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Un normale serbatoio di stoccaggio non è necessariamente un recipiente di miscelazione adatto. Quando la geometria del recipiente, l'agitatore, il livello del liquido o la configurazione della potenza non corrispondono al processo, gli operatori potrebbero riscontrare concentrazioni non uniformi, zone stagnanti, sedimentazione di solidi, formazione eccessiva di vortici, distribuzione instabile della temperatura o consumo energetico non necessario. Un recipiente di miscelazione industriale è quindi un recipiente di processo e non semplicemente un serbatoio con un motore installato sulla parte superiore.
Per la produzione chimica, farmaceutica, alimentare e delle bevande, di rivestimenti, di adesivi e per il trattamento delle acque, la nave deve essere progettata in base al materiale effettivo e all'obiettivo del processo. Capacità, volume di lavoro, geometria dell'agitatore, diametro della girante, velocità di rotazione, design dell'albero, deflettori, selezione del materiale, controllo della temperatura e tenuta influenzano tutti il risultato finale della miscelazione. Questo è anche il motivo per cui il prezzo di un vaso di miscelazione industriale può variare notevolmente tra apparecchiature con la stessa capacità nominale.
La prima considerazione progettuale è il rapporto tra la capacità della nave e il volume di lavoro. Un serbatoio da 2.000 L, ad esempio, normalmente non significa che il processo debba funzionare sempre con 2.000 L di materiale. Lo spazio di testa richiesto dipende dalla formazione di schiuma, dall'espansione termica, dall'aggiunta di polvere, dal trascinamento di gas e dall'intensità dell'agitazione. Sul volume di esercizio influisce anche la posizione e la profondità di immersione della girante, che influenza direttamente la circolazione.
Il rapporto diametro-altezza del vaso è un'altra variabile importante. Un recipiente relativamente alto può richiedere più giranti o un diverso schema di circolazione, mentre un recipiente più largo può richiedere un flusso radiale o assiale sufficiente per evitare aree scarsamente miscelate vicino al fondo e alle pareti. La geometria corretta dovrebbe essere stabilita in base al servizio di miscelazione richiesto piuttosto che selezionata solo dalle dimensioni standard del serbatoio.
La selezione dell'agitatore segue lo stesso principio. Le eliche sono comunemente adatte a liquidi a viscosità relativamente bassa dove è richiesta una forte circolazione assiale. Le giranti a turbina possono fornire un flusso più radiale e sono spesso prese in considerazione per la dispersione di gas, la miscelazione di liquidi o processi che richiedono una maggiore turbolenza locale. I design a pale forniscono una copertura del flusso più ampia a velocità moderate, mentre gli agitatori ad ancora sono particolarmente utili per i prodotti viscosi che tendono a rimanere vicino alla parete del serbatoio.
La velocità di rotazione non può essere considerata indipendentemente dal diametro della girante. L'aumento della velocità può aumentare la circolazione e il taglio, ma una velocità eccessiva può provocare vortici indesiderati, intrappolamento di aria o danni al prodotto. Una girante più grande che funziona a una velocità inferiore può produrre un modello di flusso diverso da una girante piccola che funziona ad alta velocità. La potenza del motore deve quindi essere selezionata in base a viscosità, densità, concentrazione di solidi, geometria della girante, tempo di miscelazione target e condizioni di avvio.
I deflettori sono altrettanto importanti. Senza un adeguato sconcertante, il liquido può ruotare con l'agitatore invece di sviluppare un'utile circolazione in tutto il recipiente. Ciò può creare un vortice profondo lasciando le altre regioni scarsamente mescolate. I deflettori interrompono questo movimento rotatorio di massa e reindirizzano l'energia nella circolazione. Il loro numero, larghezza, distanza e configurazione dovrebbero comunque essere determinati in base alla geometria del recipiente e ai requisiti di processo piuttosto che copiati come standard universale.
Anche il diametro e la lunghezza dell'albero, la disposizione dei cuscinetti, ove applicabile, e la configurazione della trasmissione richiedono considerazioni di natura ingegneristica. Un albero lungo con una girante di grandi dimensioni può subire un carico meccanico significativo, in particolare durante la lavorazione di materiali viscosi o quando si inizia con un liquame sedimentato. Il sistema di azionamento deve tenere conto della coppia operativa e delle condizioni transitorie di avviamento.
Non esiste un'unica configurazione dell'agitatore che funzioni altrettanto bene con ogni materiale.
Per liquidi a bassa viscosità come soluzioni acquose, eliche a flusso assiale o giranti di turbine opportunamente selezionate possono generare la circolazione attraverso un volume relativamente grande senza richiedere una potenza del motore estremamente elevata. L'obiettivo della progettazione è spesso il rapido turnover della massa e la concentrazione uniforme piuttosto che il taglio massimo.
I materiali ad alta viscosità si comportano diversamente. Vernici, adesivi, resine, creme e altri prodotti viscosi possono resistere alla circolazione e creare regioni che si muovono lentamente vicino alla parete del vaso. Gli agitatori ad ancora o altri design a distanza ravvicinata possono migliorare lo spazzamento delle pareti e il movimento della massa. A seconda della formulazione, si può prendere in considerazione anche una disposizione con raschiatore quando è importante il trasferimento di calore attraverso la parete del serbatoio.
Per la miscelazione solido-liquido, la differenza di densità e la dimensione delle particelle diventano fondamentali. Un impasto liquido contenente particelle pesanti richiede una circolazione sul fondo sufficiente per prevenire la sedimentazione. Un agitatore che funziona bene per un liquido omogeneo potrebbe non fornire una velocità inferiore sufficiente per mantenere i solidi in sospensione. La posizione della girante, il diametro, la velocità e la geometria del fondo del serbatoio devono pertanto essere considerati insieme.
La dispersione ad alto taglio è un altro compito distinto. Quando le polveri devono essere disperse in un liquido, o quando sono necessarie la riduzione delle dimensioni delle particelle e la deagglomerazione, un agitatore convenzionale a bassa velocità potrebbe non fornire il taglio localizzato necessario. Un sistema rotore-statore ad alto taglio o una girante di dispersione dedicata possono essere incorporati insieme al sistema di circolazione primaria.
Le proprietà dei materiali devono essere specificate prima della selezione dell'attrezzatura finale. Viscosità, densità, contenuto di solidi, dimensione delle particelle, corrosività, temperatura operativa, sensibilità al taglio e tempo di batch richiesto forniscono la base per la selezione dell'agitatore e del motore. Per questo motivo, un fornitore dovrebbe richiedere i dati di processo piuttosto che fornire un agitatore basato esclusivamente sulla capacità del serbatoio.
La selezione del materiale influisce sia sulla durata di servizio che sul prezzo del recipiente di miscelazione industriale. L'acciaio inossidabile 304 è comunemente considerato per applicazioni in cui i requisiti di resistenza alla corrosione sono moderati. 316 e 316L forniscono una maggiore resistenza in molti ambienti contenenti cloruri o chimicamente impegnativi, mentre 316L è spesso selezionato dove è desiderabile un basso contenuto di carbonio, in particolare per apparecchiature fabbricate che richiedono una struttura saldata in acciaio inossidabile.
La scelta corretta dipende ancora dal mezzo effettivo, dalla concentrazione, dalla temperatura, dai prodotti chimici per la pulizia e dalle condizioni di esposizione. Selezionare il 316L semplicemente perché è più costoso non lo rende automaticamente appropriato per ogni processo.
Il controllo della temperatura può essere integrato attraverso una camicia attorno alla nave. Un recipiente a parete singola può essere sufficiente quando non è richiesto alcun servizio di riscaldamento o raffreddamento. Una configurazione rivestita può supportare il riscaldamento o il raffreddamento controllato, mentre l'isolamento può ridurre la perdita di calore e migliorare la stabilità della temperatura quando il processo funziona a temperature elevate o ridotte.
Anche le tenute meccaniche meritano attenzione perché la penetrazione dell'albero è un'interfaccia critica tra il prodotto e il sistema di azionamento esterno. La scelta della tenuta dovrebbe considerare la pressione, la temperatura, la velocità dell'albero, la compatibilità dei materiali, i requisiti di pulizia e se il processo necessita di un livello di contenimento più elevato.
Ulteriori configurazioni possono includere connessioni di ingresso e uscita sanitarie o orientate al processo, porte di caricamento della polvere, punti di campionamento, sensori di temperatura, misurazione del livello, connessioni CIP, disposizioni SIP, visori, strumentazione di pressione e flange personalizzate. Il controllo basato su PLC può coordinare ulteriormente la velocità di miscelazione, la temperatura, il livello del liquido, il dosaggio e le sequenze dei lotti quando il recipiente fa parte di una linea di produzione automatizzata.
Per le applicazioni farmaceutiche e alimentari, la finitura superficiale, la qualità della saldatura, la pulibilità, il drenaggio e la progettazione igienica delle connessioni possono diventare importanti tanto quanto il volume nominale del serbatoio.
Quando si confrontano i prezzi delle navi di miscelazione industriali, gli acquirenti dovrebbero evitare di confrontare solo la capacità. Due recipienti da 2.000 litri possono avere prezzi sostanzialmente diversi perché i loro requisiti di costruzione e di processo sono diversi.
I principali fattori di costo normalmente includono materiale e spessore del recipiente, geometria del recipiente, pressione di esercizio, temperatura di esercizio, tipo di agitatore, diametro della girante, potenza del motore, design dell'albero, tenuta meccanica, configurazione della camicia, isolamento, strumentazione, automazione, trattamento superficiale e ugelli o flange personalizzati. Un recipiente a pressione, ad esempio, richiede requisiti di fabbricazione e ispezione sostanzialmente diversi da un serbatoio atmosferico.
L'automazione può anche modificare il costo del progetto. Un avviatore motore di base e la lettura manuale della temperatura rappresentano un ambito di controllo molto diverso da un sistema PLC che gestisce la velocità di miscelazione, la temperatura, il livello del liquido, le sequenze di dosaggio, gli allarmi e il funzionamento basato su ricette.
L'approccio di acquisto più utile consiste nel confrontare la portata totale dell'attrezzatura. Il costo iniziale dell'attrezzatura dovrebbe essere considerato insieme all'installazione, alla messa in servizio, alla manutenzione, ai pezzi di ricambio, ai requisiti di pulizia, al consumo energetico e alle condizioni operative previste. Un preventivo inferiore per l'attrezzatura potrebbe non essere conveniente se l'agitatore non è adatto al prodotto o se il serbatoio richiede modifiche estese dopo l'installazione.
Scegliere tra i produttori di vasi di miscelazione industriali richiede una valutazione ingegneristica simile. Un produttore capace dovrebbe essere in grado di tradurre le informazioni di processo nella geometria del recipiente, nella scelta dell'agitatore, nel dimensionamento del motore, nei materiali, nella tenuta, nel controllo della temperatura e nei requisiti di automazione. Il produttore deve inoltre comprendere in che modo la viscosità, la densità, il carico di solidi, la corrosione, le dimensioni del lotto e il tempo di miscelazione richiesto influiscono sulla configurazione dell'apparecchiatura.
Anche la capacità produttiva è importante. Gli acquirenti devono esaminare le procedure di saldatura, il controllo dimensionale, la finitura superficiale, i test di pressione o di tenuta ove applicabile, i test di fabbrica, la documentazione dei materiali, i registri di ispezione e la qualità dei componenti fabbricati. Per i progetti ingegneristici, i disegni, le specifiche delle apparecchiature, i manuali, i certificati e il supporto per la messa in servizio fanno parte dei documenti consegnabili piuttosto che della documentazione secondaria.
RUMI Technology si avvicina alle apparecchiature di miscelazione da questa prospettiva orientata al processo. Dal lancio del suo primo sistema di dosaggio ad alta precisione sviluppato internamente e di apparecchiature di miscelazione ad alta efficienza nel 2018, RUMI Technology ha sviluppato la sua posizione come fornitore di servizi di apparecchiature per la chimica fine. Il suo lavoro comprende soluzioni personalizzate per aziende produttrici di vernici e inchiostri, apparecchiature di miscelazione per produttori di resina e nuovi materiali e soluzioni di sistema per nuove applicazioni energetiche e di materiali compositi.
L'azienda afferma che il suo sviluppo ha comportato centinaia di iterazioni di ricerca e sviluppo e la creazione di numerosi brevetti di invenzione. Il suo sistema di garanzia della qualità comprende test di fabbrica 72 ore su 24 e risposta post-vendita 24 ore su 24, con certificazioni ISO9001 e CE. Questa combinazione di comprensione del processo, produzione di apparecchiature, test e supporto tecnico è particolarmente rilevante quando un recipiente di miscelazione industriale deve essere integrato in un processo di produzione esistente anziché acquistato come serbatoio standard isolato.
In definitiva, il giusto recipiente di miscelazione industriale è determinato dalla relazione tra materiale, processo, geometria del recipiente, sistema di agitazione e condizioni operative. Per gli acquirenti che valutano il prezzo o i produttori, la domanda più utile non è semplicemente quanto costa la nave, ma se la sua configurazione ingegneristica può fornire il risultato di miscelazione richiesto durante il ciclo di produzione previsto.
