Droge menging : vloeistof toevoeging tijdens mengen

1. Inleiding : vloeistof toevoeging aan een droge menger

Mengen van bulkvaste stoffen is een zeer wijdverspreide bewerking in procede-industrieen. Verschillende droge componenten worden geladen in een specifieke volgorde in een menger, zoals een paddlemenger, lintmenger of zelfs trommelmenger, en vervolgens gemengd voor een bepaalde hoeveelheid tijd. Het resulterende droge mengsel wordt vervolgens gebruikt voor verdere processtappen, of kan worden verpakt en verkocht als zodanig.

In een verrassend hoog aantal gevallen zullen fabrikanten echter niet alleen droge materialen gebruiken, maar zullen ook een vloeistof in de menger injecteren. De toevoeging van vloeistof kan voor veel doeleinden worden gedaan, maar is zeer vaak een verbetering van de droge mengformulering. De belangrijkste redenen voor het injecteren van vloeistof tijdens poedermengen zijn de volgende :

• Wijzig de eigenschappen van vaste stoffen, met name de stroomeigenschappen door een bepaalde mate van agglomeratie - vloeistoffen creeren inderdaad kleine vloeistofbruggen tussen deeltjes, waardoor kleine deeltjes aan grote deeltjes worden gebonden. We spreken dan van granulatie of natte agglomeratie, en de menger wordt vaak een granulator genoemd. Een dergelijke granulatie kan worden gebruikt om de stroombaarheid van het materiaal te verbeteren door grotere deeltjes te hebben en / of om de risico's van segregatie in de volgende processtappen te verminderen
• Voeg een component toe, zoals een smaak die geen equivalent heeft in droge toestand, een aroma of een kleurstof

Het moet worden opgemerkt dat de toevoeging van vloeistof hier klein is (van <1% gewicht tot 8-10%), het doel is hier niet om een suspensie te maken maar eerder te granuleren (deeltjesgrootte verhogen) of het droge poeder te coaten, hoewel sommige continue droogmengers soms door hun fabrikanten worden aangeprezen als in staat om massa's te verwerken met tot 50% vloeistoftoevoeging.

De toevoeging van vloeistof moet worden aangepast in termen van debiet, moment van injectie in de mengcyclus, om de vorming van klonten te voorkomen. Er zijn systemen ontworpen om een pasta te maken, maar het is niet het doel van deze pagina om ze te beschrijven.

2. Hoe voeg je vloeistof toe aan een poedermengsel ?

2.1 Vloeistofspuiten

Het voordeel van spuiten is dat je een groot deel van het mengvolume kunt bedekken in plaats van alle vloeistof te concentreren in een beperkt gebied, wat waarschijnlijk klonten zal creëren. Het spuiten moet niet te snel gebeuren, een orde van grootte van spuitijd is 20-30 s; de spuitmond moet dan worden geselecteerd met het oog op de spuitvorm (zorg ervoor dat je de wand van de menger niet raakt) en de capaciteit om een voldoende spuitijd te hebben.

Figuur 1 : voorbeeld van een vloeistofspuitsysteem in een hoge-schroefmenger

Enkele fase drukspuitmonden worden verkozen boven luchtatomiserende monden die te veel vloeistof naar de wand / deksel van de menger kunnen sturen. Als de technologie van de menger het toelaat, moeten monden worden geïnstalleerd zodat ze spuiten in het fluidiseringsgebied van de menger (tussen de as voor een dubbele schroefpaddle-menger bijvoorbeeld) en mogen niet te dicht bij het poedermengsel zijn zodat de druppels goed kunnen vormen voordat ze in contact komen met het poeder.

2.2 Vloeistofinjectie

Voor hogere verhoudingen kan de vloeistof niet worden gespoten, maar eenvoudigweg in de menger worden geïnjecteerd. Het injectiepunt moet dicht bij een deagglomerator liggen om te voorkomen dat klonten van het product worden gecreëerd tijdens het toevoegen van de vloeistof.

2.3 Vloeistofmeting

Er zijn 2 belangrijke manieren om de juiste hoeveelheid vloeistof aan een menger toe te voegen :

• Gebruik een pomp (positieve verplaatsingspomp) en een debietmeter (voor lage gevoeligheidsgevallen kan de dosering alleen volumetrisch zijn op basis van het aantal omwentelingen van de pomp)
• Heb een tank op lastcellen en gebruik samengeperste lucht om de tank te drukken en de vloeistof door de spuitmond te duwen

2.4 Voor-mengen

De toevoeging van vloeistof, vooral als deze vrij viskeus is, kan het mengen moeilijk maken. Het kan dan interessant zijn om een voor-menging te hebben tijd met alleen de droge ingrediînten vóór het introduceren van de vloeistof, zodat de droge ingrediînten gemengd worden met een bepaalde homogeniteit.

2.5 Toevoegingstijd en nat mengtijd

Het batchsysteem wordt vaak geprogrammeerd in 2 fasen wanneer er vloeistof [Kansas] moet worden verwerkt:

• Vloeistoftoevoegingstijd tijdens welke de vloeistof wordt geïnjecteerd / gespoten
• Natte mengtijd tijdens welke het mengen wordt gedaan nadat de vloeistof is toegevoegd

Om de cyclus­­tijdte optimaliseren, wordt de vloeistoftoevoegingstijd vaak zo snel mogelijk geprogrammeerd. Echter, zo snel mogelijk betekent dat de stroom van vloeistof moet worden verhoogd, wat kan leiden tot een toename van de druppels vloeistof en vervolgens tot klontvorming. Er moet dan een balans worden gevonden tussen de optimalisatie van de cyclus­tijd en de risico's om productklonten te creîren.

De natte mengtijd moet voldoende zijn om de vloeistof goed te verdelen en moet mogelijk worden verlengd als de vloeistoftoevoegingstijd te kort was. Ervaringen zijn nodig om de optimale vloeistoftoevoeging en natte mengtijd te definiîren. [Kansas] stelt ook dat het type mengapparaat een invloed heeft op hoe de toevoegingstijd de homogeniteit en dus de totale cyclus­tijd beïnvloedt. Bijvoorbeeld waren ribbonmengers vrij ongevoelig voor de toevoegingstijd (de schuifkrachten die door de ribbon worden toegepast, kunnen helpen om agglomeraten te breken), terwijl het voor paddle-mengers uitmaakte (een langere toevoegingstijd kan toelaten om te profiteren van het vloeibaarheidseffect van dit type mengapparaat). Het artikel van [Kansas] benadrukt echter dat het moeilijk is om generaliteiten te definiîren en dat ervaring / validatie moet worden uitgevoerd op industriële mengapparaten.

2.6 Gebruik van vacuüm

Wanneer bepaalde materialen, en vooral smaakstoffen in de voedingsindustrie, moeten worden gespoten, kan het interessant zijn om de poeder eigenlijk onder vacuüm te plaatsen vóór de toevoeging van vloeistoffen. De vacuüm maakt dan de porositeit van de poeder vrij van lucht, wat de adsorptie van de gespoten vloeistof en de binding met de poeder verbetert. De fabrikant kan dan meer vloeistof toevoegen terwijl hij goede poedereigenschappen (vooral vloeibaarheid) behoudt en een goede retentie van de vloeistof in de poeder heeft.

3. Beste mengers voor vloeistoftoevoeging / granulatie

Het is moeilijk om te definiîren wat de beste menger is wanneer een kleine hoeveelheid vloeistof aan een droge mengsel wordt toegevoegd, echter kunnen mengers worden onderverdeeld in verschillende groepen volgens de verwachte prestaties.

3.1 Wervelbed­­blenders / V­­mengers

Vrije val roterende mengers, zoals wervelbedblenders en V-mengers, worden soms voorgesteld door hun fabrikant als geschikt voor de injectie van vloeistof. Als het mogelijk is om vloeistof toe te voegen, is dit type menger niet optimaal voor een dergelijke dienst, omdat de schuifrate zeer laag is, er geen vloeibaarheid van poeder is wat betekent dat de injectie van vloeistof bijna zeker zal leiden tot klonten en een slechte homogenisatie van de vloeistof in de poedermengsel. Als gevolg hiervan moet, om het mengen te verbeteren,de injectie van vloeistof dicht bij een deagglomerator of een intensificeerbalk voor V-mengers worden gedaan (hoge­snelheid roerders die schuifkrachten en dus klontbreuk leveren). De deagglomeratoren hebben echter het effect dat de breuk (degradatie) van de poeder toeneemt, vooral als de mengtijd lang kan zijn voor deze mengers. 3.2

Ribbon­mengers Ribbonmengers kunnen worden uitgerust met vloeistofinjectie / spuitsystemen. De vloeistof wordt op het oppervlak van de mengsel gespoten, waarna een natte mengtijd moet worden toegepast, tijdens welke de ribbon zal helpen om agglomeraten te breken en de poeder te verdelen. Deze natte mengtijd kan relatief lang zijn.

3.3

Dubbele­schachtpaddle­mengers Dubbele schachtpaddle-mengers creîren, tijdens het mengen, een vloeibaarheidzone tussen de mengassen.

Deze vloeibaarheidzone kan worden gebruikt om de spuiting van materialen te optimaliseren : spuiten op de vloeibare poeder vermindert de risico's van klontvorming en stelt u in staat om een groot deel van de poeder te bereiken voordat de natte mengtijd begint. Als klontvorming nog steeds wordt waargenomen, vooral wanneer de hoeveelheid toegevoegde vloeistof hoog is, kunnen deagglomeratoren aan de menger worden toegevoegd. 3.4

Schuifmengers (ploegscharemengers) Dit type mengers is, dankzij de vorm van de roerder maar ook de rotatiesnelheid van de as

goed aangepast aan de injectie van vloeistof en de vorming van een Wervelbeden vooral voor een hoog percentage vloeistof toevoeging waar de stroomeigenschappen van het poeder sterk worden beïnvloed (bijvoorbeeld door het injecteren van vetten). De schaar die door de mixer wordt geleverd, helpt inderdaad om klonters te breken en het mengsel te homogeniseren; het gebruik van 1 of meerdere deagglomerators kan het reeds goede schaareffect van de hoofdas completeren. Als gevolg van de schaar bereikt dit type mixer meestal een korte mengtijd, maar mogelijk met een sterke breuk van het poeder.

3.5 Deagglomerators

Deagglomerators zijn kleine roerders, meestal uitgerust met bladvormige menggereedschappen en roteren met 1000-3000 rpm, waardoor ze veel schaar leveren op lokaal niveau. Ze worden altijd gebruikt als aanvulling op de hoofdroerder van de mixer waarop ze zijn gemonteerd.

Bron

[Kansas] Saensukjaroenphon, M.; Jones, C. K.; Fahrenholz, C. H.; en Stark, C. R. (2016) "Het Effect van Vloeistof Toepassings Tijden, en Mixer Typen met Verschillende Natte Meng Tijden op Uniformiteit van Mengsel," Kansas Agricultural Experiment Station Research Reports: Vol. 2: Iss. 8.