用于食品和饮料加工的磁力搅拌器

食品和饮料加工商可以借鉴制药行业的经验,使用这些经过验证的组件来实现更好的过程隔离和封闭。

两个装有Steridose Sterimixers的罐。所有图片均由Steridose提供
两个装有Steridose Sterimixers的罐。 所有图片均由Steridose提供

召回和交叉污染问题继续困扰着食品和饮料生产商。 通常,问题可以追溯到在开放容器中完成的处理步骤。 制药行业已经通过使用封闭的容器和磁力驱动的搅拌器(称为磁力搅拌器)解决了这一问题,但是磁力搅拌器的使用持续增长不仅限于制药市场中的应用。 在食品和饮料市场上也有明显的优势。

自从混合器问世以来,Mag混合器就一直是制药过程中的重要组成部分,但是在制药行业的卫生要求与其他卫生行业的卫生要求之间始终存在一个假想的界线。 例如,食品和饮料行业中的“清洁”与制药行业中的“清洁”不同。 那条线每天变得越来越模糊。 如今,诸如超净,超卫生和卫生之类的术语已被普遍使用,但是它们的解释似乎因人而异。 不管人们的解释如何,很容易看出,就卫生习惯而言,食品和饮料行业正在朝着制药行业的方向发展。 随着产品召回的日益普遍,行业在加工过程中需要隔离和密闭的需求从未如此突出。

 

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图1.磁力搅拌器的解剖

任何将产品暴露在环境中或暴露在产品中的单元操作中都可能存在污染的可能性。 通常,混合罐是此过程中的最大罪魁祸首。 每次打开人行道时,都有被污染的风险。 大多数食品和饮料加工过程都在开放式储罐中进行,而混合是至关重要的一步。 开放式水箱是整个工厂污染的最大风险之一。 密闭的水箱可以解决这个问题,但是搅拌器上的机械密封件的购买,维护和运行成本很高。 密封组件会因工艺,原位清洁(CIP),原地消毒(SIP),安装不当,pH,蒸汽,化学相容性,循环和轴跳动而退化。 尽管用户已尽最大努力按预期进行操作,但机械密封件仍会在其表面之间渗出。 密闭罐上混合器的一种便宜得多的选择是唇形密封。 与机械密封相比,这是一大进步,但与开放式储罐相比,它仍然提供了一定的保护。 唇形密封件比机械密封件便宜,但比实际密封件更像是雨帽-它几乎无助于隔离和控制过程。 最终,通常通过考虑工厂可以承受的成本和风险水平来做出决定。

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图2.储罐中如何安装磁力搅拌器

磁力泵是大多数食品和饮料生产商众所周知的,但是磁力搅拌器在制药行业之外仍然是相对较新的。 磁力搅拌机已经运行了数十年。 最初,它们仅是小批量的选择,因为叶轮直径很小,电动机的功率为分数马力(hp)。 如今,用于10,000加仑水箱的5 hp磁力搅拌器已成为标准产品。 制药行业是第一个针对某些应用在磁力搅拌器上实现标准化的行业。 为什么对清洁度要求最严格的行业会使用该技术? 简单。 磁力搅拌器不需要像顶部入口,侧面入口或底部入口混合器那样穿透容器。 没有穿透意味着没有旋转轴,也不需要密封。 没有密封就意味着没有泄漏路径-基本上,里面有东西,留在里面,外面有东西在外面。  

为了完全理解这一点,让我们看一下磁力混合器的解剖结构(图1)。 焊接板焊接到储罐的底盘(或圆锥体)中,并成为储罐的一部分,如图2所示。叶轮安装在位于储罐内部的可更换阳轴承上。 强磁铁位于叶轮壁内。 由电动机,变速箱,驱动磁铁和安装法兰组成的驱动单元安装在油箱的外部。 储罐内部和外部的磁铁形成磁耦合,如图3所示。当电动机旋转时,叶轮随之旋转。 磁力联轴器与带有轴的搅拌机上的机械联轴器具有相同的作用,但是没有物理连接。

在食品和饮料加工中使用磁力搅拌机的原因

无菌加工厂在满足处理要求方面最接近制药厂,是最早使用磁力搅拌器的食品和饮料厂之一。

使用磁力混合器的六个关键原因是:

  1. 隔离和围堵。 容器外的任何东西都不能进入(隔离),容器内的任何东西都不能出去(隔离)。  
  2. 低级混合。 使用顶部入口混合器时,当液位降至最低叶轮以下时,所有混合停止。 底部安装的磁力搅拌器安装在水箱底部且偏心。 这样几乎可以混合到最后一滴,这在考虑高价值产品或趋于分层的产品时非常理想。 批次大小的多功能性也可能是重要的考虑因素。 经常要求加工者在专为大批量设计的罐中进行小批量或预混合。 当混合器位于水箱底部时,可以轻松实现这一点。

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    图3.磁耦合

  3. 清洁性。 所有食品和饮料工厂均已建立清洁设备的方法。 大多数都使用CIP,但是进入顶部的混合器可能难以清洁,因为这些区域是隐蔽的区域,难以通过喷雾装置进入。 机械密封和碎屑井也可能难以清洁。 另一方面,磁力搅拌器在清洁性方面已建立了良好的记录。 最常见的测试使用核黄素来确保在CIP过程中接触所有表面。  
  4. 减少空间限制。 在便携式储罐中,顶部混合器通常是离地面最高的组件。 这可能导致储罐翻倒的更大风险,储罐的更昂贵的支撑结构,难以使储罐通过门口或什至减小储罐的尺寸。 在储罐底部安装磁力搅拌器时,所有这些问题均得到缓解。 在固定水箱上,水箱上方的空间经常很拥挤。 在某些情况下,必须在天花板上建一个壁co,以容纳水箱上方搅拌机所需的额外空间。 储罐下方的空间通常是敞开的,底部安装的磁力搅拌器占用的空间很小。 此外,它重量轻,重心低。
  5. 易于维护。 从维护和操作的角度来看,磁力混合器是一种相对简单的设备,部件数量有限。 由于没有轴且没有机械密封,因此维护成本极低。 公轴承是最常更换的零件,但如果设备正常运行,则可以使用数年。 此外,与通常需要桥式起重机的顶入式搅拌机不同,所有维护都在地面进行。
  6. 成本。 底部安装的磁力搅拌器的价格往往低于在卫生容器中带有机械密封的顶部插入式搅拌器的价格。 与机械密封的操作和维护相关的持续成本,使磁力搅拌机的总拥有成本更具吸引力。

磁力搅拌器通常是存储,液/液混合等应用的理想选择   易混溶的液体,固体悬浮物,热传递以及诸如盐和糖等固体的溶解。 这些通常按流驱动应用程序分组在一起,并且油箱中的正确流动模式如图4所示。这与油箱顶部产生的油箱周转模式(从上到下的运动以及一些涡旋)相同。混音器安装在偏心位置。  

另一个要考虑的因素是产品在过程中向下游移动时其价值的增加。 在过程开始时,产品本质上是储罐中的一组原料。 在过程的最后,产品经历了几个步骤-例如,混合,热处理和过滤。 所有这些步骤都是要花钱的,当将产品装入瓶子,广口瓶或容器中时,它具有最高的价值。 那么,为什么有这么多的灌装线从一个敞开的罐中喂入产品呢?

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罐中的Steridose Sterimixer

不使用磁力搅拌器的原因

尽管这里讨论的好处可能会大大扩大磁混频器的规模,但这一决定很大程度上取决于应用。 不使用磁力混合器还有几个原因。

  1. 黏度 如果认为粘度仅是抗流动性,则可以最好地理解粘度的影响。 混合与抽水基本相同,但混合在容器内完成,而抽水在管道内完成    系统。 较高粘度的产品具有更大的流动阻力-无论是管道泵还是坦克泵,泵送都更加困难。 一个好的经验法则是,虽然某些磁力搅拌机公司会引用较低的粘度限值,但磁力搅拌机可用于不超过1,000厘泊(cP)的产品。 也可以适当地混合高于1000 cP的产品,具体取决于它们是牛顿型还是非牛顿型。 当考虑将磁力混合器用于粘性产品时,最好的方法是与混合器制造商联系以获得帮助。

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    图4.磁力搅拌器的流动模式

  2. 剪。 到目前为止已经讨论过的磁力混合器是低剪切混合器。 有不带齿轮减速器的磁力搅拌器,可使叶轮以与电动机相同的速度运行。 这些磁力搅拌器还具有更有助于提供剪切力的叶轮。 通常,它们被认为是中剪切混合器,其叶尖速度很少超过每秒40英尺。 在实际应用中,这些混合器可以比低剪切混合器更快地将酵母混合到水中。 这些中等剪切混合器不会像高剪切混合器那样将黄原胶混入水中。 当考虑将磁力混合器用于可从某些剪切力中受益的过程时,最好的方法是与混合器制造商联系   为指导。
  3. 批次大小。 温和混合水状产品的实际极限约为10,000加仑,尽管这可能因制造商而异。
  4. 坦克的几何形状。 高大而狭窄的水箱可能对磁力搅拌器和顶部入口搅拌器造成问题。 设计顶级混合器的工程师可以通过在轴上简单添加第二个叶轮来解决这个问题。 磁力混合器没有轴,因此仅限于一个叶轮。 磁力搅拌器的实际几何极限是批料高度与容器的直径比为2比1。
  5. 磁性粒子。 产品中具有某些磁性的颗粒将被磁体吸引。 例如,如果水中有痕量的铁(甚至在百万分之一[ppm]范围内),则在磁铁附近的区域似乎会开始长出一层细小的橙色灰尘。  
  6. 磨料颗粒。 与磨料颗粒相关的问题不仅限于磁力混合器,而且值得注意。 磨料颗粒的存在会导致过早磨损。

结论

工程师设计流程时,他或她必须使用“适合工作的正确工具”方法选择组件。 总是有选择的余地。 工程师的工作是确保过程按预期进行,将风险最小化并将成本控制在预算范围内。 底部安装的磁力搅拌器是工程师工具箱的另一种工具。 它是一个行之有效的过程组成部分,在成功解决制药行业中一些最大的担忧(食品行业不堪重负的担忧)方面有着良好的往绩。  

在食品和饮料行业中使用磁力搅拌器的另一个因素是人们从一个行业转移到另一个行业。 人们会换工作(或行业),并带上他们最好的想法。 这种异花授粉可以带来一种崭新的方法。

总体而言,混合是食品和饮料工厂中至关重要的单元操作,但它是工厂中最鲜为人知的操作之一。 通常,考虑替代方法的最佳方法是尝试它们。 一些磁力搅拌机制造商拥有带搅拌机的便携式水箱,可以租用以进行小规模试验。 有些还设有可以进行试验的实验室。 较少动手的方法是使用计算流体力学(CFD)对过程进行建模。  

Steridose作者150

Frank SequinoSteridose (一家磁力搅拌机的制造商)的北美销售经理。 Sequino的大部分职业生涯都在卫生工艺设备的制造商那里工作,主要致力于搅拌机。 在他的职业生涯中,他担任过流程工程师,项目经理,应用工程师和销售经理。 Sequino拥有罗切斯特大学化学工程学士学位。

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