Hoe werkt een Tri-blender?

Het doel van deze informatie is om gebruikers van de tri-blender te helpen om de werkingsprincipes van deze machines beter te begrijpen. Door deze principes te doorgronden, kun je de menger optimaal benutten.

Basisbediening:

De tri-blender is in wezen opgebouwd uit een centrifugaalpompkop en een waaier. Deze zijn zo gemonteerd dat de normale aanzuigpoort, oftewel de inlaat, naar boven is gericht (zie afbeelding 1). De inlaat bestaat uit een buis-in-buis opstelling. Het ontwerp zorgt ervoor dat de vloeibare en droge ingrediënten gescheiden blijven totdat ze in de mengkamer worden samengebracht. Het buis-in-buis ontwerp lost een van de grootste uitdagingen van nat-droog mengen op:

Werkprincipe:

De natuurlijke aanzuiging van de centrifugaalpomp wordt benut om het poeder uit de trechter door de diffuser-buis naar binnen te trekken. De buitenste buis leidt de vloeistof naar de waaier. De vloeistof wordt aan de voorrand van de schoepen van de waaier ingevoerd, waar de druk van de blenderkop nul (0 bar) is (zie illustratie 2).

Op dit punt is er geen zuigkracht en daarom is in de meeste gevallen een toevoerpomp nodig om de vloeistof naar de blender te pompen (zie illustratie 3).  In sommige gevallen, vaak bij vloeistoffen met een lage viscositeit en bij een enkele passage, is het mogelijk om gebruik te maken van de zwaartekracht om de tri-blender te voeden.

De vloeistofinlaat wordt tangentieel gemonteerd. Dit betekent dat de vloeistof de mengkamer van de blender binnenkomt in dezelfde richting als de draaiing van de waaier. De waaier pakt de vloeistof op en versnelt deze. Dit gebeurt met een minimale hoeveelheid spatten, waardoor de poeder-inlaatbuis droog blijft tijdens het gebruik (zie illustratie 4).

Wanneer de blender naar behoren functioneert, is de inlaatbuis droog. Als het holle omhulsel naar binnen zakt, kunnen zich problemen voordoen: “voorbevochtiging”, wat kan leiden tot klontvorming in het product, en “wet-out”, waardoor de inlaatbuis kan verstoppen. Mocht er toch overmatig spatten plaatsvinden of als de inlaat verstopt raakt, controleer dan als eerste de draairichting van de waaier en de correcte installatie van het inlaat T-stuk. Om te verifiëren of het T-stuk goed is geïnstalleerd, trekt u een lijn vanuit de inlaat naar de uitlaat, zonder de richting te veranderen (zie illustraties 4 & 5).

Tijdens de werking wordt de vloeistof die in de blender wordt gepompt, naar buiten geslingerd totdat deze het scherm in de tri-blender tegenkomt. Het scherm heeft een beperkte doorlaat en creëert daardoor een natuurlijke tegendruk in de mix-kamer, waardoor een deel van de vloeistof weer terugstroomt naar het centrum van de waaier (zie illustratie 6).

 

Door dit ontwerp ontstaat er een vacuüm envelop in de vloeistof waarin droge ingredienten dankzij de natuurlijke zuiging van de mixer wordt aangevoerd.

Overdruk problemen en redenen hiervoor:

Overdruk in het proces kunnen ervoor zorgen dat de vloeistof de poederinlaat en zelfs de vultrechter doet verstoppen. Redenen voor het optreden van overdruk en/of verstopping van de poederinlaat poort kunnen zijn:

• Inlaatstroom: Een te hoge vloeistoftoevoer of een te hoge inlaatdruk kunnen ervoor zorgen dat de envelop in de mengkamer inzakt, omdat de blender de vloeistof niet snel genoeg kan verwerken ontstaat er overdruk (door de capaciteit van het scherm). Omgekeerd kan een te lage vloeistoftoevoer leiden tot een “droge blender”. Dit wordt zichtbaar wanneer poeder zich ophoopt op delen van de tri-blender rotor. De oorzaak hiervan is een gebrek aan vloeistof waardoor een vloeistof envelop zich niet goed kan vormen.

• Hoge viscositeit: Vloeistof met een hoge viscositeit ondervindt meer afschuiving en zal daardoor een grotere natuurlijke tegendruk veroorzaken. Dit samen met het tri-blender scherm die de vloeistof doorstroming belemmeren zorgen mogelijk voor overdruk. Bij producten met een hogere viscositeit kan de zeef verwijderd of vervangen worden om de vloeistof doorstroom te verbeteren. Verwijderen van het scherm zal echter effect hebben op de homogeniteit van de vloeistof en kan mogelijk leiden tot klontvorming.

• Hoge Afvoerdruk: Hoge afvoerdruk of tegendruk kan ontstaan door een te kleine afvoerleiding, een te lange afvoerleiding, grote hoogteverschillen of een hoge viscositeit/soortelijk gewicht van een product. Vloeistoffen met een hoge viscositeit hebben dikkere afvoerleidingen nodig om de tegendruk te beperken.

• Pomp dimensionering en debiet: Hoewel een tri-blender in essentie een centrifugaalpomp is, is de pompcapaciteit beperkt ten gunste van het mengvermogen. Wanneer de tegendruk in de blender toeneemt, kan dit de vacuüm envelop negatief beïnvloeden waardoor de inmengcapaciteit wordt verminderd.

De juiste opstelling:

De sleutel tot het oplossen van veel van de bovenstaande problemen is de correcte dimensioneren van leidingen en de toevoer- en afvoerpompen. Afhankelijk van de toepassing en de vloeistofviscositeit is het selecteren van de juiste pompen en leidingwerk maatvoering in veel opzichten belangrijker dan de capaciteit van de tri-blender. Houd er echter wel rekening mee dat een tri-blender als inmengsysteeem ook beperkingen heeft die met pomp-, of leidingselectie niet opgelost kunnen worden.

De verwerkingssnelheid van poeders en de kwaliteit van het mengsel zijn sterk afhankelijk van de juiste vloeistofstroming en de dimensionering van de pompen. Een constante vloeistroom door de tri-blender is essentieel om een stabiel vacuüm te handhaven. Zonder dit constante vacuüm zal de poederverwerking niet uniform zijn. De constante vloeistofsnelheid moet zelfs worden gehandhaafd als de viscositeit van de vloeistof toeneemt (door het toevoegen van droge ingredienten). Het is daarom belangrijk dat de pompen zodanig worden geselecteerd en gedimensioneerd dat ze vloeistoffen met zowel de begin als eind viscositeit en soortelijk gewicht met dezelfde vloeistofsnelheid kunnen verplaatsen.

In sommige gevallen is het noodzakelijk om de capaciteiten van de toevoer- en afvoerpompen in je voordeel te gebruiken, zodat het debiet over de machines gelijkmatig blijft, ongeacht de toename van de viscositeit. Bij de selectie van een verkeerde toevoerpomp kan het zijn dat de beschikbare vloeistofsnelheid bij een hogere viscositeit onvoldoende om het maximale/optimale vacuüm in de tri-blender te creëren. Ook kan het gebeuren dat je de tri-blender meer vloeistof krijgt dat het kan verwerken waardoor overdruk ontstaat. Door de afvoerpomp sneller te laten draaien dan de toevoerpomp, is het mogelijk om de aanzuigkracht van de afvoerpomp te benutten om het vacuüm in de tri-blender te verhogen. Aftemming hiervan is cruciaal om drooglopen van de tri-blender te voorkomen.

Viscositeit en de consequenties:

In de meeste gevallen, wanneer de uiteindelijke viscositeit 500 CPS of hoger is, zijn PD pompen zowel op de toevoer als de afvoer vereist. Twee pompen zijn dan noodzakelijk om een constante stroom in en uit de menger te handhaven, vooral omdat de viscositeit toeneemt tijdens het mengen van een batch. Nauwkeurige afstemming en automatisering om de twee pompen en de tri-blender synchroom te laten lopen wordt geadviseerd. De afvoerpomp moet altijd sneller draaien dan de toevoerpomp. Dit is nodig omdat de afvoerpomp een groter productvolume verwerkt (vloeistof en poeder gecombineerd) en dit ook invloed heeft op het vacuüm in de tri-blender en de doorvoersnelheden.

Vacuüm vorming:

Vacuüm is een variabele waarover je enige controle hebt. De hoeveelheid vacuüm die in de tri-blender ontstaat, is voornamelijk afhankelijk van de vloeistofsnelheid en de media temperatuur. Een grafiek van vacuüm versus flow is te zien in illustratie 7 voor drie mengers.

Temperatuur:

De grafiek toont ook de invloed van temperatuur op het vacuüm in de blender. Het blijkt dat de maximale praktische limiet voor waterige producten 60 °C (140 °F) is. Bij temperaturen boven de 60 °C verdampt water snel door het hoge vacuüm, wat weer kan leiden tot ernstige aantasting van het vacuüm. Daarnaast kan dit “kokende” water resulteren condensatie in de poederinlaat (verstopping van de poederinlaatbuis) of cavitatie in de tri-blender of afvoerpomp. Bij temperaturen boven 71 °C kan er “terugblazen” optreden, waarbij lucht uit de hopper door het poeder ontsnapt. Bij 180 °F (82 °C) valt het vacuüm volledig weg. Niet-waterige oplossingen hebben afwijkende temperatuurgrenzen, afhankelijk van de dampdruk van de vloeistof. Houd hier rekeningen mee bij het selecteren van den beste poederinmeng-oplossing.

Variabelen bij het inmengen volume van poeders met een tri-blender:

Het is lastig om te voorspellen wat de exacte poedervolumes zijn welke een tri-blender kan verwerken. Dit komt doordat er veel verschillende variabelen die daar invloed op hebben, zelfs binnen dezelfde ingredienten die een rol spelen. Hieronder een lijstje met de belangrijkste droge ingrediënt variabelen die de toevoegsnelheid van droge stoffen kunnen beïnvloeden:

• Stroombaarheid
• Vochtgehalte
• Vochtigheid
• Vetgehalte
• Microscopische textuur (glad, ruw)
• Vloeibaarheid (hoeveelheid lucht in het product)
• Dichtheid
• Type poeder (korrelig, vlokvormig, fijn, grof, etc.)

Ingredienten om te vermijden in een tri-blender

Producten die beter vermeden kunnen worden zijn:

1. Schurende Producten: Deze kunnen afdichtingen en waaiers beschadigen.
2. Bruisende Producten: Producten die gassen afgeven kunnen het vacuüm afbreken, waardoor het poeder niet uit de trechter komt.

Tri-blender toepassing in een continue of een batch proces:

De keuze tussen een continu systeem of een batch systeem hangt af van wat de tri-blender capaciteit en de omstandigheden die nodig zijn om de gewenste resultaten te bereiken. Er zijn te veel variabelen in de poeders die invloed hebben op deze beslissing. Toepassing in batchsystemen is over het algemeen de betere keuze, omdat ze zorgen voor een goede menging waarbij al het product grondig wordt gemengd en een hoge betrouwbaarheid wordt geboden. In de praktijk worden continue systemen meestal niet overwogen voor concentraties boven 8% vaste stof. In continue systemen is uiterste voorzichtigheid geboden wanneer er nauwkeurige verhoudingen tussen vloeistof en droog poeder gewenst zijn. Als er zelfs maar één klont poeder in de vlinderklep komt, kan dat de verhouding verstoren. Het toepassen van een buffertank kan hier een oplossing bieden.