wanie substancji wi¹¿¹cej – lepiszcza lub cieczy jest ograni-W tabeli 1 przedstawiono mo¿liwoœci (mocne i s³abe czone do ni¿szych stê¿eñ. Jeœli stê¿enie cieczy wi¹¿¹cej bêdzie punkty) trzech g³ównych rodzajów procesów granulacji zbyt wysokie mo¿e nastêpowaæ up³ynnianie z³o¿a. Niska nawil¿eniowej tzw. „mokrej granulacji”. Okreœlenia szybko- zawartoœæ cieczy wi¹¿¹cej jest utrzymywana przez odparo-obrotowe i wolnoodparo-obrotowe dotycz¹ ró¿nej prêdkoœci obroto- wanie rozpuszczalnika lub w razie roztopionego lepiszcza – wej mieszad³a impelerowego w mieszalnikach mechanicznych przez jego ch³odzenie (rys. 4).
(mechanicznie wytwarzaj¹cych z³o¿e fluidalne). Mieszalnik
Mieszalniki impelerowe, obracaj¹ce siê z bardzo du¿¹ wolnoobrotowy jest mieszalnikiem mechanicznym, gdzie
prêdkoœci¹ (szybkoobrotowe) powinny byæ dodatkowo proszek unoszony jest w mechanicznie wytworzonym z³o¿u
wype³nione odpowiedni¹ iloœci¹ materia³u w stosunku do fluidalnym, a przep³yw wystêpuje poni¿ej si³ ciê¿koœci.
pojemnoœci komory (maksymalne wype³nienie nieprzekracza-Mechanizmy ³¹czenia cz¹stek cia³a sta³ego
(aglomera-cji) [15]: a) mostek sta³y spiek, nadtopienie, b) reakcja
chemiczna, utwardzone lepiszcze, c) mostek ciek³y, d) si³y molekularne, e) powierzchniowa chropowatoœæ,
f) si³y kapilarne.
w z³o¿u fluidalnym. W efekcie w wiêkszoœci przypadków, aglomeracja w pneumatycznie generowanym z³o¿u fluidalnym jest prostsza w kontroli, ni¿ granulacja w mechanicznym mieszalniku [6, 10].
Mieszalniki szybkoobrotowe radz¹ sobie z wysok¹ lepkoœci¹ cieczy wi¹¿¹cej, poniewa¿ nie poci¹ga to za sob¹
wiêkszego zu¿ycia energii w celu rozprowadzenia cieczy i atomizacji. Tego typu urz¹dzenia s¹ przydatne do granulacji
materia³ów pylistych, a tak¿e odpowiednie dla materia³ów niebezpiecznych dla œrodowiska [5, 7].
Mieszalniki wolnoobrotowe nie s¹ tak odpowiednie, jak szybkoobrotowe mieszalniki do pylistych proszków, poniewa¿
trudno w nich uzyskaæ równomierny (jednolity) przep³yw Rys.4. Schemat granulatora do aglomeracji w z³o¿u w komorze urz¹dzenia – st¹d rozprowadzenie cieczy wi¹¿¹cej
fluidalnym [18]. mo¿e byæ nierównomierne. W konsekwencji wystêpuj¹
problemy z powstawaniem du¿ych wilgotnych granulek. Tego j¹ce po³owy objêtoœci komory) w celu wytworzenia z³o¿a
typu granulacja mo¿e byæ stosowana z powodzeniem do fluidalnego. Ruch mieszad³a szybkoobrotowego powoduje
proszków o wiêkszym rozmiarze cz¹stek. W granulkach utworzenie sferycznych (kulistych) granulek, co jest uwa¿ane
sk³adaj¹cych siê z wiêkszych cz¹stek proszku, si³a wi¹zania za zaletê w procesie fluidyzacji [8, 21].
jest mniejsza, gdy¿ w mieszalniku wystêpuj¹ mniejsze naprê¿enia, co w konsekwencji prowadzi do utworzenia
DOBÓR PARAMETRÓW
wiêkszych granulek. Mieszalnik wolnoobrotowy mo¿e byæ
GRANULACJI ¯YWNOŒCI
równie¿ stosowany do granulacji, czy powlekania materia³ów np. na bazie skrobi [11].Prace w celu uzyskania odpowiedniej gêstoœci nasypowej
granulowanej ¿ywnoœci mog¹ nastêpowaæ tylko w ograni- W granulatorach z pneumatycznie generowanym z³o¿em czonym przedziale za pomoc¹ mieszalników mechanicznych, fluidalnym niezbêdne jest, aby u¿yta ciecz wi¹¿¹ca by³a czy granulatorów z z³o¿em fluidalnym. Gêstoœæ materia³u dostatecznie rozpylona, st¹d w tym typie granulacji nie mo¿e mo¿emy zmniejszyæ przez zastosowanie mieszalników byæ zastosowana ciecz o wysokiej lepkoœci. Nie jest te¿
wolnoobrotowych i granulatorów ze z³o¿em fluidalnym. wskazane zastosowanie tego urz¹dzenia do pylistych
W celu otrzymania trwa³ych po³¹czeñ pomiêdzy cz¹stkami, proszków, poniewa¿ pocz¹tkowa fluidyzacja jest za s³aba lepkoœæ cieczy wi¹¿¹cej powinna byæ odpowiednio dobrana, i materia³ mo¿e osiadaæ na filtrach, a nastêpnie powracaæ do
a czas przebywania materia³u w granulatorze powinien byæ z³o¿a fluidalnego. G³ówn¹ zalet¹ granulacji w z³o¿u mo¿liwie krótki. Produkt posiadaj¹cy nisk¹ gêstoœæ nasypow¹ fluidalnym jest to, ¿e ca³y proces odbywa siê w jednym jest przygotowany z surowca, który charakteryzuje siê du¿¹ urz¹dzeniu (komorze). Nowe typy tych urz¹dzeñ, ³¹cz¹ zalety porowatoœci¹. Pomiêdzy porowatoœci¹ i gêstoœci¹ nasypow¹ granulatorów wysokoobrotowych ze z³o¿em fluidalnym [21].
istnieje odwrotna zale¿noœæ tzn. im wiêksza porowatoœæ tym
mniejsza gêstoœæ nasypowa i odwrotnie. Oczywiste jest, ¿e
Wybór substancji wi¹¿¹cej
uzyskanie wysokiej gêstoœci nasypowej i produkcja bardzo
Substancja wi¹¿¹ca (lepiszcze lub ciecz wi¹¿¹ca) spe³nia drobnych granulek (<1 mm) wymaga zastosowania
wysoko-wiele funkcji w granulacji proszków. W procesie granulacji obrotowych mieszalników mechanicznych (tabela).
(aglomeracji), substancja wi¹¿¹ca powoduje powstanie si³ Mieszalnik mechaniczny wolnoobrotowy jest w³aœciwym
kapilarnych i lepkich, które nadaj¹ wytrzyma³oœæ mechaniczn¹ urz¹dzeniem w celu uzyskania sferycznych i mocnych
wilgotnej granulce (rys. 5). W granulacji w szybkoobrotowych granulek, nawet przy œrednicy granulek powy¿ej 1 cm [9].
mieszalnikach, lepkoœæ substancji wi¹¿¹cej stanowi istotny czynnik, wywieraj¹c wp³yw na wielkoœæ otrzymanych cz¹stek
Wp³yw wielkoœci ³¹czonych cz¹stek
i sk³ad granulometryczny powsta³ych granulek [6, 9].Niektóre typy granulatorów nadaj¹ siê lepiej od innych do obrabiania proszków o ma³ej lub wiêkszej wielkoœci cz¹stek, ciecz¹ wi¹¿¹c¹ o niskiej lub wysokiej lepkoœci. Kontrola œredniej wielkoœci granulki i sk³adu granulometrycznego jest g³ówn¹ kwesti¹ w procesach granulacji. Problem kontroli wielkoœci granulki wystêpuje czêœciej w granulacji w mie-szarkach mechanicznych (z mechanicznie wytwarzanym z³o¿em fluidalnym) ni¿ z granulacj¹ w pneumatycznie wytwarzanym z³o¿u fluidalnym, i jest szczególnie zauwa¿alny w mieszarkach wysokoobrotowych. Proszek poddany jest intensywnemu mieszaniu przez obracaj¹ce siê mieszad³o
Rys.5. Wysycana granulka (po lewej) i czêœciowo wysycana impelerowe. Typowa prêdkoœæ mieszad³a impelerowego
–1 granulka (po prawej), drugi przypadek przedstawia jak
wynosi 5–10 m•s . Tego typu mieszalniki s¹ czasami nazywane
ciœnienie kapilarne ogranicza dostêp substancji szybkotn¹cymi lub szybkoœcinaj¹cymi [1]. W przypadku
wi¹¿¹cej [6].
granulacji (aglomeracji) w pneumatycznie wytwarzanym z³o¿u fluidalnym, przebieg procesu rozprowadzania substancji
W cieczach wi¹¿¹cych o niskiej lepkoœci i o niskiej wi¹¿¹cej i wzrostu rozmiaru cz¹stek za pomoc¹ koalescencji
zdolnoœci do œcinania, si³y lepkoœci s¹ nieznacznie zwi¹zane z (³¹czenie siê granulek w wyniku zderzania i deformacji
napiêciem powierzchniowym. W³aœciwoœci zwil¿aj¹ce cieczy plastycznej) jest mniej wa¿ny. Sk³ad granulometryczny jest
wi¹¿¹cej s¹ krytyczne, kiedy k¹t kontaktu cieczy (k¹t, który œciœle zwi¹zany z w³aœciwoœciami substancji wi¹¿¹cej mierzy kontakt cieczy wi¹¿¹cej z powierzchni¹ cia³a sta³ego – (odpowiedniego lepiszcza lub cieczy) i dynamiki ruchu
cz¹stki) jest bliski k¹towi krytycznemu wynosz¹cemu 90°. [7] Knight P., Instone T., Pearson J., Hounslow M.: An Wyni ki em te go je st ot rz ym an ie gr an ul ek o s³ ab ej investigation into the kinetics of liquid distribution and wytrzyma³oœci mechanicznej i szerokim zakresie wielkoœci growth in high shear mixer agglomeration, Powder cz¹stek (sk³adzie granulometrycznym). Zjawisko to mo¿na Technology, 1998, 97, 246-257.
ograniczyæ przez dodatek œrodków powierzchniowo-czynnych [8] Knight P., Johansen A. Kristensen H, Scheafer T., Seville lub komponentów polimerowych, które posiadaj¹ w³aœciwoœci J.: An investigation of effects on agglomeration of powierzchniowo–czynne lub rozpuszczalników organicznych, changing the speed of mechanical mixer, Powder które modyfikuj¹ zwil¿anie. Ciecze wi¹¿¹ce zachowuj¹ siê jak Technology, 2000, 110, 204-209.
p³yny nieniutonowskie, mog¹ one oddzia³ywaæ na cz¹stki, [9] Knight P.: Structuring agglomerated products for zmieniaj¹c w ten sposób lepkoœæ podczas procesu. improved performance, Powder Technology, 2001, 119, Oddzia³ywanie mo¿e na przyk³ad powodowaæ rozpuszczenie 14-25.
cz¹stek w cieczy wi¹¿¹cej, rozpuszczenie lepiszcza,
[10] Mackaplow M., Rosen L., Michaels J.: Effect of primary przemiany szkliste czy reakcje chemiczne [9].
particle size on granule grow and endpoint determination in high-shear granulation, Powder Technology, 2000,
PODSUMOWANIE
108, 32-45.Wiêkszoœæ w³aœciwoœci fizycznych i strukturalnych [11] Mills P., Seville J., Knight P., Marson A.: The effect of proszków w formie granulatów takich jak wielkoœæ, poro- binder viscosity on particle agglomeration in a low-shear watoœæ, kszta³t i gêstoœæ cz¹stek wp³ywa na zachowanie mixer / agglomerator, Powder Technology, 2000, 113, proszków podczas przechowywania. W³aœciwoœci te zale¿¹ od 140-147.
typu procesu aglomeracji i warunków pracy urz¹dzenia [12] Mort P.: Scale–up of binder agglomeration processes, podczas aglomeracji, a tak¿e od w³aœciwoœci fizycznych Powder Technology, 2005, 150, 86-103.
i iloœci u¿ytej do procesu substancji wi¹¿¹cej (ciek³ej) –
[13] Oulahna D., Cordier F., Galet L., Dodds J.: Wet odpowiedniego lepiszcza lub cieczy, sposobu wprowadzania
granulation: the effect of shear on granule properties, substancji ciek³ej podczas aglomeracji i warunków mieszania.
Powder Technology, 2003, 130, 238- 246.
Dlatego powsta³e aglomeraty ró¿n¹ siê struktur¹ i
charaktery-[14] Palzer S.: The effect of glass transition on the desired and styk¹. Wybór procesu granulacji podyktowany jest przez takie
undesired agglomeration of amorphous food powders, czynniki jak: gêstoœæ nasypowa i sk³ad granulometryczny
Chemical Engineering Science, 2005, 60, 3959-3968.
materia³u oraz ograniczenia procesowe tj. zdolnoœæ procesu do
[15] Pietsch W.: An interdisciplinary approach to size obs³ugi pylistych materia³ów, czy cieczy wi¹¿¹cej o du¿ej
enlargement by agglomeration, Powder Technology, lepkoœci.
2003, 130, 8–13.
Granulacja w z³o¿u fluidalnym jest jednym z dominuj¹cych
[16] Schubert H.: Food Particle Technology: Part I. Properties procesów maj¹cych na celu uzyskiwanie aglomeratów
of particles and particulate food systems, Journal of Food o wysokiej porowatoœci i dobrej wytrzyma³oœci mechanicznej
Engineering, 1987, 6, 1-31.
w procesie wytwarzania i dalszych etapach produkcyjnych, tj.:
dozowaniu, pakowaniu i magazynowaniu. W mechanicznych [17] Tanguy D., Marchal P.: Pelations between the properties mieszalnikach na sk³ad granulometryczny granulek wp³ywaj¹ of particles and their process of manufacture, Chemical g³ównie takie czynniki jak: równomierne rozprowadzenie Reaserch and Design, 1996, 71, 715-722.
substancji wi¹¿¹cej, wystêpowanie lepiszcza, rozk³ad [18] Tardos G., Khan M., Mort P.: Critical parameters and substancji wi¹¿¹cej pomiêdzy granulkami i kinetyka pomiêdzy limiting conditions in binder granulation of fine powders, si³ami wzrostu i rozpadu, a tym samym mo¿liwoœæ Powder Technology, 1997, 94, 245-258.
powiêkszania wielkoœci cz¹stek.
[19] Turchiuli C., Eloualia Z., El Mansourui N., Dumoulin E.:
Fluidised bed agglomeration: Agglomerates shape and
end-use properties, Powder Technology, 2005, 157,
LITERATURA
168-175.[1] Bardin M., Knight P., Seville J.: On control of particle [20] Utsumi R., Hata T., Hirano T., Mori H., Tsubaki J., Maeda size distribution in granulation using high-shear mixers. T.: Attrition testing of granules with a tapping sieve, Powder Technology, 2004, 140, 169-175. Powder Technlogy, 2001, 119, 128–133.
[2] Domian E.: Aglomeracja w przemyœle spo¿ywczym, [21] Watano S., Sato Y., Miyanami K.: Application of a neural Przemys³ Spo¿ywczy, 2001, 8, 82–88. network to granulation scale-up. Powder Technology,
1997, 90, 153-159.
[3] Goldszal A., Bousquet J.: Wet agglomeration of powders:
from physics toward process optimization, Powder [22] www.foodpowders.net.
Technology, 2001, 117, 221-231.
[4] Iveson S., Lister J., Hapgood K., Ennis B.: Nucleation, THE GRANULATION OF FOOD POWDERS growth and breakage phenomena in agitated wet
granulation processes: a review, Powder Technology, SUMMARY 2001, 117, 3-39.
Food powders can be significantly improved by process of [5] Johansen A., Schæfer T.: Effects of interactions between
granulation. This process also gives possibility of creating of powder particle size and binder viscosity on agglomerate
new attractive product for the consumers. Fluid–bed and growth mechanisms in a high shear mixer, European
mechanical mixing systems are commonly being used to Journal of Pharmaceutical Science, 2001, 12, 297-309.
granulate many food powders.
[6] Knight P.: Challenges in granulation technology, Powder Technology, 2004, 140, 156-162.
(miêso, ryby itp.). Materia³y komórkowe, wype³nione ciecz¹
WPROWADZENIE
lub nie, w zale¿noœci od wymiarów komórki, w³aœciwoœci W przetwórstwie rolno-spo¿ywczym bardzo
rozpowszech-materia³u jej œcianek oraz si³ wi¹zañ miêdzykomórkowych, nion¹ i wa¿n¹ operacj¹ jest rozdrabnianie. Znane liczne prace
zaliczane s¹ do jednej z trzech pierwszych grup. Analizuj¹c dotycz¹ce modelowania rozdrabniania odnosz¹ siê do takich
literaturê poœwiêcon¹ rozdrabnianiu materia³ów rolno-jego odmian jak rozbijanie i kruszenie. Jest to nastêpstwem
spo¿ywczych, mo¿na stwierdziæ, ¿e chocia¿ prowadzone s¹ wykorzystania dla potrzeb przetwórstwa spo¿ywczego
badania zmierzaj¹ce do opracowania teorii ich rozdrabniania, pierwszych teorii rozdrabniania materia³ów krystalicznych, to
to jednak nadal aktualne jest stwierdzenie Lewickiego [8], ¿e jest teorii Rittingera, Bonda i Kicka. Na przestrzeni wielu lat
„..praktycznie nie ma teorii rozdrabniania materia³ów lepko-powsta³y ich liczne modyfikacje wynikaj¹ce z koniecznoœci
sprê¿ystych i lepko-plastyczno-sprê¿ystych”. Spotykane uwzglêdnienia wielu czynników, spoœród których do
w literaturze próby opisania operacji rozdrabniania, bazuj¹ce najwa¿niejszych nale¿y zaliczyæ w³aœciwoœci rozdrabnianego
na mechanice zniszczenia, ograniczaj¹ siê do okreœlenia, materia³u i rodzaj urz¹dzenia wykorzystywanego do
osobno dla materia³ów komórkowych i osobno dla w³óknis-rozdrabniania. Generalnie opracowane teorie rozdrabniania
tych, granicznych naprê¿eñ œciskaj¹cych, powoduj¹cych opisuj¹ zale¿noœæ pomiêdzy energi¹ rozdrabniania i
wymia-naruszenie struktury materia³u i propagacjê jego pêkania. Sam rami cz¹stek przed i po rozdrobnieniu; st¹d te¿ nazywane s¹
mechanizm niszczenia struktury materia³ów komórkowych, teoriami energetycznymi. Poniewa¿ wartoœæ prognostyczna
bez okreœlenia wywo³uj¹cych go naprê¿eñ, przedstawia praca modeli obliczeniowych zwi¹zanych z teoriami energetycznymi
Warnera i innych [14].
jest ograniczona, podjêto prace nad koncepcjami kinetycznego
modelowania operacji rozdrabniania. Ich opis przedstawiony Materia³y komórkowe jest na przyk³ad w pracy £ysiaka [10]. Jednak¿e równie¿ i
Jeronimidis [6] za Gibsonem i Ashbym podaje trzy rodzaje kinetyczne koncepcje dotycz¹ wy³¹cznie rozbijania i kruszenia, odkszta³ceñ, którym, w zale¿noœci od w³aœciwoœci cia³a sta³ego a wiêc rozdrabniania stosowanego w odniesieniu do materia³ów
tworz¹cego œcianki komórki, podlegaj¹ materia³y komórkowe, kruchych, bêd¹cego pochodn¹ serii ich pêkniêæ. Nie maj¹ one lecz nie spo¿ywcze, poddane naprê¿eniom œciskaj¹cym:
natomiast zastosowania w odniesieniu do wiêkszoœci
– odkszta³cenie sprê¿yste, charakterystyczne dla materia³ów, materia³ów pochodzenia organicznego.
które przed osi¹gniêciem granicy sprê¿ystoœci zdolne s¹ do znacz¹cych odkszta³ceñ,