Wybór najbardziej wydajnej metody mieszania jest jednym z najważniejszych czynników rozważanych przy rozpoczynaniu produkcji komercyjnej, ponieważ dokładne mieszanie jest konieczne w prawie każdym procesie produkcyjnym. Konwencjonalne mieszalniki opierają się głównie na mechanicznym działaniu mieszadła, które przemieszcza produkt przez zbiornik. Chociaż sprawdza się to dobrze w wielu zastosowaniach, gęste produkty mogą opierać się ruchowi i tworzyć obszary, w których przepływ jest ograniczony.
Mieszanie wspomagane grawitacyjnie zapewnia dodatkową siłę, która może pomóc w przemieszczaniu produktu przez strefę mieszania. Zmieniając kąt naczynia mieszającego, produkt w naturalny sposób spływa w kierunku dolnej części naczynia, podczas gdy mieszadło w sposób ciągły go podnosi, składa i ponownie rozprowadza. Może to poprawić cyrkulację bez konieczności mechanicznego generowania przez mikser całego ruchu produktu.
Co to jest mieszanie wspomagane grawitacją?
Mieszanie grawitacyjne to metoda mieszania, w której naturalny ruch produktu pod wpływem grawitacji łączy się z mieszaniem mechanicznym.
Zamiast utrzymywać naczynie całkowicie w pionie, naczynie robocze jest przechylane pod kątem. Gdy mieszadło się obraca, przesuwa produkt w górę i przez mieszaninę, podczas gdy grawitacja powoduje powrót masy produktu z powrotem w kierunku dolnej części zbiornika.
Tworzy to ciągły cykl:
mieszadło podnosi i przesuwa produkt → grawitacja zwraca produkt → mieszadło podnosi go ponownie
Efektem jest bardziej dynamiczny ruch całej masy produktu. Może to być szczególnie korzystne podczas przetwarzania produktów, które są zbyt lepkie, aby mogły łatwo krążyć w konwencjonalnym naczyniu pionowym.
Dlaczego przechylanie może poprawić miksowanie?
W konwencjonalnym mieszalniku pionowym mieszadło musi pokonać znaczną część oporu wywołanego lepkością i wagą produktu, aby utrzymać cyrkulację. W zależności od produktu i geometrii mieszadła, część materiału może pozostać stosunkowo nieruchoma, szczególnie wokół dna, ścian lub narożników zbiornika.
Przechylanie zmienia geometrię środowiska mieszania.
Produkt w naturalny sposób przemieszcza się w kierunku dolnej części zbiornika, skąd mieszadło może go zebrać i ponownie rozprowadzić. Połączone działanie mieszania mechanicznego i grawitacji może zatem pomóc:
- poprawić obieg produktów;
- zmniejszyć obszary stojące lub słabo przemieszane;
- wprowadzić składniki do aktywnej strefy mieszania;
- poprawić wprowadzanie proszków i innych składników;
- promować bardziej równomierny rozkład ciepła podczas obróbki cieplnej.
Dokładna poprawa wydajności zależy od produktu, lepkości, poziomu napełnienia, konstrukcji mieszadła, prędkości mieszania i kąta nachylenia. Grawitacja nie zastępuje mieszania mechanicznego, ale współpracuje z mieszadłem, aby zmniejszyć ilość pracy mechanicznej wymaganej do utrzymania produktu w ruchu.
Mieszanie grawitacyjne a konwencjonalne mieszanie pionowe
Tradycyjne mieszalniki pionowe są zwykle projektowane wokół stałego zbiornika i wykorzystują mieszadło do zapewnienia niezbędnej cyrkulacji produktu.
Może to być całkowicie wystarczające w przypadku produktów o niskiej i średniej lepkości. Jednakże wraz ze wzrostem lepkości ruch produktu staje się trudniejszy, a mieszalnik może napotkać znacznie większy opór mechaniczny.
Mieszalnik przechylny wprowadza kolejny mechanizm przemieszczania produktu
| Mieszanie konwencjonalne | Mieszanie grawitacyjne |
|---|---|
| Stałe naczynie pionowe | Naczynie można przechylać podczas mieszania |
| Ruch produktu opiera się głównie na mieszadle | Mieszadło i grawitacja współpracują ze sobą |
| Większe ryzyko zastoju lepkich produktów | Przechylanie ułatwia powrót produktu do aktywnej strefy mieszania |
| Mieszadło musi generować większość cyrkulacji | Naturalny ruch produktu wspomaga cyrkulację |
| Stała geometria naczynia | Geometrię mieszania można zmienić poprzez przechylenie |
| Wyładunek przez zawór | Zbiornik można przechylać w celu szybszego wyładunku produktu |
Nie oznacza to, że mieszalnik przechylny jest automatycznie lepszy dla każdego produktu, ale możliwość regulacji kąta naczynia zapewnia większą elastyczność i pozwala operatorowi wybrać pozycję zapewniającą optymalną wydajność mieszania dla konkretnego produktu i procesu. Konwencjonalne mieszanie pionowe może już zapewniać wystarczającą cyrkulację w przypadku niektórych produktów o niskiej lepkości, ale zalety przechylania stają się szczególnie istotne podczas pracy z produktami lepkimi, gęstymi, lepkimi lub w inny sposób trudnymi do przenoszenia.
Rola kąta nachylenia naczynia podczas przetwarzania
Kąt nachylenia naczynia jest ważnym elementem procesu, ponieważ niewielka zmiana kąta zmienia sposób, w jaki produkt osiada w naczyniu i gdzie oddziałuje z mieszadłem. Przy odpowiednim kącie roboczym grawitacja stale kieruje produkt w stronę dolnej części naczynia, podczas gdy mieszadło przesuwa go z powrotem przez strefę mieszania.
Optymalna pozycja zależy od produktu i systemu mieszania. Dlatego przechylanie naczynia z kilkoma wybieralnymi pozycjami roboczymi jest znacznie bardziej wszechstronne niż naczynie z tylko jedną stałą pozycją.
Na przykład, mieszalniki przechylne i Kotły do gotowania CookMak Mix FTP mogą wykorzystywać kilka pozycji roboczych podczas przetwarzania. Naczynie można następnie całkowicie przechylić, aby szybko i wygodnie rozładować przez krawędź po zakończeniu mieszania.
Mieszanie grawitacyjne podczas podgrzewania
Zasada ta staje się szczególnie przydatna, gdy mieszanie i podgrzewanie odbywają się jednocześnie. Produkty takie jak karmel, kremy, nadzienia, syropy i inne lepkie masy spożywcze mogą być trudne do równomiernego podgrzania. Produkt, który pozostaje w kontakcie z rozgrzaną powierzchnią przez zbyt długi czas, może ulec miejscowemu przegrzaniu, a niewystarczająca cyrkulacja może prowadzić do różnic temperatur w obrębie partii.
Połączenie przechylania, mieszania mechanicznego i skrobania (z zastosowaniem samoregulujących się skrobaków ze stali nierdzewnej) pomaga w ciągłym przesuwaniu produktu po rozgrzanej powierzchni.
W przechylanym kotle do gotowania, mieszadło może przesuwać produkt w kierunku rozgrzanej powierzchni, a grawitacja wspomaga jego powrót. Skrobaki mogą dodatkowo służyć do usuwania produktu z dna naczynia (i opcjonalnie ze ścianek), poprawiając kontakt między produktem a rozgrzaną powierzchnią.
Pozwala to na połączenie:
kontrolowanego podgrzewania + mieszania mechanicznego + cyrkulacji wspomaganej grawitacyjnie + skrobania
co jest szczególnie przydatne w przypadku termicznego przetwarzania produktów lepkich, takich jak karmel.
Gdzie przydatne jest mieszanie wspomagane grawitacyjnie?
Mieszanie wspomagane grawitacyjnie może być przydatne w przetwarzaniu różnorodnych produktów, zwłaszcza tych o średniej i wysokiej lepkości, w tym:
- mas karmelowych i cukierniczych;
- kremy i nadzienia do ciast;
- dżemy i przetwory owocowe;
- syropy o konsystencji gęstej śmietany;
- sosy;
- nadzienia owocowe;
- produkty na bazie miodu;
- ciasta o konsystencji gęstej śmietany i ciasta drożdżowe;
- przeciery lub półpłynne produkty spożywcze.
Technologia mieszania grawitacyjnego może być również przydatna, gdy składniki muszą zostać włączone do istniejącej lepkiej masy. Przechylanie pomaga skierować masę produktu w kierunku obszaru aktywnego mieszania, ponieważ mieszadło rozprowadza składniki w całej partii.
Zastosowanie mieszania grawitacyjnego w naszych urządzeniach do przetwarzania żywności
W FoodTechProcess stosujemy tę zasadę w wielu konfiguracjach naszych urządzeń do przetwarzania żywności, w tym w naszych przechylnych kotłach kuchennych CookMak Mix i mieszadłach przechylnych.
Naczynie jest zamontowane na mechanizmie przechylnym, który pozwala operatorowi wybrać najlepszą pozycję roboczą. Podczas mieszania kąt nachylenia naczynia sprzyja naturalnemu przemieszczaniu się produktu w kierunku najniższego punktu, a mieszadło stale go unosi i rozprowadza.
W przypadku przechylnych kotłów FoodTechProcess ten sam mechanizm przechylania zapewnia kolejną istotną zaletę: naczynie można przechylić o 110° po zakończeniu obróbki, co umożliwia szybki i prosty rozładunek. Kotły FTP są zamontowane na kółkach, co umożliwia przemieszczanie naczynia w obrębie zakładu produkcyjnego przed rozładunkiem.
Oznacza to, że ta sama funkcja mechaniczna służy dwóm celom:
- podczas obróbki: przechylenie wspomaga cyrkulację i mieszanie produktu;
- po obróbce: przechylenie umożliwia grawitacyjny wypływ produktu z naczynia.
Jest to szczególnie przydatne w przypadku rozładunku gęstych produktów, które trudno przelać z konwencjonalnego, stałego naczynia przez mały zawór.
Wydajniejszy rozładunek
Rozładunek jest często pomijany w porównaniach urządzeń mieszających, ale może mieć znaczący wpływ na ogólną wydajność produkcji.
Stały kocioł może wymagać od operatora usunięcia gęstego produktu przez mały otwór w dnie, ręcznego zeskrobania naczynia lub użycia dodatkowego sprzętu do przeładunku produktu, takiego jak pompa.
W przypadku przechylnego naczynia, całą misę roboczą można obrócić w kierunku pozycji rozładunku. Następnie grawitacja wspomaga usuwanie produktu z naczynia.
W zależności od konfiguracji sprzętu i właściwości produktu, może to zapewnić bardzo wysoki odzysk produktu w porównaniu ze zbiornikami stacjonarnymi, a jednocześnie ograniczyć konieczność ręcznej obsługi i uprościć czyszczenie. Ta sama zasada, która wspomaga ruch produktu podczas mieszania, pomaga również w jego usunięciu po przetworzeniu.
Mieszanie grawitacyjne to nie tylko przechylanie naczynia
Skuteczność mieszania grawitacyjnego zależy nie tylko od kąta nachylenia, na wynik może wpływać kilka czynników:
- lepkość i konsystencja produktu;
- geometria naczynia;
- poziom napełnienia;
- kształt i położenie mieszadła;
- prędkość mieszania;
- kąt nachylenia;
- temperatura produktu;
- tarcie między produktem a powierzchniami naczynia.
Z tego powodu samo przechylenie konwencjonalnego mieszalnika niekoniecznie daje taki sam rezultat, jak system mieszania zaprojektowany specjalnie z myślą o przechylaniu.
Mieszanie, geometria naczynia i mechanizm przechylający muszą ze sobą współdziałać, aby produkt był stale zawracany do aktywnej strefy mieszania.
Kiedy mieszanie grawitacyjne ma największy sens?
Mieszanie grawitacyjne staje się szczególnie warte rozważenia, gdy konwencjonalne mieszanie staje się nieefektywne ze względu na gęstą, lepką lub trudną cyrkulację produktu.
Może to być szczególnie korzystne, gdy ten sam sprzęt musi wykonywać kilka operacji — na przykład:
mieszanie → podgrzewanie → przetwarzanie → przechylanie → rozładowywanie
Zamiast stosować oddzielne urządzenia do mieszania i rozładunku, przechylny zbiornik przetwórczy może połączyć te funkcje w jeden system. Dla producentów żywności może to oznaczać mniej czynności ręcznych, łatwiejszy odzysk produktu i bardziej kompaktową konfigurację procesu.
