Mieszalnia a pneumatyka – charakterystyka, procesy, zastosowanie

Czym jest mieszalnia przemysłowa?

Mieszalnia to wydzielona część zakładu, w której dwa lub więcej składników łączy się w produkt o wymaganym składzie, strukturze i właściwościach. Mogą to być substancje sypkie, płyny, pasty, zawiesiny, emulsje, granulaty, włókna albo mieszaniny wielofazowe. Mieszalnie występują między innymi w:

• przemyśle spożywczym,

• produkcji pasz,

• przemyśle chemicznym,

• branży farmaceutycznej,

• produkcji kosmetyków,

• przemyśle tworzyw sztucznych,

• produkcji farb i lakierów,

• budownictwie,

• produkcji zapraw, klejów i mas uszczelniających,

• przemyśle gumowym,

• produkcji nawozów,

• przemyśle ceramicznym,

• produkcji detergentów,

• zakładach recyklingu,

• produkcji materiałów ciernych i kompozytów.

W zależności od procesu mieszalnia może pracować okresowo lub w sposób ciągły. W procesie okresowym przygotowuje się określoną partię produktu. Po zakończeniu mieszania urządzenie jest opróżniane, a następnie rozpoczyna się przygotowanie kolejnej partii. W procesie ciągłym surowce są podawane bez przerwy, a gotowy produkt jest stale odbierany z urządzenia. Takie rozwiązanie zapewnia wysoką wydajność, ale wymaga bardzo dokładnej kontroli strumieni surowców.

Wyposażenie mieszalni zależy od rodzaju surowca

Nie istnieje jeden uniwersalny układ mieszalni. Inaczej projektuje się instalację do mieszania suchych proszków, inaczej linię do przygotowywania emulsji, a jeszcze inaczej układ do bardzo lepkich mas.

Mieszalnia materiałów sypkich

W mieszalniach proszków, granulatów i innych materiałów sypkich najważniejsze są:

• skuteczny transport surowca,

• dokładne dozowanie,

• ograniczenie segregacji składników,

• zapobieganie powstawaniu zatorów,

• kontrolowanie zapylenia,

• ochrona przed elektrycznością statyczną,

• właściwe odpowietrzanie zbiorników,

• możliwość całkowitego opróżnienia instalacji.

Typowym problemem jest rozwarstwianie się mieszaniny po zakończeniu procesu. Jeżeli składniki różnią się gęstością, wielkością lub kształtem cząstek, mogą ponownie się rozdzielać podczas transportu, przesypywania albo magazynowania. Dlatego mieszalnik powinien znajdować się możliwie blisko punktu odbioru produktu, a droga gotowej mieszanki do pakowaczki, zbiornika buforowego lub kolejnej maszyny powinna być odpowiednio zaprojektowana.

Mieszalnia cieczy

Przy mieszaniu cieczy istotne są:

• lepkość,

• gęstość,

• temperatura,

• wzajemna mieszalność składników,

• tendencja do pienienia,

• agresywność chemiczna,

• możliwość sedymentacji,

• wymagany poziom homogenizacji.

W takich instalacjach stosuje się zbiorniki ciśnieniowe procesowe, pompy, armaturę, przepływomierze, zawory regulacyjne, układy grzania lub chłodzenia oraz odpowiednio dobrane mieszadła.

Mieszalnia past i mas lepkich

Do mieszania klejów, mas uszczelniających, smarów, silikonów, żywic i innych lepkich produktów potrzebne są urządzenia zdolne do przenoszenia dużych momentów obrotowych. W procesach tych stosuje się między innymi:

• mieszalniki planetarne,

• mieszalniki kotwowe,

• ugniatarki,

• mieszalniki dwuwałowe,

• homogenizatory,

• urządzenia próżniowe,

• prasy do opróżniania beczek,

• pompy do mediów o wysokiej lepkości.

Pneumatyka może odpowiadać za docisk pokrywy, blokowanie zbiornika, zmianę położenia głowicy, otwieranie zaworu spustowego, sterowanie armaturą oraz pracę urządzeń pomocniczych.

Główne strefy funkcjonalne mieszalni

Kompletna mieszalnia przemysłowa powinna zostać podzielona na logiczne strefy technologiczne.

Podział funkcjonalny ułatwia analizę przepływu materiału, ludzi i opakowań. Pozwala również oddzielić strefy czyste od brudnych oraz ograniczyć możliwość pomyłkowego podania surowca do niewłaściwego zbiornika.

Przyjęcie surowców

Surowce mogą trafiać do mieszalni w workach, big-bagach, beczkach, kontenerach IBC, cysternach lub luzem w pojazdach silosowych.

Rozładunek worków

Stanowisko do ręcznego opróżniania worków powinno mieć:

• stabilny podest roboczy,

• zasyp o odpowiedniej wysokości,

• kratę zabezpieczającą,

• lokalny odciąg pyłu,

• sito oddzielające zanieczyszczenia,

• czujnik poziomu,

• dostęp do czyszczenia,

• zabezpieczenie przed przypadkowym uruchomieniem urządzeń.

Lej zasypowy może być wyposażony w wibrator, napowietrzanie, mieszadło zapobiegające zawieszaniu się proszku albo pneumatycznie sterowaną zasuwę.

Rozładunek big-bagów

Stacja rozładunku big-bagów powinna umożliwiać bezpieczne podwieszenie worka, kontrolowane otwarcie rękawa oraz ograniczenie emisji pyłu. W zależności od właściwości materiału stosuje się:

• ugniatacze worka,

• wibratory,

• systemy masażu big-baga,

• uszczelnienia rękawa,

• zawory zaciskowe,

• odciąg pyłu,

• pomiar masy,

• czujniki obecności worka.

Siłowniki pneumatyczne mogą sterować dociskami, zaciskami, klapami oraz elementami układu opróżniania.

Rozładunek cystern

Materiały proszkowe mogą być rozładowywane z cystern przy użyciu nadciśnienia. Surowiec jest wówczas transportowany rurociągiem do silosu. Instalacja powinna zawierać:

• odpowiedni króciec przyłączeniowy,

• przewód lub rurociąg transportowy,

• zawór odcinający,

• zawór zwrotny,

• pomiar ciśnienia,

• zabezpieczenie przed przepełnieniem,

• filtr odpowietrzający silos,

• system potwierdzenia właściwego silosu.

W tym obszarze szczególnie ważna jest eliminacja pomyłek. Podłączenie cysterny do niewłaściwego rurociągu może spowodować zanieczyszczenie całej partii albo konieczność kosztownego czyszczenia instalacji.

Silosy, zbiorniki i pojemniki magazynowe

Wybór zbiornika zależy od rodzaju materiału, wymaganej pojemności, sposobu napełniania oraz metody opróżniania. Silos na materiał sypki powinien być wyposażony co najmniej w:

• pomiar poziomu minimalnego i maksymalnego,

• filtr odpowietrzający,

• zabezpieczenie przed nadciśnieniem,

• właz rewizyjny,

• króciec napełniający,

• układ opróżniania,

• elementy zapobiegające zawieszaniu się materiału.

W dolnej części silosu mogą występować problemy z przepływem surowca. Materiał może tworzyć sklepienia, kanały przepływu lub strefy martwe. Rozwiązaniem bywają wibratory, pulsatory, napowietrzacze, odpowiednia geometria leja albo urządzenia mechaniczne wspomagające opróżnianie. Nie należy jednak stosować nadmuchu bez wcześniejszej analizy procesu. Nadmierne napowietrzanie może powodować unoszenie pyłu, zmianę gęstości nasypowej albo niekontrolowany wypływ materiału. Zbiorniki cieczowe wymagają natomiast odpowiedniego odpowietrzenia, kontroli poziomu, zabezpieczenia przed przelaniem oraz właściwego doboru materiałów uszczelnień.

Transport surowców do mieszalnika

Sposób transportu powinien być dobrany do właściwości medium, odległości, wydajności, liczby punktów odbioru oraz dopuszczalnego poziomu degradacji produktu.

Transport grawitacyjny

Transport grawitacyjny wykorzystuje naturalny spływ materiału. Jest prosty, energooszczędny i stosunkowo łatwy w utrzymaniu. Wymaga jednak odpowiedniego rozmieszczenia urządzeń na różnych poziomach. Dlatego mieszalnie proszkowe często mają konstrukcję wielokondygnacyjną: dozowanie odbywa się nad mieszalnikiem, a odbiór gotowej mieszaniny pod nim.

Przenośniki ślimakowe

Przenośniki ślimakowe są powszechnie stosowane do transportu proszków i granulatów. Mogą również pełnić funkcję dozowników objętościowych. Ich zaletą jest możliwość uzyskania kontrolowanego przepływu. Wadą może być pozostawanie materiału wewnątrz urządzenia, ścieranie surowca oraz trudniejsze czyszczenie.

Transport pneumatyczny

W transporcie pneumatycznym materiał przemieszcza się w rurociągu dzięki przepływowi powietrza. Układ może działać jako instalacja nadciśnieniowa albo podciśnieniowa. Transport nadciśnieniowy sprawdza się szczególnie przy większych wydajnościach i dłuższych trasach. Jedno źródło powietrza może transportować materiał do kilku punktów odbioru. Transport podciśnieniowy jest korzystny tam, gdzie ważna jest szczelność instalacji. Ewentualna nieszczelność powoduje zasysanie powietrza do wnętrza rurociągu zamiast wydostawania się pyłu do pomieszczenia. Podciśnienie może być wytwarzane przez dmuchawę, elektryczną pompę próżniową albo eżektor zasilany sprężonym powietrzem. Pneumat System oferuje rozwiązania techniki próżniowej obejmujące pompy eżektorowe i elektryczne, dmuchawy, osprzęt, zawory oraz elementy kontrolne. Podczas doboru transportu pneumatycznego należy uwzględnić:

• gęstość nasypową produktu,

• wielkość i kształt cząstek,

• wilgotność,

• ścieralność,

• kruchość,

• tendencję do przywierania,

• wymaganą wydajność,

• długość rurociągu,

• liczbę kolan,

• różnicę wysokości,

• sposób oddzielenia materiału od powietrza.

Zbyt wysoka prędkość powietrza zwiększa zużycie energii i ścieranie instalacji. Może również powodować kruszenie granulek. Zbyt niska prędkość prowadzi natomiast do osadzania się materiału i powstawania zatorów.

Transport cieczy

Ciecze i półprodukty płynne transportuje się najczęściej przy użyciu pomp. Stosowane są między innymi:

• pompy odśrodkowe,

• pompy membranowe,

• pompy śrubowe,

• pompy zębate,

• pompy krzywkowe,

• pompy perystaltyczne.

Wybór zależy przede wszystkim od lepkości, wymaganej wydajności, temperatury, obecności cząstek stałych oraz wrażliwości produktu na ścinanie.

Węże i przewody w mieszalni

Węże przemysłowe mogą być wykorzystywane do transportu surowców, odciągu pyłu, przesyłania cieczy, podłączania urządzeń mobilnych oraz wykonywania elastycznych połączeń pomiędzy maszynami. Przy doborze węża należy sprawdzić:

• zgodność materiałową,

• dopuszczalne ciśnienie,

• zakres temperatury,

• odporność na podciśnienie,

• promień gięcia,

• odporność na ścieranie,

• możliwość odprowadzania ładunków elektrostatycznych,

• dopuszczenie do kontaktu z produktem,

• sposób czyszczenia.

W mieszalniach proszkowych szczególne znaczenie mają węże odciągowe i transportowe o właściwościach antystatycznych. Pneumat System oferuje węże przeznaczone między innymi do transportu oraz odciągu pyłów, granulatów, cukru, ziarna, piasku, trocin i innych materiałów sypkich. Wąż nie powinien być traktowany jako uniwersalny odcinek instalacji. Produkt odpowiedni do odciągu lekkiego pyłu może nie nadawać się do transportu ciężkiego i ściernego granulatu.

Systemy dozowania

Dozowanie decyduje o zgodności produktu z recepturą. Nawet bardzo skuteczne mieszanie nie skoryguje błędu wynikającego z podania niewłaściwej ilości składnika.

Dozowanie objętościowe

W dozowaniu objętościowym ilość materiału określana jest na podstawie objętości podawanej w określonym czasie. Rozwiązanie jest stosunkowo proste, ale dokładność może się zmieniać wraz z gęstością nasypową, wilgotnością i stopniem zagęszczenia produktu. Do dozowania objętościowego stosuje się:

• podajniki ślimakowe,

• dozowniki celkowe,

• pompy o określonej wydajności,

• zawory czasowe,

• dozowniki wibracyjne.

Dozowanie wagowe

Dozowanie wagowe wykorzystuje tensometry lub inne układy pomiaru masy. Może odbywać się bezpośrednio do mieszalnika albo do oddzielnego zbiornika wagowego. Zaletą jest wysoka dokładność i możliwość dokumentowania każdej partii. Układ sterowania może rejestrować rzeczywistą masę każdego surowca i porównywać ją z recepturą. Ważne jest, aby elastyczne przyłącza, przewody pneumatyczne, odciągi oraz rurociągi nie przenosiły dodatkowych sił na ważony zbiornik. W przeciwnym razie pomiar będzie niestabilny lub obarczony błędem.

Dozowanie mikrokomponentów

Substancje dodawane w małych ilościach wymagają osobnych dozowników o wysokiej rozdzielczości. Dotyczy to na przykład:

• barwników,

• aromatów,

• dodatków aktywnych,

• katalizatorów,

• witamin,

• konserwantów,

• pigmentów,

• substancji poprawiających właściwości produktu.

Należy zapobiegać pozostawaniu mikrokomponentów w przewodach, zasuwach lub zakamarkach zbiornika. Nawet niewielka pozostałość może wpłynąć na skład kolejnej partii.

Dozowanie cieczy

Ciecze można dozować wagowo albo za pomocą przepływomierzy. Układ zwykle zawiera pompę, zawór odcinający, zawór regulacyjny, filtr, przepływomierz i zabezpieczenie przed cofaniem medium. Przy składnikach lepkich konieczne może być podgrzewanie zbiornika, rurociągu lub zaworu.

Rodzaje mieszalników przemysłowych

Dobór mieszalnika powinien wynikać z wymaganej jakości mieszaniny, czasu procesu, wielkości partii oraz właściwości składników.

Mieszalniki wstęgowe

Mieszalnik wstęgowy ma poziomy zbiornik oraz wał z odpowiednio ukształtowanymi wstęgami. Elementy mieszające przemieszczają materiał w przeciwnych kierunkach, powodując jego intensywne przekładanie. Urządzenie sprawdza się przy suchych proszkach i granulatach o zbliżonych właściwościach.

Mieszalniki łopatkowe

Mieszalniki łopatkowe wykorzystują łopatki rozmieszczone na obracającym się wale. Pozwalają uzyskać krótszy czas mieszania i mogą pracować z materiałami o różnej gęstości. W zależności od konstrukcji możliwe jest także dodawanie niewielkiej ilości cieczy do mieszaniny proszkowej.

Mieszalniki dwuwałowe

Dwa współpracujące wały zapewniają intensywne przemieszczanie materiału. Rozwiązanie jest stosowane między innymi do mieszanin wymagających krótkiego cyklu i wysokiej jednorodności.

Mieszalniki stożkowe

Mieszalniki stożkowe są przeznaczone do delikatnego mieszania materiałów sypkich. Odpowiednia geometria ułatwia opróżnianie i ogranicza pozostawanie produktu w urządzeniu.

Mieszalniki bębnowe

W mieszalniku bębnowym obraca się cały zbiornik. Metoda jest stosunkowo łagodna, dlatego sprawdza się przy materiałach podatnych na uszkodzenie.

Mieszadła do cieczy

Do cieczy stosuje się między innymi mieszadła:

• śmigłowe,

• turbinowe,

• łopatkowe,

• kotwowe,

• ramowe,

• tarczowe,

• wysokoobrotowe.

Mieszadło śmigłowe wywołuje intensywny przepływ osiowy. Mieszadła turbinowe zapewniają silniejsze ścinanie. Mieszadła kotwowe pracują blisko ścian zbiornika i są odpowiednie do produktów bardziej lepkich.

Homogenizatory

Homogenizator służy do intensywnego rozdrabniania oraz równomiernego rozprowadzania jednej fazy w drugiej. Stosuje się go podczas produkcji emulsji, zawiesin, kremów, kosmetyków, farb oraz produktów chemicznych.

Wyposażenie samego mieszalnika

Mieszalnik przemysłowy powinien być traktowany jako kompletna jednostka procesowa, a nie tylko zbiornik z silnikiem. W zależności od procesu może być wyposażony w:

• króćce zasypowe,

• króćce cieczowe,

• włazy rewizyjne,

• zawór opróżniający,

• czujniki poziomu,

• pomiar temperatury,

• pomiar ciśnienia lub podciśnienia,

• układ ważenia,

• pobierak próbek,

• filtr odpowietrzający,

• płaszcz grzewczy lub chłodzący,

• dysze myjące,

• wzierniki,

• oświetlenie,

• układ próżniowy,

• zabezpieczenia mechaniczne,

• czujniki zamknięcia pokrywy.

Zawór wylotowy powinien być tak dobrany, aby nie tworzył martwej przestrzeni, w której pozostaje produkt. Ma to szczególne znaczenie przy częstych zmianach receptur.

Rola pneumatyki w wyposażeniu mieszalni

Pneumatyka jest ceniona w mieszalniach ze względu na prostotę, szybkość działania, możliwość pracy w trudnych warunkach oraz łatwą integrację z automatyką.

Siłowniki pneumatyczne

Siłowniki mogą odpowiadać za:

• otwieranie i zamykanie klap,

• sterowanie zasuwami,

• docisk pokryw,

• blokowanie pojemników,

• pozycjonowanie elementów,

• wysuwanie króćców,

• zmianę kierunku przepływu,

• obsługę zaworów,

• unoszenie osłon,

• pracę mechanizmów czyszczących.

Pneumat System oferuje siłowniki znormalizowane, siłowniki kompaktowe, okrągłe, siłowniki beztłoczyskowe, obrotowe, prowadzone oraz wykonania przeznaczone do specjalnych warunków pracy. Firma produkuje również własne siłowniki zgodne z przemysłowymi standardami wymiarowymi. Podczas doboru siłownika należy uwzględnić nie tylko wymagany skok i siłę. Znaczenie mają również:

• częstotliwość pracy,

• prędkość ruchu,

• obciążenia boczne,

• temperatura,

• zapylenie,

• sposób mocowania,

• możliwość regulacji,

• położenie bezpieczne po utracie zasilania.

Zawory i elektrozawory

Elektrozawory sterują przepływem sprężonego powietrza do siłowników. Mogą być montowane pojedynczo albo w postaci wysp zaworowych. Wyspa zaworowa ogranicza liczbę przewodów, upraszcza montaż i pozwala połączyć kilka funkcji w jednym zespole. Jest szczególnie korzystna w automatycznych instalacjach dozowania, w których występuje wiele pneumatycznie sterowanych zasuw i klap. Oferta Pneumat System obejmuje zawory pneumatyczne oraz elektrozawory służące do kierowania, blokowania i modyfikowania przepływu sprężonego powietrza.

Zawory procesowe z napędem pneumatycznym

Do sterowania przepływem cieczy, gazów i niektórych materiałów sypkich mogą być stosowane:

• zawory kulowe,

• przepustnice,

• zawory membranowe,

• zawory grzybkowe,

• zawory zaciskowe,

• zasuwy,

• zawory rozdzielające.

Napęd pneumatyczny umożliwia zdalne otwieranie i zamykanie armatury. Może działać dwustronnie albo sprężynowo. Napęd ze sprężyną powrotną jest wybierany tam, gdzie po zaniku zasilania zawór powinien automatycznie przejść do określonego położenia bezpiecznego. Pneumat System posiada zawory kulowe w różnych wykonaniach, w tym zawory kulowe sterowane elektrycznie, ręcznie, pneumatycznie, a także pneumatycznie sterowane przepustnice.

Przygotowanie sprężonego powietrza

Sprężone powietrze nie jest automatycznie medium czystym. Może zawierać wodę, olej, rdzę, pył, cząstki pochodzące z instalacji oraz zanieczyszczenia biologiczne. Norma ISO 8573-1 klasyfikuje sprężone powietrze pod względem zawartości cząstek stałych, wody i oleju. Wymagana klasa powinna wynikać z potrzeb procesu, a nie jedynie z parametrów siłowników. W mieszalni należy rozróżnić co najmniej dwa zastosowania sprężonego powietrza:

1. Powietrze sterujące, które napędza siłowniki i zawory.

2. Powietrze technologiczne, które może mieć bezpośredni lub pośredni kontakt z produktem.

Powietrze technologiczne może wymagać dokładniejszej filtracji, osuszania, usuwania oleju, a w szczególnych procesach także filtracji sterylnej. Typowy układ przygotowania powietrza może zawierać:

• separator wody,

• filtr wstępny,

• filtr dokładny,

• filtr z węglem aktywnym,

• osuszacz,

• reduktor ciśnienia,

• manometr,

• automatyczny spust kondensatu,

• czujnik punktu rosy,

• czujnik ciśnienia.

Pneumat System oferuje filtry, osuszacze chłodnicze, membranowe i osuszacze adsorpcyjne, separatory, automatyczne spusty kondensatu, rozwiązania do pomiaru punktu rosy oraz inne elementy uzdatniania sprężonego powietrza. Filtracja powinna być dobierana pod kątem rzeczywistego przepływu. Zbyt mały filtr powietrza powoduje znaczny spadek ciśnienia, który zwiększa zużycie energii i może pogarszać pracę urządzeń.

Regulatory i kontrola ciśnienia

Nie wszystkie urządzenia w mieszalni muszą pracować przy takim samym ciśnieniu. Transport pneumatyczny, siłowniki, eżektory, systemy napowietrzania oraz czyszczenie filtrów mogą mieć różne wymagania. Lokalne regulatory pozwalają ustawić właściwe ciśnienie dla danego odbiornika. Obniżenie ciśnienia do poziomu rzeczywiście potrzebnego:

• ogranicza zużycie powietrza,

• zmniejsza siłę uderzeń siłowników,

• redukuje hałas,

• ogranicza zużycie mechaniczne,

• poprawia kontrolę procesu.

W ofercie Pneumat System znajdują się między innymi reduktory, filtry, filtroreduktory oraz kompletne zespoły przygotowania powietrza.

Próżnia w mieszalni

Próżnia może być wykorzystywana do:

• transportu proszków,

• opróżniania worków,

• zasysania dodatków,

• odpowietrzania lepkich mas,

• usuwania pęcherzyków gazu,

• podawania opakowań,

• manipulowania pokrywami i elementami,

• pobierania próbek,

• czyszczenia przemysłowego.

W mieszaniu żywic, klejów, kosmetyków i innych produktów lepkich obniżenie ciśnienia pozwala usunąć powietrze uwięzione w masie. Źródłem próżni może być eżektor pneumatyczny albo pompa elektryczna. Eżektor jest kompaktowy, nie ma typowego napędu mechanicznego i może zostać zamontowany blisko punktu poboru. Wymaga jednak zasilania sprężonym powietrzem, dlatego przy długotrwałej pracy należy porównać jego zużycie energii z pompą elektryczną.

Odpylanie mieszalni

Pył powstaje podczas otwierania worków, przesypywania surowców, napełniania zbiorników, transportu, dozowania oraz opróżniania mieszalnika. Skuteczny system odpylania powinien przechwytywać zanieczyszczenia możliwie blisko miejsca ich powstawania. Samo zwiększanie wentylacji całego pomieszczenia zwykle nie rozwiązuje problemu emisji miejscowej. Do wyposażenia instalacji odpylającej należą:

• ssawy i okapy,

• przewody,

• węże odciągowe,

• filtry,

• cyklony,

• wentylatory,

• klapy,

• przepustnice,

• pojemniki na pył,

• układy czyszczenia wkładów.

W filtrach pulsacyjnych sprężone powietrze jest wykorzystywane do okresowego oczyszczania wkładów. Krótki impuls powoduje odkształcenie filtra i odrywanie osadzonej warstwy pyłu. Powietrze do impulsowego czyszczenia powinno być suche i odpowiednio przefiltrowane. Obecność kondensatu może prowadzić do sklejania pyłu oraz blokowania zaworów.

Zagrożenie wybuchem pyłu i wymagania ATEX

Pył palny rozproszony w powietrzu może tworzyć atmosferę wybuchową. Zagrożenie może dotyczyć między innymi pyłów cukru, mąki, skrobi, drewna, tworzyw sztucznych, węgla, metali oraz niektórych substancji chemicznych. W zakładach występujących w atmosferze pyłowej klasyfikuje się strefy:

• strefa 20 – atmosfera wybuchowa występuje stale, często albo przez długi czas,

• strefa 21 – jej pojawienie się jest prawdopodobne podczas normalnej pracy,

• strefa 22 – zwykle nie występuje podczas normalnej pracy, a jeżeli powstanie, utrzymuje się krótko.

Dyrektywa 1999/92/WE dotyczy ochrony pracowników w miejscach, w których może występować atmosfera wybuchowa, natomiast dyrektywa 2014/34/UE określa wymagania dla urządzeń i systemów ochronnych przeznaczonych do pracy w potencjalnie wybuchowej atmosferze. Projektowanie mieszalni zagrożonej wybuchem powinno obejmować:

• analizę właściwości pyłu,

• klasyfikację stref,

• ograniczenie emisji,

• uziemienie urządzeń,

• wyrównanie potencjałów,

• dobór przewodzących lub antystatycznych węży,

• eliminację źródeł zapłonu,

• stosowanie urządzeń o wymaganej kategorii,

• zabezpieczenie filtrów i zbiorników,

• kontrolę temperatury,

• procedury czyszczenia.

Samo zastosowanie komponentu oznaczonego jako ATEX nie rozwiązuje problemu bezpieczeństwa całej instalacji. Konieczna jest ocena kompletnego procesu, w tym materiału, warunków pracy i możliwych scenariuszy awaryjnych.

Automatyka mieszalni

Automatyzacja pozwala sterować procesem na podstawie receptur i kontrolować prawidłowość każdej operacji. System sterowania może obejmować:

• sterownik PLC,

• panel operatorski,

• system recepturowy,

• moduły wejść i wyjść,

• wyspy zaworowe,

• falowniki,

• czujniki,

• system identyfikacji surowców,

• rejestrację partii,

• komunikację z systemem nadrzędnym.

Typowy automatyczny cykl może przebiegać następująco:

1. Operator wybiera recepturę.

2. System sprawdza dostępność surowców.

3. Zawory ustawiają właściwą drogę transportu.

4. Składniki główne są dozowane wagowo.

5. Podawane są mikrokomponenty.

6. Rozpoczyna się mieszanie.

7. Układ kontroluje czas, prędkość i temperaturę.

8. Gotowy produkt jest kierowany do zbiornika buforowego.

9. System zapisuje raport partii.

Czujniki położenia tłoka na siłownikach oraz sygnały krańcowe armatury pozwalają sprawdzić, czy zawór faktycznie osiągnął wymagane położenie. Jest to znacznie bezpieczniejsze niż sterowanie wyłącznie na podstawie czasu.

Czujniki stosowane w mieszalni

Nowoczesna mieszalnia może być wyposażona w czujniki:

• poziomu,

• masy,

• ciśnienia,

• podciśnienia,

• przepływu,

• temperatury,

• wilgotności,

• prędkości obrotowej,

• położenia siłowników,

• otwarcia pokryw,

• drgań,

• punktu rosy sprężonego powietrza,

• różnicy ciśnień na filtrach.

Czujnik różnicy ciśnień na filtrze pozwala określić stopień jego zanieczyszczenia. Dzięki temu wkład można czyścić lub wymieniać na podstawie jego rzeczywistego stanu. Kontrola punktu rosy sprężonego powietrza umożliwia wykrycie pogorszenia działania osuszacza, zanim kondensat pojawi się w urządzeniach pneumatycznych.

Instalacja sprężonego powietrza

Instalacja zasilająca mieszalnię powinna zapewniać odpowiednie ciśnienie także podczas jednoczesnego działania największych odbiorników. Problemy mogą pojawiać się wtedy, gdy w krótkim czasie uruchamiane są:

• impulsy czyszczenia filtrów,

• większe siłowniki,

• eżektory,

• układy napowietrzania,

• pneumatyczne pompy membranowe.

Rurociągi należy dobierać na podstawie przepływu, długości, liczby kolan, dopuszczalnego spadku ciśnienia oraz planowanej rozbudowy. Pneumat System realizuje projektowanie i wykonawstwo instalacji sprężonego powietrza, w tym systemów aluminiowych INFINITY oraz instalacji zaciskanych. Firma posiada także biuro projektowe zajmujące się zagadnieniami związanymi z ciągami technologicznymi sprężonego powietrza. Dobrą praktyką jest wykonanie magistrali pierścieniowej, jeżeli pozwala na to układ hali. Zasilanie odbiorników z dwóch kierunków pomaga ograniczyć lokalne spadki ciśnienia i zwiększa możliwość dalszej rozbudowy.

Mycie i czyszczenie mieszalni

Sposób czyszczenia powinien być określony już na etapie projektowania. W zależności od procesu stosuje się:

• czyszczenie ręczne,

• czyszczenie na sucho,

• odkurzanie przemysłowe,

• przedmuch,

• mycie wodne,

• mycie pianowe,

• system CIP,

• demontaż części mających kontakt z produktem.

W instalacjach proszkowych niewłaściwe użycie sprężonego powietrza może rozprzestrzenić pył po całym pomieszczeniu. Dlatego przedmuch nie zawsze jest właściwą metodą czyszczenia. System CIP umożliwia mycie wnętrza zbiorników i rurociągów bez demontażu. Wymaga odpowiedniego rozmieszczenia dysz, zapewnienia przepływu środka myjącego oraz eliminacji obszarów, do których ciecz nie dociera. Zawory i siłowniki w instalacji mytej powinny być dobrane pod kątem wilgoci, środków chemicznych i temperatury.

Higieniczna konstrukcja urządzeń

W branży spożywczej, farmaceutycznej i kosmetycznej konstrukcja wyposażenia powinna ograniczać możliwość gromadzenia produktu. Należy zwrócić uwagę na:

• gładkość powierzchni,

• jakość spoin,

• brak szczelin,

• możliwość pełnego opróżnienia,

• odpowiednie nachylenie powierzchni,

• dostęp do mycia,

• dobór uszczelnień,

• odporność na środki czyszczące,

• oddzielenie strefy produktu od mechanizmów napędowych.

Komponent znajdujący się bezpośrednio nad otwartym mieszalnikiem powinien być oceniany również pod kątem ryzyka przedostania się do produktu oleju, smaru, fragmentu uszczelnienia lub innych zanieczyszczeń.

Materiały konstrukcyjne

Do budowy urządzeń mieszalni stosuje się stal konstrukcyjną, stal nierdzewną, aluminium, tworzywa techniczne oraz elastomery. Stal nierdzewna jest często wybierana do elementów mających kontakt z produktem, cieczami procesowymi lub środkami myjącymi. Nie oznacza to jednak, że każdy gatunek stali nierdzewnej jest odporny na wszystkie chemikalia. Dobór powinien uwzględniać:

• skład medium,

• stężenie,

• temperaturę,

• czas kontaktu,

• obecność chlorków,

• sposób czyszczenia,

• możliwość korozji szczelinowej.

Podobnej analizy wymagają uszczelnienia. Materiały takie jak NBR, EPDM, FKM czy PTFE mają odmienne właściwości chemiczne i temperaturowe.

Efektywność energetyczna mieszalni

Sprężone powietrze jest użytecznym, lecz kosztownym nośnikiem energii. Dlatego powinno być stosowane tam, gdzie zapewnia rzeczywistą korzyść technologiczną. Zużycie energii można ograniczyć przez:

• redukcję ciśnienia do niezbędnego poziomu,

• usuwanie nieszczelności,

• stosowanie energooszczędnych eżektorów,

• wyłączanie podciśnienia poza cyklem,

• właściwy dobór średnic przewodów,

• lokalne zbiorniki buforowe,

• ograniczenie niekontrolowanego przedmuchu,

• monitorowanie przepływu,

• prawidłową konserwację filtrów.

Nieszczelności nie tylko zwiększają rachunki za energię. Mogą również powodować spadki ciśnienia, wolniejszą pracę siłowników i niestabilne działanie urządzeń. Pneumat System wykonuje audyty sprężonego powietrza obejmujące między innymi detekcję nieszczelności, pomiar przepływu, ciśnienia i temperatury, kontrolę punktu rosy oraz ocenę zawartości oleju i cząstek stałych.

Utrzymanie ruchu w mieszalni

Mieszalnia powinna być zaprojektowana tak, aby można ją było bezpiecznie kontrolować i serwisować. Plan konserwacji powinien obejmować:

• kontrolę szczelności instalacji,

• wymianę wkładów filtracyjnych,

• kontrolę spustów kondensatu,

• sprawdzenie siłowników,

• kontrolę elektrozaworów,

• sprawdzenie tłumików,

• kontrolę węży i połączeń,

• kalibrację wag,

• kontrolę czujników,

• sprawdzenie zabezpieczeń,

• pomiar różnicy ciśnień na filtrach,

• kontrolę uziemienia.

Tłumik pneumatyczny zatkany pyłem może ograniczyć przepływ powietrza i spowolnić ruch siłownika. Zanieczyszczony filtr może powodować spadek ciśnienia. Uszkodzony przewód elastyczny może wprowadzać niekontrolowane siły do zbiornika wagowego. Dlatego diagnostyka nie powinna ograniczać się do samego mieszalnika.

Najczęstsze błędy podczas projektowania mieszalni

• Dobór urządzeń wyłącznie na podstawie wydajności

  Dwa materiały o tej samej wydajności masowej mogą wymagać zupełnie innych prędkości transportu, średnic rurociągów i typów dozowników.

• Pomijanie zmienności surowca

  Wilgotność, gęstość nasypowa i uziarnienie mogą się zmieniać pomiędzy dostawami. Instalacja powinna działać poprawnie w całym przewidywanym zakresie parametrów.

• Brak miejsca na serwis

  Filtr, zawór, napęd lub czujnik mogą być prawidłowo dobrane, ale praktycznie niewymienne bez demontażu połowy instalacji.

• Zbyt duża liczba elastycznych przewodów

  Węże upraszczają montaż, ale zwiększają ryzyko powstawania miejsc zalegania produktu, uszkodzeń mechanicznych i problemów z uziemieniem.

• Brak kontroli położenia zaworów

  Wydanie sygnału otwarcia nie oznacza, że zawór rzeczywiście się otworzył. Zablokowanie materiałem może pozostać niewykryte.

• Niewłaściwa jakość sprężonego powietrza

  Woda i olej mogą zanieczyszczać produkt, uszkadzać aparaturę, sklejać pył oraz powodować korozję.

• Stosowanie jednego ciśnienia dla wszystkich odbiorników

  Prowadzi to do nadmiernego zużycia energii oraz zbyt gwałtownej pracy części mechanizmów.

• Brak uwzględnienia przyszłej rozbudowy

  Zbyt mała średnica magistrali, niewystarczająca liczba przyłączy lub brak miejsca na dodatkowy dozownik mogą znacznie zwiększyć koszt późniejszej modernizacji.

Jak prawidłowo dobrać wyposażenie mieszalni?

Proces doboru powinien rozpocząć się od zebrania danych technologicznych.

Należy określić:

• rodzaj wszystkich surowców,

• minimalną i maksymalną wielkość partii,

• oczekiwaną wydajność,

• wymaganą dokładność dozowania,

• dopuszczalny czas mieszania,

• wymaganą jednorodność,

• sposób przyjęcia surowców,

• sposób odbioru produktu,

• częstotliwość zmiany receptur,

• metodę czyszczenia,

• wymagania higieniczne,

• możliwość występowania atmosfery wybuchowej,

• dostępne media,

• warunki otoczenia,

• planowaną rozbudowę.

Dopiero na tej podstawie można dobrać mieszalnik, system dozowania, transport, armaturę, pneumatykę, filtrację, automatykę i urządzenia zabezpieczające.

Wyposażenie mieszalni w rozwiązania Pneumat System

Pneumat System może wspierać budowę i modernizację infrastruktury współpracującej z mieszalnikiem.

• Napędy i sterowanie ruchem

  Oferta obejmuje siłowniki pneumatyczne, napędy obrotowe, chwytaki, prowadnice, elektrozawory oraz osprzęt montażowy. Elementy te mogą sterować zasuwami, klapami, pokrywami, dociskami i mechanizmami dozującymi.

• Armatura procesowa

  Zawory kulowe, przepustnice, zawory membranowe, zawory zwrotne, armatura nierdzewna i napędy pneumatyczne pozwalają automatyzować przepływ mediów.

• Przygotowanie sprężonego powietrza

  Filtry, reduktory, osuszacze, separatory, automatyczne spusty kondensatu i aparatura pomiarowa pomagają uzyskać parametry powietrza wymagane przez urządzenia oraz proces.

• Technika próżniowa

  Eżektory, pompy elektryczne, przyssawki, zawory i akcesoria mogą być wykorzystywane do transportu podciśnieniowego, manipulacji opakowaniami oraz procesowego odpowietrzania.

• Węże przemysłowe

  Węże ssawne, tłoczne, odciągowe, antystatyczne i odporne na ścieranie mogą pracować przy transporcie proszków, granulatów, cieczy oraz odciągu pyłu.

• Instalacje pneumatyczne

  Firma realizuje projektowanie i wykonawstwo sieci sprężonego powietrza, umożliwiających stabilne zasilanie mieszalników i urządzeń pomocniczych.

• Pomiary i audyty

  Pomiar przepływu, ciśnienia, temperatury, punktu rosy, zawartości oleju i cząstek pozwala ocenić jakość oraz efektywność działania instalacji.

Autor:
Wojciech Nowaczyk
Starszy doradca ds.
techniczno-handlowych
Pneumat.

Autor:
Wojciech Nowaczyk
Starszy doradca ds.
techniczno-handlowych
Pneumat.