Análisis de Dem de la distribución del tiempo de residencia durante la granulación de tornillos gemelos

La granulación de tornillos gemelos (TSG) se usa cada vez más para producir gránulos en diversas industrias, como alimentos, productos farmacéuticos y finos. Sin embargo, existe un gran espacio paramétrico en términos de diseños de tornillos, propiedades de formulación y condiciones de funcionamiento, por lo que cómo maximizar el rendimiento de producción mientras se mantiene la calidad constante del producto no es una tarea trivial y aún necesita una mayor investigación. En este estudio, el proceso TSG se analizó sistemáticamente utilizando un método de elemento discreto (DEM) basado en las arquitecturas de la Unidad del Procesador de Gráficos (GPU) que pueden proporcionar no solo información macroscópica sino también información microscópica sobre el complicado proceso TSG. En particular, los perfiles de flujo de partículas y las distribuciones de tiempo de residencia se obtuvieron de las simulaciones y se analizaron en detalle. También se exploraron los efectos del tamaño de partícula y la velocidad del tornillo en el comportamiento de flujo de las partículas en TSG. Se demostró que el tiempo medio de residencia y su varianza en el granulador disminuyeron al aumentar el tamaño de la partícula y la velocidad del tornillo. Las curvas electrónicas del tiempo de residencia con un tamaño de partícula más grande a una velocidad de tornillo más alta tenían una propagación más estrecha, lo que implica que las partículas con un tamaño más grande tenían un tiempo de residencia similar en el granulador de tornillo gemelo. Además, la función de distribución acumulada, las curvas F, mostraron una mayor tasa creciente para partículas más grandes y velocidades de tornillo más altas, lo que indica una eficiencia de transmisión más rápida.

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El tipo de tornillo y la configuración también juegan un papel importante en la granulación de tornillos gemelos, determinando el flujo y los comportamientos de mezcla y los atributos de los gránulos producidos. Los elementos de transmisión facilitan el transporte de materiales de alimentación, pero no son útiles para la mezcla. En consecuencia, usando un tornillo configurado con solo los elementos de transmisión, se produjo un aglomerado grande (gránulos de gran tamaño) como una gran fracción de multas [31], debido a la mala mezcla y distribución de aglutinantes líquidos. Para producir gránulos con distribuciones de tamaño estrecho, el tornillo debe configurarse cuidadosamente para mejorar la mezcla de líquido sólido, producir una distribución de líquido mejorado progresivamente y un largo tiempo de residencia, que puede romper los gránulos de gran tamaño y reducir la fracción de multas. Sarhangi Frad y Anderson (2013) emplearon un método de mapeo para explorar el rendimiento de mezcla de transmisión y amasado elementos con varios ángulos de escasez. Se descubrió que la mezcla de sección transversal podría mejorarse con el elemento de amasado con un ángulo de alto tensado. También observó experimentalmente un comportamiento uniforme de caking (que implica una mejor mezcla) en el elemento de amasado. Thompson y Sun observaron un comportamiento similar , quienes mostraron que los elementos de tornillo de extrusora (elementos de amasado) eran efectivos para generar gránulos gruesos, lo que podría atribuirse a la distribución mejorada de los aglutinantes líquidos.