Rotatietrommelmengers uitgelegd: ontwerp, toepassingen en prestaties

Roterende trommelmengers mengen poeders, granulaten, pellets en andere losse vaste stoffen door middel van gecontroleerde ronddraaiende bewegingen in plaats van agressieve mechanische roering. Omdat het product voornamelijk door zwaartekracht wordt verplaatst, kunnen roterende trommelmengers gelijkmatige resultaten bereiken en tegelijkertijd afschuiving, breuk en fijne deeltjes tot een minimum beperken. Ze zijn bijzonder geschikt voor kwetsbare of hoogwaardige materialen en kunnen het mengen ook combineren met processen zoals coaten, conditioneren, weken, verwarmen, koelen en drogen.

Basisprincipe van de werking

Een roterende trommelmenger bestaat uit een horizontale trommel die rond zijn lengteas draait. Terwijl de trommel draait, wordt het product door de draaiende wand omhooggetild, waarna het door de zwaartekracht terugrolt of terugstroomt door het productbed.

Deze herhaalde beweging zorgt voor een voortdurende herverdeling van de deeltjes door de hele trommel. In plaats van snel bewegende interne roerwerken te gebruiken om de deeltjes door de menger te duwen, zorgt de rotatie van de trommel zelf voor de mengwerking.

Roterende trommelmengers kunnen zowel als batch- als als continu-systemen worden ingezet.

Bij een batchproces wordt een bepaalde hoeveelheid materiaal ingevoerd, gedurende een vooraf bepaalde tijd verwerkt en vervolgens afgevoerd. Dit biedt nauwkeurige controle over de mengtijd en de afzonderlijke batches.

Bij continue verwerking stroomt het materiaal continu de trommel in en uit. De geometrie van de trommel, de rotatiesnelheid, de producteigenschappen en de doorvoercapaciteit bepalen de verblijftijd en het menggedrag.

Meer informatie: Continu mengen makkelijk gemaakt

Rol- en cascadebeweging

De mengprestaties in een roterende trommel hangen af van de manier waarop het productbed beweegt terwijl de trommel draait.

Onder de juiste bedrijfsomstandigheden wordt het materiaal door de trommelwand omhoog getransporteerd, voordat de zwaartekracht ervoor zorgt dat het terugrolt of terugstroomt door het bed. Door deze herhaalde beweging komen de deeltjes in contact met verschillende delen van het mengsel.

De hieruit voortvloeiende beweging zorgt voor een voortdurende herverdeling van het product, zonder dat er binnen de productzone bladen, schoepen of andere snel bewegende menginstrumenten nodig zijn.

De rotatiesnelheid, de geometrie van de trommel, het vulniveau en de eigenschappen van het materiaal beïnvloeden dit gedrag allemaal. Door deze variabelen te wijzigen, veranderen zowel de intensiteit van de deeltjesbeweging als de snelheid waarmee het mengsel zich ontwikkelt.

Uniformiteit zonder hoge afschuifkrachten

Er is niet altijd veel mechanische energie nodig om een homogeen mengsel te verkrijgen.

In een roterende trommel zorgt de herhaalde beweging van het productbed ervoor dat de deeltjes gedurende vele omwentelingen van positie ten opzichte van elkaar veranderen. Het proces kan daardoor een homogeen mengsel opleveren met relatief lage mechanische belasting.

Dit is met name van belang wanneer de deeltjesgrootte, vorm, oppervlaktestructuur of coatings intact moeten blijven.

Het doel is niet om de interactie tussen de deeltjes te elimineren. Het is om voldoende beweging te creëren voor een effectieve menging, terwijl onnodige stoten, slijtage of afschuiving worden vermeden.

Meer informatie: Gentle Mixing Technology

De prestaties van een roterende trommelmenger worden bepaald door de manier waarop de installatie is afgestemd op de materiaal- en procesvereisten. De geometrie van de trommel, het toerental en de toevoer en afvoer van het product werken allemaal samen om een gecontroleerde productbeweging en herhaalbare verwerkingsomstandigheden te creëren.

Trommelgeometrie voor een gecontroleerde productbeweging

De afmetingen en geometrie van de trommel bepalen mede hoe het materiaal zich tijdens het mengen verplaatst. Terwijl de trommel draait, worden de deeltjes door scheppen opgetild en via een gecontroleerde rol- en cascadebeweging opnieuw verdeeld.

Belangrijke ontwerpparameters zijn onder meer:

• diameter en lengte van de trommel
• schepvorm
• bedrijfsvulniveau
• productkenmerken

De relatie tussen de geometrie van de trommel en het vulniveau zorgt voor de ruimte die nodig is om het materiaal door het productbed te laten stromen. Hierdoor kunnen de deeltjes voortdurend van positie veranderen ten opzichte van elkaar, wat een gelijkmatige menging bevordert zonder dat er krachtige mechanische roering nodig is.

De afmetingen van de trommel kunnen worden gekozen op basis van de gewenste batchgrootte of doorvoercapaciteit, waarbij de voor de toepassing benodigde productbeweging behouden blijft.

Snelheids- en procesregeling

De rotatiesnelheid biedt een andere manier om de materiaalbeweging in de trommel te regelen. Dankzij de instelbare snelheid kan het mengproces worden afgestemd op de eigenschappen van het product en het gewenste procesresultaat.

Snelheidsregeling kan worden gebruikt om het volgende te optimaliseren:

• mengintensiteit
• de beweging van deeltjes
• verblijfsduur of mengtijd
• zorgvuldige omgang met producten
• herhaalbaarheid van het proces

Samen met de geometrie van de trommel en het vulniveau draagt het toerental bij aan het creëren van voorspelbare procesomstandigheden.

Zodra de juiste parameters zijn vastgesteld, kunnen deze van de ene productierun naar de volgende worden gereproduceerd, wat bijdraagt aan een consistente productkwaliteit en betrouwbare procesprestaties.

Efficiënte producttoevoer en -afvoer

Inlaat- en uitlaatsystemen zijn ontworpen om materiaal efficiënt in en uit de trommel te transporteren en tegelijkertijd te voldoen aan de eisen van het totale proces.

Afhankelijk van de toepassing kunnen deze systemen worden geconfigureerd voor:

• gecontroleerde producttoevoer
• efficiënte en volledige ontlading
• stofbeheersing
• hygiënische verwerking
• eenvoudige reiniging en productwisselingen
• integratie met apparatuur stroomopwaarts en stroomafwaarts

Een efficiënte afvoer draagt er ook toe bij dat er na de verwerking zo min mogelijk product in het systeem achterblijft, wat een hoge productopbrengst en een eenvoudige reiniging tussen de batches door bevordert.

Voor toepassingen met specifieke eisen op het gebied van insluiting, hygiëne of automatisering kunnen de inlaat- en uitlaatconfiguraties worden aangepast als onderdeel van het totale ontwerp van het roterende trommelsysteem.

Trommelmenger versus lintmenger

Lintmengers maken gebruik van een roterende roerder met binnen- en buitenlinten om het materiaal in verschillende richtingen door een stationaire mengkuip te verplaatsen. Dit kan voor veel poeders een effectieve en relatief snelle menging opleveren.

Roterende trommelmengers werken volgens een ander principe. De mengkuip zelf draait, waardoor het materiaal door de zwaartekracht door het productbed wordt verplaatst.

De geschikte technologie hangt daarom af van het procesdoel.

Een roterende trommelmenger kan de voorkeur genieten wanneer:

• de integriteit van de deeltjes is belangrijk
• het materiaal is gevoelig voor breuk of slijtage
• er is een lage schuifkracht vereist
• interne obstructies moeten tot een minimum worden beperkt
• gemakkelijke toegang of reiniging is een prioriteit
• er moeten aanvullende verwerkingsstappen worden geïntegreerd

Een lintmenger kan geschikter zijn wanneer het materiaal een grotere mechanische belasting kan verdragen en het proces baat heeft bij actieve roering.

Trommelmenger versus ploeg- of peddelmengers

Ploeg- en peddelmengers maken gebruik van interne mengorganen om het materiaal actief te verplaatsen. Afhankelijk van hun ontwerp en bedrijfssnelheid kunnen ze een intensievere deeltjesbeweging teweegbrengen en zijn ze mogelijk effectief voor cohesieve producten of toepassingen waarbij snelle dispersie vereist is.

Het nadeel is dat een grotere mechanische intensiteit kan leiden tot meer deeltjesbotsingen, slijtage, slijtage van de apparatuur of warmteontwikkeling.

Rotatietrommelsystemen zijn over het algemeen beter geschikt voor toepassingen waarbij het behoud van de productintegriteit een primaire doelstelling is. Ploeg- of peddeltechnologieën kunnen geschikter zijn wanneer intensieve dispersie, deagglomeratie of andere bewerkingen met een hoger energieverbruik vereist zijn.

De beste keuze hangt daarom af van het materiaal en de procesdoelstelling, in plaats van dat één mengtechnologie universeel superieur is.

Poeders en bulkgoederen

Roterende trommelmengers zijn geschikt voor het verwerken van een breed scala aan vrij stromende poeders, granulaten, pellets en andere bulkstoffen.

Typische toepassingen zijn onder meer:

• het maken van uniforme mengsels
• het distribueren van minder belangrijke ingrediënten
• het behoud van de integriteit van de deeltjes
• isolatiematerialen
• producten klaarmaken voor verdere verwerking

Door de combinatie van een gecontroleerde deeltjesbeweging en een relatief lage mechanische belasting is het mengen in een roterende trommel toepasbaar in de voedingsmiddelen-, chemische, polymeer-, farmaceutische en andere poederverwerkende industrieën.

Breekbare en kostbare materialen

Sommige materialen kunnen technisch gezien in veel verschillende soorten apparatuur worden gemengd, maar of het proces economisch rendabel is, hangt af van de mate van productbeschadiging.

Roterende trommels zijn met name geschikt voor producten zoals:

• polymeerpellets en -granulaten
• gecoate deeltjes
• theebladeren, zaden en landbouwmaterialen
• speciale voedingsingrediënten
• katalysatordragers
• batterij- en speciale chemische poeders
• andere hoogwaardige, schurende, temperatuurgevoelige of breukgevoelige materialen

Bij deze producten kan het verminderen van fijne deeltjes, slijtage, beschadiging van de coating of debreuk van deeltjes direct leiden tot een verbetering van de bruikbare opbrengst en de prestaties in de verdere verwerking.

Coating, conditionering en weken

Een roterende trommel hoeft niet beperkt te blijven tot het mengen van volledig droge stoffen.

De gecontroleerde beweging van de deeltjes door de trommel kan een geschikte omgeving bieden voor het aanbrengen van een precieze hoeveelheid vloeistof op poeders, granulaten of pellets. Via sproeisystemen kan vloeistof worden toegevoegd, terwijl de tuimelbeweging herhaaldelijk verschillende oppervlakken van de deeltjes blootlegt.

Dit principe kan worden toegepast voor:

• vloeibare coating
• impregnering
• weken
• conditionering
• toepassing van smaakstoffen of additieven

Procesparameters zoals de toevoersnelheid van de vloeistof, de verblijftijd, de temperatuur en het toerental kunnen worden aangepast aan de toepassing.

Configuratie voor productspecifiek gedrag

Niet alle bulkstoffen gedragen zich op dezelfde manier.

De deeltjesgrootte, dichtheid, vorm, strooibaarheid, vochtgehalte, oppervlakte-eigenschappen en breekbaarheid kunnen allemaal van invloed zijn op de manier waarop een product door een roterende trommel stroomt. Een configuratie die goed presteert bij het ene poeder, kan daarom voor een ander poeder andere bedrijfsparameters vereisen.

Een roterend trommelsysteem kan worden geconfigureerd op basis van factoren zoals:

• vereiste batchgrootte of doorvoercapaciteit
• rotatiesnelheid
• verblijftijd
• inlaat- en uitlaatconfiguratie
• afdichtingsvoorschriften
• lozingsgedrag
• reinigingsvoorschriften

Het doel is om de apparatuur en de bedrijfsomstandigheden af te stemmen op de fysische eigenschappen van het product, in plaats van elk materiaal door hetzelfde proces te dwingen.

Geïntegreerde procesfuncties

Een van de voordelen van de roterende-trommeltechnologie is de mogelijkheid om het mengen te combineren met aanvullende bewerkingen.

Afhankelijk van de toepassing kan een systeem het volgende omvatten:

• vloeistofinjectie of -verstuiving
• coating
• impregneren of weken
• verwarming of koeling
• aan de lucht drogen
• vacuümdrogen
• verwerking onder gecontroleerde atmosfeer
• temperatuurgeregelde trommeloppervlakken

Door bewerkingen in één systeem te combineren, kan het aantal productoverdrachten tussen verschillende apparaten worden verminderd en kan het totale proces worden vereenvoudigd.

Bij gevoelige materialen kan een kleiner aantal overdrachten ook de kans op productschade, verontreiniging of verlies verminderen.

Checklist voor besluitvorming

Bij de keuze voor een roterende trommelmenger moet rekening worden gehouden met het gedrag van het product en het gewenste procesresultaat.

Belangrijke vragen zijn onder meer:

• Is het materiaal breekbaar? Bedenk hoeveel breuk, slijtage of schuring het product kan verdragen.
• Is segregatie een punt van zorg? Beoordeel de verschillen in deeltjesgrootte, -vorm en -dichtheid.
• Welke mate van uniformiteit is vereist? Leg vast wat de aanvaardbare specificatie voor het mengsel is.
• Welke doorvoercapaciteit is vereist? Bepaal of batchverwerking of continue verwerking geschikter is.
• Worden er vloeistoffen toegevoegd? Ga na of er tijdens het mengen een coating, een inweekbeurt of een behandeling moet plaatsvinden.
• Moet de temperatuur worden geregeld? Vereisten op het gebied van verwarming, koeling of droging kunnen van invloed zijn op de configuratie van het systeem.
• Hoe belangrijk is reinigbaarheid? Houd rekening met omschakelingen, verontreinigingsrisico’s en hygiëne-eisen.
• Hoe zal de menger in de rest van het proces worden geïntegreerd? Vanaf het begin moet rekening worden gehouden met de inlaat, de uitlaat, de toevoer en de aansluitende apparatuur.

Aan de hand van de antwoorden kan worden vastgesteld of mengen met een roterende trommel geschikt is en hoe het systeem moet worden geconfigureerd.

Ontdek: Het assortiment roterende mengers van Lindor

Waarom proefonderzoeken belangrijk zijn

Het gedrag van poeder en bulkvaste stoffen is vaak moeilijk te voorspellen op basis van specificaties alleen.
Twee materialen met vergelijkbare deeltjesgroottes kunnen zich heel verschillend gedragen vanwege verschillen in dichtheid, oppervlakte-eigenschappen, vochtgehalte, elektrostatisch gedrag of samenstelling.

Het testen van het daadwerkelijke product biedt een betrouwbaardere basis voor de keuze van apparatuur en opschaling.

Een proef kan uitwijzen of het gewenste resultaat kan worden bereikt en tegelijkertijd de bedrijfsomstandigheden vaststellen die nodig zijn om dit resultaat te reproduceren.

Wat moet er worden gemeten bij een proef met een trommelmenger?

Welke metingen geschikt zijn, hangt af van het doel van het proces, maar bij een mengproef met een roterende trommel kan het volgende worden beoordeeld:

• homogeniteit van het mengsel
• deeltjesbreuk
• boetes en stofvorming
• verdeling en dekking van de coating
• verblijfsduur of mengtijd
• producttemperatuur
• lozingsgedrag
• doorvoercapaciteit
• reinigbaarheid
• herhaalbaarheid

Bij toepassingen op het gebied van coaten, drogen of conditioneren kunnen ook aanvullende parameters worden gemeten, zoals het vochtgehalte, de vloeistofverdeling, het temperatuurprofiel of de droogprestaties.

Door deze factoren te testen, kunnen geschikte procesparameters worden vastgesteld voordat op productieschaal wordt overgegaan.

Ontdek: Lindor Mixing Test Center

Roterende trommelmengers maken gebruik van gecontroleerd, door zwaartekracht aangedreven ronddraaien om poeders, granulaten, pellets en andere losse vaste stoffen te mengen. Omdat het product wordt verplaatst zonder snel draaiende interne roerwerken, zorgt de roterende trommeltechnologie voor een gelijkmatige menging, terwijl schuifkrachten, stoten, breuk en fijne deeltjes tot een minimum worden beperkt.

De technologie is met name geschikt voor kwetsbare en hoogwaardige materialen, maar de toepassingsmogelijkheden reiken verder dan alleen het mengen. Ook coating, conditionering, weken, verwarmen, koelen en drogen kunnen in een roterend-trommelproces worden geïntegreerd.

De prestaties zijn afhankelijk van de wisselwerking tussen de geometrie van de trommel, het vulniveau, het toerental, de verblijftijd en de fysische eigenschappen van het product. Daarom moet bij de keuze en configuratie van een roterende trommelmenger eerst worden uitgegaan van het materiaal en het gewenste procesresultaat, en moet dit, waar mogelijk, door middel van tests worden gevalideerd.