Come ottenere la miscela migliore: tecniche di induzione delle polveri

Jun 05, 2023

Erin Dillon, coordinatrice media e marketing, Charles Ross & Son Co. | 23 gennaio 2023

A seguito delle interruzioni della catena di fornitura causate dalla pandemia e dell’aumento dei prezzi delle materie prime, nel 2023 i produttori daranno priorità al risparmio sui costi e all’efficienza. Una questione chiave che i clienti si pongono ripetutamente è come introdurre in modo rapido ed efficace gli ingredienti in polvere nei liquidi. Le difficoltà di combinare componenti secche e umide impongono diversi vincoli. Ridurre al minimo la polvere ed evitare i rischi aerei è una delle preoccupazioni. Creare una miscela uniforme, che si tratti di una dispersione o di una soluzione, applicando la quantità appropriata di taglio è un'altra cosa. L'incorporazione di polveri idrofobiche in un veicolo acquoso presenta un ulteriore livello di complessità poiché resistono all'umidità e formano agglomerati ostinati noti anche come "occhi di pesce".

Gli operatori sviluppano soluzioni alternative per raggiungere i propri obiettivi di miscelazione, come il lungo processo di setacciatura delle polveri e aggiunta lenta al lotto, oppure l'aggiunta rapida di polveri e la tranciatura del lotto per scomporre gli agglomerati. In casi estremi, gli operatori ricorrono a sovraccaricare i solidi e a filtrare gli inevitabili grumi che rimangono non dispersi anche dopo un'eccessiva durata della miscelazione. Non solo questo processo è laborioso, ma comporta anche uno spreco di materie prime ed energia costose, compromettendo l'integrità della formulazione tra i lotti.

Con alcuni ingredienti addensanti, se le polveri vengono caricate troppo lentamente, può verificarsi un accumulo incontrollato di viscosità nel mezzo del processo, impedendo il completo incorporamento dei solidi rimanenti. D'altra parte, se le polveri vengono aggiunte troppo velocemente sulla superficie di un lotto in condizioni di flusso turbolento, il processo diventa soggetto a spolveramento e polveri fluttuanti. Inoltre, una miscelazione aggressiva potrebbe tagliare eccessivamente le particelle già idratate. Una miscelazione intensa e prolungata può provocare una perdita permanente di viscosità o altre proprietà reologiche indesiderabili.

Oltre alle soluzioni alternative precedentemente descritte, alcuni produttori hanno adottato sistemi di estrazione per migliorare l'induzione della polvere nel liquido. In questi sistemi, il liquido viene pompato ad alta velocità in una camera Venturi e quindi in un miscelatore in linea. Il vuoto creato nella camera Venturi aspira le polveri da una tramoggia sopraelevata e nell'eiettore, dove si unisce al flusso del liquido. I flussi di polvere e liquidi vengono quindi miscelati da un dispositivo rotore/statore, che spinge il flusso a valle. Sebbene questa configurazione elimini i problemi di polvere e galleggiamento associati ai sistemi batch, presenta degli inconvenienti. Innanzitutto, il sistema richiede in genere una manutenzione sostanziale con tre dispositivi separati in serie. Bilanciare le prestazioni della pompa, dell’eduttore e del miscelatore è spesso difficile e i tempi di inattività sono piuttosto elevati in molte applicazioni. La limitazione più grave è legata ai limiti operativi intrinseci del venturi o dell'eduttore poiché l'intasamento è molto comune. Il sistema è capriccioso e richiede molta esperienza e attenzione da parte dell'operatore per funzionare correttamente. Poiché la velocità di alimentazione dell'eduttore è determinata dal vuoto creato da un flusso in rapido movimento, dipende anche fortemente dalla viscosità. L'efficienza dell'eduttore diminuisce costantemente all'aumentare della viscosità fino a quando non si ferma.

Quando è necessario aggiungere grandi quantità di polveri in massa o quando i solidi difficili da disperdere impiegano troppo tempo per bagnarsi completamente anche con una lama ad alta velocità, vale la pena prendere in considerazione un miscelatore rotore/statore con capacità incorporata di induzione delle polveri .

Un esempio è il sistema Ross Solids/Liquid Injection Manifold (SLIM). Introduce polveri come silice pirogenica, carbonato di calcio, gomme, amidi e pigmenti nella fase liquida proprio nella zona ad alto taglio, favorendo l'umidificazione istantanea. Le dispersioni e le soluzioni vengono create in meno tempo rispetto ai metodi tradizionali di aggiunta di polveri sopra un lotto agitato o utilizzando un eduttore. Utilizzando un miscelatore rotore/statore appositamente progettato, la tecnologia SLIM genera un vuoto intenso nella zona ad alto taglio e aspira le polveri in un flusso fluido: i materiali secchi e umidi vengono combinati nel punto esatto in cui avviene la miscelazione intensa, non in un eduttore a monte. Ciò consente a SLIM di gestire grandi volumi di solidi senza intasamenti o agglomerati. Un altro vantaggio è il funzionamento relativamente privo di polvere: gli operatori segnalano una significativa riduzione delle particelle sospese nell'aria nell'area di miscelazione.