Mehr als nur Mischen

Der Autor: Michael Langer Geschäftsführer, Lipp Mischtechnik

Waren die Anwendungen horizontaler Schaufelmischer zunächst im Wesentlichen beschränkt auf das Vermischen von Pulvern, nahmen die Anforderungen der Anwender aus Chemie-, Nahrungsmittel-, Pharma- und verwandter Industrien rasch zu. Ein typisches Beispiel für die Verwendung horizontaler Schaufelmischer ist die Herstellung von Mischungen, bei denen feine Pulver mit Korngrößen im Bereich <30µm verwendet werden. Bei dieser Feinheit entstehen leicht Agglomerate, die erhebliche Scherkräfte zur Auflösung erfordern. Um sogenannte strichreine Mischungen zu gewährleisten, musste der einfache Schaufelmischer angepasst werden.

Bei allen Mischprozessen, bei denen pulvrige oder fasrige Stoffe zudem mit Flüssigkeiten zu vermischen sind, besteht die Gefahr, dass sich Partikel zu Agglomeraten verbinden. Bei Reaktions- und Trocknungsprozessen ist das sehr nachteilig, da dies zu Konzentrationsunterschieden von flüssigen Reaktanten bzw. von Feuchte führt. Beim Trocknen kann eine erhebliche Verlängerung der Trocknungszeit die Folge sein und unter Umständen lässt sich die gewünschte Endfeuchte nicht erreichen.

Lipp hat Einbau-Scherköpfe entwickelt, die entstehende Agglomerate auflösen bzw. deren Entstehen verhindern können. Zwei Typen von Scherköpfen werden je nach Schwierigkeit der Aufgabe bzw. der Qualitätsanforderung eingesetzt: der Mehrstufen-Messer-Scherkopf und die Wirbelkammer. Ziel der Geräte ist es, durch Produktscherung Agglomerate aufzulösen bzw. ihr Entstehen zu verhindern. Sie unterscheiden sich durch ihr Potenzial an Scherkrafteinleitung. Der Messerscherkopf wird bei Stoffsystemen angewandt, die nur gering zum Agglomerieren neigen. Die Produktscherung erfolgt hier nur im durch das Mischwerk in den Wirkungsbereich herangeführten Produkt.

Die Wirbelkammer ist so konzipiert, dass das Produkt im Zentrum angesaugt und durch die periphere Scherzone unter intensiver Verwirbelung zurück in den Mischraum befördert wird. Flüssige Komponenten zum Befeuchten oder als Reaktanten können direkt in den Scherbereich der Wirbelkammer dosiert werden. So können Agglomerate gar nicht erst entstehen bzw. sie werden sofort wieder aufgelöst. Da die Wirbelkammer nicht in den Mischraum ragt, lässt sich diese an beliebigen Stellen des Mischermantels anbringen. Die Mischelemente sind nicht wie bei anderen Scherköpfen unterbrochen, wodurch auch die Restentleerung des Mischers deutlich verbessert wird.

Bei Aufheiz-, Reaktions- und Trocknungsprozessen ist der Wärmedurchgang von der beheizten Wand zum Produkt im Mischer von größter Bedeutung. Da die Produkteigenschaften und die Heizmittelbedingungen vorgegeben sind, kann man nur über die Betriebsweise und die Konstruktion des Mischers Einfluss auf den Wärmetransport nehmen. Erheblichen Einfluss hat die Mischwerksdrehzahl bzw. die Häufigkeit der Umschaufelungen. Je öfter pro Zeiteinheit das Gemenge an der beheizten/gekühlten Mischerwand umgeschaufelt wird, desto besser ist der Wärmeübergang Produkt/Wand. Lipp hat deshalb das Triquence-Mischwerk entwickelt, das statt einer drei Umschaufelungen pro Umdrehung ermöglicht, ohne nennenswerte Erhöhung des Energieeintrages durch Reibung. Dadurch kann der Wärmedurchgang um bis zu 100 % gesteigert werden.

Viele Produkte neigen dazu, feste Schichten an der Behälterwand zu bilden. Solche Schichten haben einen negativen Einfluss auf den Wärmedurchgang. Da die Schichtdicke die entscheidende Größe ist und die Abstände der Mischelemente zur Behälterwand diesen Wert bestimmen, kommt der Rundheit des Mischbehälters besondere Bedeutung zu. Bei Mischbehältern handelt es sich um Schweißkonstruktionen, deshalb sind Rundheitsabweichungen beim Fertigungsvorgang nicht zu vermeiden. Lipp löst das Problem, indem die Behälter nach dem Schweißen einer thermischen Behandlung unterzogen werden, wodurch die Spannungen komplett abgebaut werden. Danach werden die Behälter ausgedreht. Je nach Mischervolumen kann der Wandabstand dadurch auf 1 mm für kleinere Volumina und bis max. 3 mm für größere Behälter (>5 m³) begrenzt werden.

Für Anwendungen in der Nahrungsmittel- und Süßwarenindustrie werden die Mischer so gestaltet, dass sie den international gültigen Hygienestandards entsprechen. Als wesentliche Merkmale der Konstruktion sind zu nennen: gute Zugänglichkeit des Mischraums und große Inspektionstüren. Bei einseitiger Lagerung des Mischwerks ist ein schwenkbarer Frontdeckel möglich. Alle Kanten und Ecken sind abgerundet und die Schraubverbindungen hygiene- und wartungsfreundlich ausgeführt. Die Schweißnähte sind durchgeschweißt, anschließend verschliffen und poliert.

Für die CIP-Reinigung kann mit Sprühköpfen (feststehend oder rotierend) die gesamte Behälterinnenfläche inkl. Antriebswelle gereinigt werden. Während des Betriebes des Mischers sind die Sprühköpfe gegen das Mischgut geschützt, sodass sie nicht verstopfen.

Produktberührte Oberflächen (vor allem die Antriebswelle) können mit einer Anti-Haft- und verschleißfesten Beschichtung ausgeführt werden, um Produktanhaftungen zu vermeiden oder deren Reinigung zu erleichtern. Die CIP-Sprühköpfe bieten hierzu die ideale Ergänzung.

Nicht zuletzt sind heute durch ständige Entwicklungsarbeit sowie die Anwendung neuer Werkstoffe und verbesserten Zubehörs wie z.B. Abdichtungen, Ventile, Antriebskomponenten und elektronische Steuerungen Prozessdrücke von >30 bar und Betriebstemperaturen von 300 °C beherrschbar. Für notwendige Eignungstests und das Erarbeiten der Scale-Up-Parameter stehen im Technikum geeignete Maschinen mit entsprechender Datenerfassung zur Verfügung.

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