将环层造粒机(RMG)从实验室放大到生产时应注意什么?
在环层造粒机的放大过程中,几何结构、填充率、工具速度、粘结剂加入方式、造粒时间及能量输入等因素必须转移到生产规模。目标是在大规模条件下依然可重复地保持颗粒尺寸、强度、水分分布及均匀度。
1. 几何相似性
容器及工具几何结构应尽可能保持可比性。壁间距、内部构件、喷嘴位置以及造粒机的有效工作区同样重要,因为它们直接影响环层的形成。
即使是微小的几何偏差,也可能显著改变流动及润湿特性。
2. 运动学放大
对于环层混合造粒机(RMG)而言,工具的圆周速度(Tip Speed)通常被用作核心放大参数。相较于单纯的转速数值,它更能准确反映粉体层所受到的机械作用。
弗劳德数同样常被用作参考,因为它反映了离心力与重力之比。但在实践中,通常不会仅采用单一参数,而是使用针对具体产品调整的放大参数组合。
弗劳德数适用于旋转式自由落体混合机、滚筒式混合机、抛甩式混合机,以及采用水平安装混合工具的系统。对于具有强制翻转功能的立式混合机而言,弗劳德数并非设计或放大标准。在此类混合机中,关键在于混合原理在所有规格下保持一致,且翻转运动能够覆盖整个混合空间而不受填充率影响;其可转移性需通过技术中心以原始产品进行验证来确认。
3. 比能量输入与终点判定
造粒工艺在很大程度上取决于比能量输入及工艺终点的判断。能量输入过低会导致颗粒松散、细小;能量输入过高则会造成过大颗粒、不必要的压实及磨损增加。因此,工艺终点不应以固定时间来判定,而应依据可测量的标准加以确定。
4. 加液与润湿
在放大过程中,粘结剂或喷雾速率必须按比例并可重复地进行调整。液滴大小、喷嘴布置、喷雾模式及加入位置同样重要,因为它们会影响局部过度湿润的情况,进而影响结块的形成。
对于大型设备而言,通常需要采用多个喷嘴或经过调整的喷雾几何结构,以确保均匀分布。
5. 停留时间与填充率
填充率与产能应设计得使环层保持稳定,并使造粒过程均匀进行。对于连续式装置而言,停留时间分布尤为重要,因为它直接影响颗粒质量。
因此,技术中心装置与生产装置之间保持相近的填充率范围通常是合理的做法。
6. 热学行为
在生产规模下,由于表面积与容积之比降低,散热效果通常会变差。因此,产品温度、粘结剂特性及干燥过程可能比在技术中心中发生更显著的变化。
因此,温度监控以及必要时的冷却或调整工艺时间,是稳健放大方案的重要组成部分。
7. 机械负荷与磨损
随着规模增大,扭矩、轴承负荷及耐磨要求也随之提高。因此,工具、密封件及内壁必须针对更高负荷进行设计。
对于磨蚀性配方而言,耐磨表面及易于接触的结构设计尤为重要。
8. 测量技术与PAT
为实现可靠的放大转移,应持续监测扭矩、功率、产品温度及水分。PAT工具及其他在线测量系统有助于更好地控制造粒过程及终点判定。
由此,放大方案不仅在计算层面得到保障,也在工艺分析层面得到验证。
9. 清洗与安全
随着规模的增大,对残余物排空、可清洗性、防尘密闭性及防爆性能的要求也随之提高。
对于产尘物料,需一并规划接地、惰化处理及适当的泄压方案。
amixon®如此评估环层混合造粒机的放大方案
对环层混合团聚机进行数学化的放大极为困难。目前对于环层中导致团聚形成的具体效应,尚缺乏充分可靠的认知;对于使已形成的团聚体发生破碎的作用机制,同样知之甚少。
通常,团聚体在加入液体成分后会迅速形成。此后,在环层混合造粒机内,颗粒的形成与破碎之间会建立起一种平衡状态。该平衡受圆周速度(约8至35米/秒)、停留时间、液体加入方式以及产品的可造粒性所调控。混合工具的形状同样具有重要影响。由于这些关系均具有产品特异性,amixon®明确指出:设备的正确设计必须通过试验加以确定,因为实际体积流量可能与目录数值存在显著偏差。仅凭理论计算进行放大是不负责任的做法。
就amixon®而言,目前并不存在一种可靠的外推方法。此类结构的混合机并非amixon®的核心业务重点。