Analisi DEM della distribuzione del tempo di permanenza durante la granulazione a vite gemella

La granulazione a due vite (TSG) è sempre più utilizzata per produrre granuli in vari settori, come prodotti chimici alimentari, farmaceutici e fini. Tuttavia, esiste un ampio spazio parametrico in termini di progetti di viti, proprietà di formulazione e condizioni operative, quindi come massimizzare il rendimento della produzione, pur mantenendo una qualità coerente del prodotto non è un compito banale e necessita ancora di ulteriori indagini. In questo studio, il processo TSG è stato sistematicamente analizzato utilizzando un metodo di elemento discreto (DEM) basato sulle architetture dell'unità di processo grafica (GPU) che possono fornire non solo informazioni macroscopiche ma anche intuizioni microscopiche sul complicato processo TSG. In particolare, i profili di flusso delle particelle e le distribuzioni dei tempi di permanenza sono stati ottenuti dalle simulazioni e analizzate in dettaglio. Sono stati anche esplorati gli effetti della dimensione delle particelle e della velocità della vite sul comportamento del flusso delle particelle in TSG. È stato dimostrato che il tempo medio di permanenza e la sua varianza nel granulatore sono diminuiti con l'aumentare della dimensione delle particelle e della velocità della vite. Le curve elettroniche del tempo di permanenza con dimensioni di particelle più grandi a una velocità a vite più elevata avevano una diffusione più stretta, il che implica che le particelle con dimensioni più grandi avevano un tempo di permanenza simile nel granulatore a vite gemelle. Inoltre, la funzione di distribuzione cumulativa, le curve F, ha mostrato una velocità crescente più elevata per particelle più grandi e velocità a vite più elevate, indicando un'efficienza di trasporto più rapida.

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Il tipo di vite e la configurazione svolgono anche un ruolo importante nella granulazione a vite gemelle, determinando il flusso e i comportamenti di miscelazione e gli attributi dei granuli prodotti. Gli elementi di trasporto facilitano il trasporto di materiali da mangime ma non sono utili per la miscelazione. Di conseguenza, utilizzando una vite configurata con solo elementi di trasporto, sia un grande agglomerato (granuli di grandi dimensioni) che è stata prodotta una grande frazione di multe [31], a causa della scarsa miscelazione e distribuzione dei leganti liquidi. Al fine di produrre granuli con distribuzioni di dimensioni strette, la vite deve essere attentamente configurata per migliorare la miscelazione solida-liquido, produrre una distribuzione liquida progressivamente migliorata e un lungo tempo di permanenza, che può rompere i granuli di grandi dimensioni e ridurre la frazione di multe. Un metodo di mappatura è stato impiegato da Sarhangi Frad e Anderson (2013) per esplorare la performance di miscelazione del trasporto e impastare elementi con vari angoli sconcertanti. È stato scoperto che la miscelazione trasversale potrebbe essere migliorata con l'elemento impasto con un angolo sconcertante. Ha anche osservato sperimentalmente un comportamento di caking uniforme (che implica una migliore miscelazione) nell'elemento impasto. Un comportamento simile è stato anche osservato da Thompson e Sun, che hanno dimostrato che gli elementi a vite dell'estrusore (elementi impasti) erano efficaci per la generazione di granuli grossolani, che potevano essere attribuiti alla migliore distribuzione dei leganti liquidi.