ダブルコーンミキサー: 動作原理、主要なパラメータ、および選び方

パウダーというのは妙に気まぐれなものだ。彼らはゴミ箱の中に静かに座り、完全に静止しているように見えますが、2 匹を組み合わせようとした瞬間に、彼らは手に負えない群衆のように行動し始めます。サイズによって分けられ、隅に群がり、頑固に協力を拒否します。ダブルコーンミキサーは、これまでに発明されたこの問題に対する最も簡単な答えの 1 つであり、数十年経った今でも最も信頼されているミキサーの 1 つです。以下のページでは、マシンとは何か、粉末をどのようにブレンドするか、結果に真の影響を与えるパラメータ、およびそれが自社のラインに属するかどうかを判断する方法について説明します。

理論については軽く、実践的な詳細については重くします。これを読んでいるほとんどの人は試験に合格しようとしているわけではありません。彼らは適切なブレンダーを購入しようとしている、またはすでに所有しているブレンダーが一貫性のないバッチを生成し続ける理由を解明しようとしているからです。最初にハードウェアを確認したい場合は、次のページに直接ジャンプできます。 ダブルコーンミキサー 製品ページに戻ってください。

ダブルコーンミキサーの実際の機能

ダブルコーンミキサーは、2 つの円錐を広い底部で結合したような形状をした回転容器で、中央に短い円筒部分があります。粉末がシェルのポートから装填され、容器が水平軸上でゆっくりと回転し、内部の材料が転がり、折り畳まれ、再結合します。バッチが均一になると、最下点のバルブから排出されます。

刃はありません。高速ローターはありません。流動空気はありません。機械は粉末を強制的に混合することはありません。重力と幾何学に任せます。この 1 つの設計上の決定によって、このブレンダーの優れた点と間違った選択の点についてほぼすべてが説明されます。

形は機械だ

内部を 2 つの漏斗が互いに反対側を向いていると想像してください。シェルが回転すると、一方の端の粉末が円錐壁を中心に向かって滑り落ち、他方の端の粉末も反対方向から同じことをします。 2 つの半分は中央のシリンダーを横切ってオフセットされているため、これらの流れは 1 回転ごとに何度も合流、交差し、場所を交換します。円錐の角度は材料がどれだけ速くスライドするかを制御し、中央のバンドは 2 つの半分に粒子を交換する場所を与え、排出スロートは単に壁をかすめるのではなく折りたたむのに十分な深さにベッドを保ちます。これら 3 つの比率のいずれかを変更すると、実際には別のミキサーが得られます。

これが、タンブリングブレンダーをその容量だけで判断できない理由でもあります。同じ作業能力を持つ 2 台のマシンでも、一方の方が急なコーンとより長い中央セクションを備えている場合、ブレンド方法は大きく異なります。

本当の「優しい」とはどういう意味なのか

粉体業界の人々がミキサーを「優しい」と呼ぶとき、それは 3 つの具体的なこと、つまり低せん断力、低入熱、低摩耗を意味します。磨耗とは、単に粒子が小さな破片または粉塵に破壊されることです。ダブルコーンミキサーは、粉体に投入されるエネルギーが回転によってのみ得られるため、3 つすべてにおいて優れています。これを、ベッド内でスチールリボンを引きずるリボンブレンダーや、材料にブレードを高速で通過させる高せん断造粒機と比較してください。壊れやすい顆粒、噴霧乾燥された凝集体、結晶、またはコーティングされた粒子の場合、多くの場合、その違いが装置が選択されるすべての理由です。

回転シェル内でブレンドがどのように起こるか

外から見ると、ミキシングは魔法のように見えます。ダブルコーンミキサーの内部では、実際には 3 つのメカニズムが同時に動作し、それぞれが異なるスケールで動作します。

拡散 — 患者の粒子ごとのメカニズム

拡散は、個々の粒子が隣り合う粒子間の隙間に迷い込むときに起こります。タンブリングベッドでは、ゆっくりとランダムに行われます。すべての粒子が予測不可能な小さなステップを踏み、ブレンドは徐々に改善されます。拡散は最終的に細かく均一な混合物を生成するメカニズムですが、それ自体では全体の仕事を行うには遅すぎます。拡散だけにしておくと、大規模なバッチには何時間もかかる可能性があります。バランスのとれたシェルが次の 2 つのメカニズムの条件も作り出すのはまさにこのためです。

対流 — 速い動き

対流はバルク移動を意味し、粉末の塊や層全体が容器のある領域から別の領域に移動することを意味します。シェルが回転するたびに、ベッドのスライスが円錐壁を滑り落ち、中心線を横切って運ばれるため、左端の材料は数回転以内に右端近くに到達します。これが大規模なブレンドを実用化する理由です。タンブラーの簡単な心理テストが必要な場合は、粉末の塊が 1 回転でどのくらいの距離を移動するかを尋ねてください。この距離が長いほど、バッチがより速く集まります。

シアー — 小さな局所的な効果

せん断とは、粉末の層が別の層の上で滑ることです。ダブルコーンミキサーでは、マイルドな状態を保ち、ベッドの移動する表面にほとんど制限されますが、これがまさに重要です。小さなせん断はゆるい塊や弱い凝集体を破壊するのに役立ちますが、大きなせん断は熱を発生させ、製品を摩耗させ、柔らかい素材やワックス状の素材を汚します。タンブリングにより、自由表面の必要な場所にわずかなせん断が与えられますが、損傷を与える種類はほとんどありません。

なぜ中央交差点ゾーンがすべてを決めるのか

2 つのコーンが接触するセクションは、マシンの最も使用頻度の高い部分です。一方から出た材料は、もう一方の半分に向かう途中でそこを通過し、ここで実際の交換のほとんどが行われます。中心部分が短いか、一致が不十分なシェルは、たまたまシャフトを共有しているだけの 2 つの円錐になります。端は内部で混ざりますが、実際に材料を交換することはありません。そのため、経験豊富なバイヤーは、ネームプレートの総体積だけでなく、コーンの長さと中心の直径の比率を確認します。

ダブルコーンミキサーが活躍する場所

動きが穏やかで容器自体がミキサーなので、特定の作業に適したデザインです。

美しく処理される仕事

• 均一性の厳しい目標を達成する必要がある、同様の粒子サイズと密度の乾燥粉末。
• 壊れやすい顆粒、凝集体、および分解してはいけないコーティングされた粒子。
• 自由流動性の食品成分 – プレミックス、スパイスブレンド、ドリンクパウダー、小麦粉ブレンド。
• 低熱と簡単な洗浄が重要な医薬品および栄養補助食品のドライブレンド。
• 汚染管理が重要なセラミック、ガラス、顔料およびトナーの粉末。
• 接触面からの金​​属の付着を避ける必要がある特殊な化学ブレンド。
• 1 つの容器で充填、混合、排出できる小規模から中規模のバッチ。

他の場所を探すべき仕事

• 湿った塊、ペースト、スラリーは転がり落ちるだけで移動できません。
• 非常に凝集性の高い粉末または超微粒子の粉末で、流れるのではなく球状になります。
• 密度差が大きい成分は、動きが停止すると再び分離する傾向があります。
• 壁を覆う粘着性、油性、または熱に弱い素材。
• 液体を添加し、高せん断下で分散させる必要があるプロセス。
• 連続的な高スループットラインでは、バッチタンブラーがボトルネックになります。

実際に結果を決定するパラメータ

仕様書は似ていますが、いくつかの数字でほとんどの作業が行えます。それぞれの変更内容は次のとおりです。

作業量と総量

総体積は、シェルの幾何学的容量です。作業量は、現実的にロードしても適切にブレンドできる粉末の量です。それらの間にあるギャップはマーケティング用のパッドではなく、ベッドが転倒するために必要な空きスペースです。大まかな経験則として、タンブリングブレンダーは、総容積の約半分から 3 分の 2 の量を投入したときに最高のパフォーマンスを発揮します。端まで充填すると、粉末は固体のブロックとして回転するだけで、混合機構は何も開始されません。

回転速度

スピードは明白なレバーのように見えます - より速く回転させ、より速くブレンドします - しかし、タンブラーにはスイートスポットがあります。遅すぎるとベッドがほとんど動かないので、ブレンドが長引きます。速すぎると遠心力により粉末が壁に固定され、そこで粉末は滝のように流れずに殻と一緒に回転します。その中間のどこかで、素材は持ち上げられ、丸まり、折り畳まれます。その範囲はシェルの直径によって異なります。大きい容器では、粒子を遠心分離するのではなくカスケード状態に保つために、より遅い回転が必要です。

フィルレベル — 人々が無視するパラメータ

負荷が少なすぎると問題が発生する可能性もあります。浅いベッドは折り畳まれずに壁の周りをスライドする可能性があるため、最大能力で美しく調和するマシンでも、小さな試作バッチでは期待外れになる可能性があります。バッチ間の一貫性は、正確なパーセンテージを達成することよりも重要です。非常に異なるバッチ サイズを日常的に実行する場合は、ジオメトリをより小さい負荷に向けてバイアスする必要がある可能性があるため、注文する前にその旨を伝えてください。

放電形状

粉末が容器の中でどのように混合されるかということと同じくらい、粉末が容器から出る場所も重要です。真の最低点にあるバルブはきれいに空になります。ポートの配置が不適切だと、以前の製品のデッドポケットが残ります。吐出口径が粉体の流動性にどのように適合するか、また機械の半分を分解せずにバルブの操作、検査、清掃ができるかどうかを確認してください。

接点材質と表面仕上げ

パウダーに触れるすべてのものは、そのパウダー用に選択される必要があります。汎用ステンレス鋼はほとんどのドライブレンディングをカバーします。高合金グレードは、腐食性の製品や高純度の製品に適しています。研磨された内部仕上げにより残留物が最小限に抑えられ、洗浄が迅速化されます。鉄による汚染が許容できない場合は、非金属または特別にコーティングされた接触面が使用されます。隙間には材料が保持され、次のバッチに渡されるため、内部溶接部は滑らかに研磨され、隙間がないようにする必要があります。

駆動、シール、防塵対策

回転はどこかから得られる必要があり、シャフトにはベアリングとシールが必要です。適切なサイズのギア付きドライブは、負荷が変化しても速度を安定して維持し、ブレンド時間を再現可能に保ちます。シールは潤滑剤が製品に侵入しないようにし、ベアリングに塵埃が入らないようにする必要があります。充電ポート、通気口、抽出ポイントは、粉塵雲が発生せずに容器を満たせるように配置する必要があります。可燃性粉塵が懸念される場合は、モーター、配線、接地のすべてをそれに応じて評価する必要があります。

ブレンド時間と均一性: 数値の見方

均一性は通常、変動係数 (CV) として報告されます。わかりやすく言うと、主要成分の濃度がサンプル間でどれだけ異なるかを、目標とする平均濃度と比較し、パーセンテージで表します。低いほど良いです。多くの仕様では 5% 未満が要求されており、効力や色が重要な場合はさらに厳しくなります。ただし、この数字が意味を持つのは、サンプリング方法、つまり、サンプルの数、位置、サイズ、およびそれらがどのように分析されたかについても記載した場合のみです。

ブレンド カーブはすべて同じ形状です。均一性は最初は急速に向上しますが、その後平坦になってプラトーになります。その停滞期を超えるとすべてが改善されるわけではありません。それは余分な摩耗、余分な粉塵、そして分離のリスクの増加です。非混合とは、粒子のサイズや密度が異なり、長く自由に流れる回転中に徐々に場所が再び入れ替わるために起こる混合の解除です。役に立つ習慣は、プラトーで停止し、サンプルでそれを確認し、「安全のためもう少し長く」走りたいという衝動を抑えることです。

他のジェントルブレンダーとの比較

簡単に言うと、パウダーが流れてしまい、そのままにしておく必要がある場合、通常はダブル コーン ファミリーが最初に探すことになります。パウダーがベタベタしていたり​​、超微細だったり、液体を混ぜる必要がある場合は、いくら転がしても役に立ちません。

製造現場からの実践的なヒント

• 少量の材料を一隅に置くのではなく、主要材料の 2 つの部分の間に置き、層状に充填します。
• すべての製品の充填レベル、回転速度、ブレンド時間を記録し、その記録をレシピとして扱います。
• 毎回まったく同じパターンでサンプルを採取します。均一性の数値は、その方法が適用されている場合にのみ比較できます。
• シフトが終了したときではなく、カーブが平坦になったときにブレンドを停止します。
• シールとアースを定期的に検査してください。乾燥した回転容器は静電気が発生しやすい場所です。
• 文書化された反復可能な手順に従って製品間の清掃を行い、製品を頻繁に交換する場合は簡単に開けられるデザインを選択してください。
• 振動に注意してください。これは通常、パウダーに問題があるというよりも、ベアリングやアライメントの問題を示しています。
• バルブから出てくる最初の粉末でバッチを判断しないでください。排出流の途中からサンプルを採取します。

ダブルコーンミキサーの選び方 TENCAN

長沙 Tencan パウダーテクノロジー株式会社（TENCAN) は、まさに上記の作業、つまりプロセス中に粉砕することなく均一にブレンドする必要がある乾燥粉末の作業のために、このタイプの機械を構築します。設計上の注意は、日常の操作において重要な部分に向けられています。つまり、2つの半分が材料を真に交換するための交差ゾーンの比率、きれいに空になる排出、製品に合わせた接触面、負荷が変化しても速度を維持するドライブなどです。

決定への実際的なルートは、機械ではなく粉末から始めることです。つまり、嵩密度、流動性、粒子サイズ、および粉末の壊れやすさや摩耗性の程度です。次に、作業量を一般的なバッチに合わせ、接触材料を選択し、容器の充電、通気、接地、洗浄方法を決定します。マシンがどのように構築されているか、どのようなオプションが利用可能であるかを確認できます。 ダブルコーンミキサーの仕様ページ — 漠然とした質問が正確な質問に変わるので、誰かに話す前に読む価値があります。

よく聞かれる質問

1/1000の希釈など、非常に少量の微量成分を処理できますか?

賢明にマイナーコンポーネントを導入すれば、それは可能です。比率自体が問題になることはほとんどありません。問題は、小さなすくいの粉末を大きなベッドに放り込み、期待することです。副成分を主成分の一部と事前に混合し、そのプレミックスを層状に加え、ベッドが滑らず折りたためるほど容器が十分に満たされていることを確認します。非常に低い濃度ではまさにサンプリング誤差が人々を騙すことになるため、サンプルで確認してください。

どうやって掃除すればいいですか？

それはあなたの製品とあなたのルールによって異なります。ドライクリーニングとは、シェル、バルブ、充電ポートを掃除機で掃除して拭くことを意味します。互換性のない製品間では、洗剤を使用して湿式洗浄してすすぐか、溶剤で拭き取る必要がある場合があります。最も重要な領域は、排出バルブ、充填ポート、シャフトシールです。これらの部分には残留物が隠れているためです。滑らかな内面と工具を使わずに分解できるバルブにより、作業が劇的に速くなり、後から改造するよりも最初から指定する方がはるかに簡単です。

粘着性のある粉末や湿気に敏感な粉末にも使用できますか?

粘着性の粉末の場合、正直な答えは通常「ノー」です。タンブリングは流れに依存し、モーターの出力がどれだけ変化してもそれは変わりません。湿気に敏感な材料の場合は話が異なります。容器が密閉され、乾燥空気または窒素で通気されており、充電または放電中に粉末が湿気を帯びることがなければ、うまく機能します。単に湿っているだけの製品と、表面を純粋にコーティングする製品の違いについて現実的に考えてください。

ブレードもローターも複雑な内部構造も持たず、形状と重力で仕事をこなす機械が完成しました。粉末が流動する場合、顆粒が無傷で残らなければならない場合、均一性の目標が厳しい場合、ダブルコーンミキサーを真剣に検討する価値があります。これで、実行する前にどの数値を検討すべきかがわかります。全製品とデザインの詳細については、 ダブルコーンミキサー ページ。