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May 09, 2023

Sfide nella miscelazione delle polveri e come superarle

Oct 01, 2019 Mixing of powder and granular materials is key for the quality and

01 ottobre 2019

La miscelazione di materiali in polvere e granulari è fondamentale per la qualità e le prestazioni di un'ampia gamma di prodotti in molti processi dell'industria alimentare, farmaceutica, della carta, della plastica e della gomma. Affinché un prodotto finale soddisfi gli attributi richiesti, sono necessarie tre caratteristiche importanti del prodotto miscelato: flusso, omogeneità e campionamento della miscela per valutare la miscelazione del prodotto. I miscelatori di polveri (tumbling, convettivi o ad alto taglio) sono classificati in base al loro meccanismo di miscelazione: diffusione, convezione e taglio. La scelta del miscelatore dipende dalle caratteristiche delle particelle, quali forma, dimensione delle particelle, densità e quantità di ciascun componente. La considerazione di questi fattori ridurrà al minimo il potenziale di segregazione. Il volume di riempimento del miscelatore, la durata della miscelazione e il numero di giri (in caso di miscelatori rotanti) sono fondamentali.

La fluidità non può mai essere espressa come un singolo valore o indice. La fluidità è il risultato della combinazione delle proprietà fisiche di un materiale che influenzano il flusso del materiale e l'attrezzatura utilizzata per la movimentazione, lo stoccaggio o la lavorazione del materiale. La motivazione principale per la produzione di polveri farmaceutiche a flusso libero è la creazione di un'alimentazione coerente dai contenitori di stoccaggio alla rinfusa nei meccanismi di alimentazione delle successive operazioni di lavorazione. Tutti questi meccanismi di trasferimento richiedono un comportamento appropriato del flusso di polvere, che dipende sia dalle proprietà del materiale che dalle apparecchiature di processo, nonché dalla progettazione delle apparecchiature di trasferimento. Le forze interparticellari, comprese le forze di van der Waals, le forze capillari (ponte liquido), le forze elettrostatiche, le forze che portano alla sinterizzazione e alla formazione di ponti solidi, le forze di attrito e altre, possono avere un forte effetto sul comportamento dei sistemi di flusso delle polveri come tramogge, colonne montanti, letti impaccati e fluidizzati e trasporto pneumatico. Queste forze sono responsabili delle proprietà coesive delle polveri fini e della loro tendenza a formare aggregati o agglomerati. L'introduzione anche di quantità relativamente piccole di umidità può trasformare una polvere che scorre liberamente in qualcosa di molto più difficile da maneggiare. Pertanto, comprendere l’effetto dell’umidità sul materiale da movimentare e immagazzinare è essenziale per sviluppare strategie operative economicamente vantaggiose.

Molte aziende del settore dei processi chimici (CPI) riscontrano problemi di flusso e comportamento del flusso centrale a causa della natura coesiva delle polveri. Molte volte, la modifica del design della tramoggia di scarico del materiale facilita il flusso che è particolarmente critico nell'industria farmaceutica dove un flusso uniforme di miscela di polveri deve essere alimentato alla comprimitrice per ottenere un'erogazione uniforme del dosaggio. Il design della tramoggia a flusso di massa impedisce il flusso pulsante e di ratholing delle polveri. Il metodo standard per caratterizzare le proprietà di flusso dei materiali solidi è la prova di taglio che fornisce informazioni sul luogo di snervamento del solido in questione. Anche tutte le altre proprietà del flusso (angolo di attrito interno, coesione, funzione di flusso, angolo cinematico di attrito delle pareti, ecc.) dei solidi sono determinate dai luoghi di snervamento.

La segregazione tende a verificarsi ogni volta che il materiale sfuso si sposta. Ogni operazione di manipolazione o trasformazione, quindi, dà luogo a condizioni nelle quali può aver luogo la segregazione. La segregazione avviene quando forze differenziali agiscono su diverse frazioni della massa del materiale sfuso. Le forze differenziali in gioco sono determinate dalla meccanica prevalente in specifiche operazioni di movimentazione dei materiali. La differenza nella maggior parte delle proprietà del particolato può, in determinate circostanze, causare un movimento non casuale delle particelle. La segregazione avviene all'interno di un miscelatore quando le differenze nelle proprietà delle particelle causano un movimento preferenziale delle particelle verso determinate regioni del miscelatore. Le differenze nella dimensione delle particelle, nella densità, nella forma e nella resilienza sono le proprietà maggiormente responsabili della segregazione. I tipi di segregazione più comunemente osservati sono la segregazione per percolazione o vagliatura, la segregazione per traiettoria, la segregazione per fluidificazione e la segregazione per spolveramento.