Mezcla seca: adición de líquido durante la mezcla

1. Introducción: adición de líquido a un mezclador seco

Mezcla de sólidos a granel es una operación muy extendida en las industrias de proceso. Varios componentes secos son cargados en una secuencia específica en un mezclador, como un mezclador de paletas, mezclador de cinta o incluso mezclador de tanque, y luego se mezclan todos juntos durante un cierto tiempo. La mezcla seca resultante se utiliza luego para pasos de proceso adicionales, o se puede empacar y vender como tal.

En un número sorprendentemente alto de casos, sin embargo, los fabricantes no solo utilizan materiales secos sino que también inyectan un líquido en el mezclador. La adición de líquido se puede realizar por muchos propósitos, pero muy a menudo es una mejora a la formulación de la mezcla seca. Las principales razones para inyectar líquido durante la mezcla de polvo son las siguientes:

• Modificar las propiedades de los sólidos, especialmente las propiedades de flujo al alcanzar un cierto grado de aglomeración - los líquidos de hecho crean pequeños puentes líquidos entre partículas, así uniendo pequeñas partículas a grandes. Entonces hablamos de granulación o aglomeración húmeda, y el mezclador a menudo se llama granulador. Esta granulación se puede utilizar para mejorar la fluidez del material al tener partículas más grandes y / o reducir los riesgos de segregación en los pasos de proceso siguientes
• Agregar un componente, como un sabor que no tiene equivalente en estado seco, un aroma o un colorante

Es importante destacar que la adición de líquido es aquí pequeña (desde <1% de peso hasta 8-10%), no es el propósito en esta página hacer una suspensión sino más bien granular (aumentar el tamaño de las partículas) o recubrir el polvo seco, aunque algunos mezcladores secos continuos a veces son anunciados por sus fabricantes como capaces de manejar masas con hasta un 50% de adición de líquido.

La adición de líquido debe ajustarse en términos de caudal, momento de inyección en el ciclo de mezcla, para evitar la formación de grumos. Hay sistemas diseñados para hacer una pasta, pero no es el propósito de esta página describirlos.

2. ¿Cómo agregar líquido a una mezcla de polvo?

2.1 Rociado de líquido

El interés del rociado es poder cubrir una gran parte del volumen del mezclador en lugar de concentrar todo el líquido en un área limitada, lo que probablemente creará grumos. El rociado no debe ser demasiado rápido, un orden de magnitud de tiempo de rociado es de 20-30 s; la boquilla de rociado debe seleccionarse considerando la forma del rociado (asegurándose de evitar golpear la pared del mezclador) y la capacidad de tener un tiempo de rociado suficiente.

Figura 1: ejemplo de un sistema de rociado de líquido en un mezclador de alta cizalla

Las boquillas de rociado de presión de una sola fase son preferibles a las boquillas atomizadoras de aire que pueden enviar demasiado líquido a la pared / cubierta del mezclador. Si la tecnología del mezclador lo permite, las boquillas deben instalarse de manera que rocen en el área de fluidización del mezclador (entre el eje para un mezclador de paletas de doble eje, por ejemplo) y no deben estar demasiado cerca de la mezcla de polvo para que las gotas puedan formarse correctamente antes de entrar en contacto con el polvo.

2.2 Inyección de líquido

Para proporciones más altas, el líquido puede no rociarse, sino inyectarse simplemente en el mezclador. El punto de inyección debe estar cerca de un desaglomerador para evitar crear grumos de producto al agregar el líquido.

2.3 Dosificación de líquido

Hay 2 formas principales de dosificar la cantidad correcta de líquido a un mezclador:

• Usar una bomba (bomba de desplazamiento positivo) y un medidor de caudal (para casos de baja sensibilidad, la dosificación puede ser solo volumétrica basada en el número de revoluciones de la bomba)
• Tener un tanque en celdas de carga y usar aire comprimido para presurizar el tanque y empujar el líquido a través de la boquilla de rociado

2.4 Pre-mezcla

La adición de líquido, especialmente si es bastante viscoso, puede hacer que la mezcla sea difícil. Puede ser interesante tener un tiempo de pre-mezcla con solo los ingredientes secos antes de introducir el líquido, para que los ingredientes secos se mezclen con una cierta homogeneidad.

2.5 Tiempo de adición y tiempo de mezcla húmeda

El sistema de Lote a menudo se programa en 2 etapas cuando se maneja líquido [Kansas] :

• Tiempo de adición de líquido durante el cual se inyecta / rocia el líquido
• Tiempo de mezcla húmeda durante el cual se realiza la mezcla después de que se ha agregado el líquido

Para optimizar el tiempo de ciclo, el tiempo de adición de líquido a menudo se programa para ser lo más rápido posible. Sin embargo, lo más rápido posible significa que el caudal de líquido debe aumentarse, lo que puede llevar a un aumento de las gotas de líquido, y luego a la formación de grumos. Un equilibrio debe encontrarse entre la optimización del tiempo de ciclo y los riesgos de crear grumos de producto.

El tiempo de mezcla húmeda debe ser suficiente para distribuir adecuadamente el líquido y puede tener que aumentarse si el tiempo de adición de líquido fue demasiado corto. Se requieren experiencias para definir el tiempo de adición de líquido y tiempo de mezcla húmeda óptimos. [Kansas] también sugiere que el tipo de mezclador tiene una influencia en cómo el tiempo de adición afectará la homogeneidad y por lo tanto el tiempo de ciclo total. Por ejemplo, los mezcladores de cinta fueron bastante insensibles al tiempo de adición (las fuerzas de cizalla aplicadas por la cinta pueden ayudar a romper los aglomerados), mientras que importaba para los mezcladores de paletas (un tiempo de adición más largo puede permitir beneficiarse del efecto fluidizante de este tipo de mezclador). El documento de [Kansas] destaca sin embargo que es difícil definir generalidades y se deben realizar experiencias / validaciones en mezcladores industriales.

2.6 Uso de vacío

Cuando se debe rociar algunos materiales específicos, y especialmente sabores en la industria alimentaria, puede ser interesante poner el polvo bajo vacío antes de la adición de líquidos. El vacío libera la porosidad del polvo de aire, lo que mejora la adsorción del líquido rociado y su unión con el polvo. El fabricante puede agregar más líquido mientras mantiene buenas propiedades del polvo (especialmente fluidez) y tiene una buena retención del líquido en el polvo.

3. Mejores mezcladores para adición de líquido / granulación

Es difícil definir qué es el mejor mezclador al agregar una pequeña porción de líquido a una mezcla seca, sin embargo los mezcladores se pueden agrupar en diferentes grupos según las prestaciones esperadas.

3.1 Depósitos mezcladores / Mezcladores en forma de V

Los mezcladores de caída libre rotativos, como los mezcladores de depósito y los mezcladores en forma de V, a veces son propuestos por sus fabricantes como adecuados para la inyección de líquido. Si es posible agregar líquido, este tipo de mezclador no es óptimo para dicho servicio, ya que la tasa de cizallamiento es muy baja y no hay fluidificación del polvo, lo que significa que la inyección de líquido casi con certeza llevará a la formación de grumos y una mala homogenización del líquido en la mezcla de polvo. Como consecuencia, para mejorar la mezcla, la inyección de líquido debe realizarse cerca de un desaglomerador o una barra intensificadora para mezcladores en forma de V (agitadores de alta velocidad que proporcionan cizallamiento y, por lo tanto, rompen los grumos). Sin embargo, los desaglomeradores tienen el efecto de aumentar la rotura (degradación) del polvo, especialmente si el tiempo de mezcla es largo para estos mezcladores.

3.2 Mezcladores de cinta

Los mezcladores de cinta pueden estar equipados con sistemas de inyección/rociado de líquido. El líquido se rocía sobre la superficie de la mezcla, luego se aplica un tiempo de mezcla húmedo durante el cual la cinta ayuda a romper los aglomerados y distribuir el polvo. Este tiempo de mezcla húmedo puede ser relativamente largo.

3.3 Mezcladores de doble eje con paletas

Los mezcladores de doble eje con paletas crean, durante la mezcla, una zona fluidificada entre los ejes de mezcla. Esta área de fluidificación se puede utilizar para optimizar la pulverización de materiales : la pulverización sobre el polvo fluidificado reduce el riesgo de formación de grumos y permite alcanzar una gran parte del polvo antes de que comience el tiempo de mezcla húmedo. Si aún se observan grumos, especialmente cuando la cantidad de líquido añadido es alta, entonces se pueden agregar desaglomeradores al mezclador.

3.4 Mezcladores de cizallamiento (mezcladores de arado)

Este tipo de mezcladores, gracias a la forma del agitador, pero también a la velocidad de rotación del eje están bien adaptados a la inyección de líquido, especialmente para altas proporciones de adición de líquido donde las propiedades de fluidez del polvo se ven fuertemente influenciadas (por ejemplo, al inyectar grasas). El cizallamiento proporcionado por el mezclador ayuda a romper los grumos y homogenizar la mezcla; el uso de 1 o varios desaglomeradores puede complementar el ya buen efecto de cizallamiento del eje principal. Debido al cizallamiento, este tipo de mezclador suele lograr un tiempo de mezcla corto, pero posiblemente con una fuerte rotura del polvo.

3.5 Desaglomeradores

Los desaglomeradores son pequeños agitadores, generalmente equipados con herramientas de mezcla en forma de cuchilla y que giran a 1000-3000 rpm, proporcionando así un gran cizallamiento localmente. Siempre se utilizan como complemento del agitador principal del mezclador en el que están montados.

Fuente

[Kansas] Saensukjaroenphon, M.; Jones, C. K.; Fahrenholz, C. H.; y Stark, C. R. (2016) "El efecto de los tiempos de aplicación de líquido, y tipos de mezcladores con diferentes tiempos de mezcla húmedos en la uniformidad de Mezcla", Informes de investigación de la Estación Experimental Agrícola de Kansas: Vol. 2: Iss. 8.