Die Mischung macht’s

Der Autor Peter Wanninger Geschäftsleitung , IKA-Werke

Es gibt wenige Substanzen, die sich nicht vermischen lassen. Vor allem mit speziell angepassten Konstruktionen. Gemeint ist die Misch- und Dispergiermaschine vom Typ MHD. Die Abkürzung steht für die Hauptaufgaben der in sieben Größen mit einem Durchsatz von 60 bis 40 000 l/h ausführbaren Anlage. In einem Arbeitsgang führt sie die Produktkomponenten mengenproportional und dosiert zu und fördert sie schließlich nach dem Mischen und Dispergieren nach außen. Das alles mit einem kompakten Inlinesystem, das ohne zusätzliche Maschinen und Peripherie auskommt. Die Herausforderung bei der Entwicklung der MHD war mehr als anspruchsvoll: eine Maschine, die im kontinuierlichen Verfahren mischen, homogenisieren und dispergieren kann.

Was im Labor funktioniert, kann in der Fabrikhalle unerwartete und unerwünschte Ergebnisse bringen. Von Anfang an muss das Scale-up im Auge bleiben. Hier setzt die Beratungskette von IKA an. Auf Wunsch prüfen Verfahrenstechniker im firmeneigenen Technikum die Machbarkeit eines Verfahrens. Bevor Unternehmen in die Fertigung gehen und Produktionsmaschinen beschaffen, wollen sie sicher sein, dass das Verfahren funktioniert. Dann kommen die sogenannten Prozesspiloten zum Einsatz. Sie haben Labormaßstab, sind aber bauartgleich mit den großen Maschinen und Anlagen. Dank austauschbarer Module können zahlreiche Verfahrenstechniken getestet werden, um die konkreten Anforderungen und Rezepturen zu erfüllen. Gleichzeitig lässt sich mithilfe der Piloten die später erforderliche Maschinen- und Anlagengröße definieren – und damit der Energiebedarf und die benötigte Qualität und Menge der Rohstoffe. Mit IKA-Versuchsmaschinen und -anlagen lässt sich dann zudem die spätere Produktion testen.

Einmal in Betrieb genommen entlastet eine MHD das Budget. Zum einen, weil im Gegensatz zu Batchverfahren keine weiteren Geräte für Materialtransport und -umfüllung anfallen. Gleichzeitig entfallen alle Maßnahmen gegen Staub- oder Lösemittelemissionen. Zum anderen spart das kontinuierliche Verfahren beim Handling, bei der Reinigung und beim eigentlichen Mischen Zeit. Je nach Produkt ist die Entscheidung für eine Inline-Maschine auch eine Frage der Qualitätssicherung. Bei der offenen, chargenweisen Produktion lassen sich Luft und Wärmeeintrag kaum steuern. Hier spielen geschlossene Systeme ihre Stärken aus.

Am Anfang des Misch- und Dispergierprozesses steht die Dosierung des Feststoffs. Je nach dessen Zusammensetzung und geforderter Genauigkeit wird er über Volumen oder Gewicht abgemessen. So sind Konzentrationsgenauigkeiten bis zu 0,5 Massenprozent und mehr erreichbar. Die flüssige Komponente wird in der Regel über eine Exzenterschneckenpumpe zudosiert. Im Ringraum der Arbeitskammer sorgt ein perforierter Injektormantel für die Aufteilung in zahlreiche Einzelströme. Die schießen in den Vormischbereich, in dem ein mehrflügeliges, hochtourig drehendes Werkzeug die Phasen vermischt. Eine hochturbulente Strömung sorgt für eine optimale Benetzung und Vermischung der Feststoffteilchen. Dass Flüssigkeitsspritzer den Feststoffeinlass erreichen und dort Klumpen bilden, verhindert die patentierte Konstruktion des MHD-Moduls: Im unteren Bereich der Schnecke, die das Pulver zuführt, bildet sich eine dünne feuchte Feststoffschicht. Sie verhindert, dass Feuchtigkeit in den Einlass aufsteigt. In der Arbeitskammer im unteren Teil der Maschine arbeiten bis zu drei Rotor-Stator-Werkzeugsysteme. Sie dispergieren das vorbenetzte Gemisch oder verkleinern es nass. Das fertige Produkt verlässt die MHD dann mit bis zu 2 bar über den Austragbereich.

Die Konstruktion der MHD kommt mit einer großen Spanne von Viskositäten zurecht. Pastöse Produkte mit mehr als 50 000 mPa s., zum Beispiel Fensterkit oder Spachtelmasse, verarbeitet sie mühelos. Wo sich schnelle Viskositätsanstiege ergeben, bewährt sich die kurze Verweildauer in der Maschine. Sie ist auch bei Produkten von Vorteil, die wärmeempfindlich sind oder in denen Reaktionen ablaufen. Die Teilchengrößen der mit der MHD 2000 hergestellten Suspensionen können zwischen 10 und 100 µ liegen. Eine nachgeschaltete Inline-Dispergiermaschine bringt sogar feinste Suspensionen mit Partikelgrößen im 1-µ-Bereich hervor.

MHD-Anlagen finden eine breite Anwendung in der Chemie, in der Kosmetik, der Pharmazeutik und auch in der Nahrungsmittelindustrie. Das kontinuierliche mengenproportionale Mischen ist für zahlreiche Ausgangsprodukte geeignet. Als flüssige Phase können u. a. Wasser, Öle, Harze, Kerosin, Alkohole, flüssige Polymere, niedrig- bis hochviskose Dispersionen, Harnstoff geschmolzen, Sirup oder Lösemittel verarbeitet werden. Die folgenden Feststoffe werden in die Flüssigkeit zugemischt: Stärkeprodukte, Carbopol, Nüsse, Amoniumsulfat, Tonerde, Gewürzpulver, Talkum, Mineralpigmente, Beschichtungsprodukte, reaktive Pulver, Polyamidfasern, Verdickungsmittel, Cellulose, Bleicherde, Ruß, Pektin Pellets etc.

Bei bestimmten Applikationen kann die MHD-Maschine in einem Anreichungsverfahren angewandt werden. Die in dem Mischbehälter vorgelegte flüssige Phase wird über eine Pumpe durch die MHD 2000 zurück in den Behälter zirkuliert. Über die MHD 2000 werden definierte Mengen des festen Ausgangsmaterials kontinuierlich in den zirkulierenden Flüssigkeitsstrom eindispergiert. Dieses Verfahren zeigt sich optimal bei der Herstellung von hochviskosen Mischungen.

Halle 6, Stand 353

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