acción de licuado del tornillo de giro lento de la licuadora vertical es mucho más suave que la de una licuadora de cinta. Sostenido desde arriba, el sinfín mezclador orbita una pared cónica del recipiente mientras gira y levanta suavemente el material hacia arriba. Los materiales se transportan al nivel de lote más alto hacia la periferia del recipiente y luego se mueven lentamente hacia el centro, mientras se mezclan con los materiales que el tornillo orbital mueve hacia arriba. Debido a sus requisitos de baja velocidad, esta máquina requiere la menor potencia entre otras opciones de mezcla.

Si el espacio es reducido, considere optar por una licuadora vertical, ya que ocupa poco espacio. Debido a su geometría cónica, los mezcladores verticales son capaces de descargar el 100% y pueden operar eficientemente con lotes tan pequeños como el 10% del volumen operativo máximo. Sin embargo, la principal desventaja de este diseño sale a la luz cuando se intenta procesar densidades aparentes superiores a 100 lb/pie cúbico. Los mezcladores verticales son más adecuados para dosificar aplicaciones de baja densidad a menor escala. Geométricamente se trata de un diseño planetario, ya que el brazo orbital y el sinfín giratorio giran sobre sus propios ejes. Es especialmente importante elegir un fabricante confiable: el conjunto de engranajes del brazo orbital es mecánicamente complejo, lo que hace que su reparación sea difícil y costosa. Seleccione una licuadora vertical sin sellos ni cojinetes sumergidos en el producto (es decir, diseño de tornillo sin soporte en el extremo inferior) para simplificar el mantenimiento.

Batidoras de tambor: suaves La batidora de tambor es especialmente adecuada para formulaciones con componentes activos o aditivos extremadamente pequeños. También es ideal para procesar aplicaciones delicadas y de alto valor con requisitos de bajo cizallamiento. Esencialmente un dispositivo giratorio, la batidora de tambor viene en una variedad de geometrías, siendo las más comunes las configuraciones en forma de V o de doble cono. El recipiente se carga parcialmente con producto y se hace girar a velocidades operativas en el rango de 5 a 25 rpm. La batidora de tambor se mezcla bajo el mecanismo de difusión: los materiales del lote caen en cascada, distribuyendo partículas sobre una superficie recién expuesta a medida que el recipiente gira a lo largo de un eje horizontal.

Muy popular en la industria farmacéutica, la licuadora de tambor a menudo se suministra en una construcción sanitaria totalmente de acero inoxidable. La geometría del recipiente facilita al 100% la descarga del producto. Las opciones para la optimización del proceso incluyen diseño de vacío, camisa calefactora y una barra intensificadora para desaglomerar grumos.

La licuadora de tambor puede manejar fácilmente densidades aparentes de hasta alrededor de 400 lb/pie cúbico, pero los diseños de servicio pesado admiten 700 lb/pie cúbico. Rentable y escalable, esta máquina es una opción valiosa para muchas aplicaciones. Sin embargo, ocupa un espacio mayor en comparación con otras licuadoras de la misma capacidad. Debe estar equipado con una barandilla de seguridad y requiere un área grande y segura dedicada solo a la licuadora. Finalmente, secar es complicado en una batidora. Asegúrese de que el fabricante tenga experiencia en el sellado al vacío y que construya la licuadora teniendo en cuenta la seguridad.

Licuadoras/Secadoras cilíndricas: suba el calor Los mezcladores/secadores cilíndricos están diseñados para un secado extremadamente eficiente y confiable mediante la combinación de una mezcla minuciosa, un vacío profundo y una camisa con deflectores que rodea todo el cilindro y las placas terminales, lo que permite un control estricto de la temperatura. Estas máquinas se adaptan a una amplia gama de formas de alimento, desde polvos y gránulos de flujo libre hasta gránulos húmedos y materiales pastosos. Estas licuadoras, que se benefician de una forma naturalmente propicia para el vacío profundo, cumplen con requisitos de temperaturas muy altas, de hasta 500 °F. El análisis de elementos finitos (FEA) suele ser necesario para calcular tolerancias muy precisas para adaptarse a la expansión del eje durante el procesamiento a altas temperaturas. La caja de engranajes y todos los cojinetes están ubicados fuera de la cámara de secado y no están sujetos a la misma temperatura que los materiales que se procesan. Dentro del cilindro, el producto se mezcla mediante un agitador de cinta, paleta o combinación de cinta y paleta.

Los inconvenientes incluyen puertos de carga a granel más pequeños debido a la prioridad del revestimiento total, así como desafíos en cuanto a limpieza y accesibilidad. Sin embargo, en general, este competidor es capaz de realizar las aplicaciones de calentamiento y secado más exigentes.

Mezcladores planetarios dobles: un candidato sorprendente Si bien son bien conocidos por su capacidad para mezclar materiales viscosos o dilatantes, los mezcladores planetarios dobles en realidad también son efectivos para mezclar sólidos secos, densos y que no fluyen libremente. Quizás no muchos ingenieros sepan que este mezclador de lata de cambio orientado verticalmente es excelente para mezclar y secar polvos metálicos e incluso preparar granulaciones. El típico mezclador planetario doble actual casi siempre es apto para vacío. Mezcla el producto haciendo girar dos palas idénticas sobre sus propios ejes mientras orbitan alrededor de un eje común. Las cuchillas entran en contacto con prácticamente todos los puntos del lote después de solo 36 revoluciones y mueven continuamente nuevos materiales desde las paredes laterales hasta el centro del recipiente, lo que garantiza una transferencia de calor altamente eficiente y un secado rápido.

Se pueden construir mezcladores planetarios dobles en capacidades muy pequeñas, tan solo media pinta. Los límites de diseño incluyen temperaturas de funcionamiento más bajas, alrededor de 400 °F y una capacidad máxima de 1000 gal. El costo también es mayor en comparación con las licuadoras y secadoras convencionales.

Considere el procesamiento en un solo recipiente en una mezcladora planetaria doble para cumplir múltiples objetivos: mezclar polvos; fundir sólidos; cubra bien los sólidos con una pequeña cantidad de líquido; mezclar lechadas y pastas; preparar geles sensibles al corte, mezclas rellenas de fibras o compuestos abrasivos; amasar materiales similares a masas; eliminar el exceso de humedad de la granulación; Transforme pastas húmedas en polvos que fluyen libremente al vacío, todo en una sola máquina. Especialmente en la etapa de I+D, el versátil mezclador planetario doble puede superar por un amplio margen a las opciones más obvias de licuadora/secadora.

John Ross ha trabajado en Charles Ross & Son Co., Hauppauge, Nueva York, durante tres años. La empresa fabrica equipos para mezclar, combinar, secar y dispersar, disponibles en diseños estándar o personalizados, para satisfacer necesidades de procesamiento específicas. Para obtener más información, llame al 631-234-0500 o visite www.mixers.com. Aquí encontrará más artículos que pueden interesarle:How to Find the Right Mixer for Your ApplicationPowder Mixing Challenges and How to Overcome ThemMixer Selection: 3 Tips for SuccessBenefits of Tumble Blenders and Dryers 51, 51);">Estrategias de mezcla para aplicaciones con alto contenido de sólidos

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