Für alle Eventualitäten gerüstet

Der Autor: Ulrich Schär Leitung Vertrieb/Verfahrenstechnik, MTI Mischtechnik International

Vorrangig stellt sich die Frage, ob der Produktionsprozess in einem kontinuierlichen Betrieb oder chargenweise ablaufen soll. Sind die Verfahrensabläufe dafür geeignet sowie konstant hohe Durchsatzleistungen, keine oder seltene Rezepturumstellungen und eine vollautomatische Materialzuführung gegeben, so ist der Durchlaufbetrieb die richtige Lösung. In der Praxis vielfach häufiger zu finden ist jedoch ein Betrieb mit ständig wechselnden Zusammensetzungen der Mischungen, der permanente Produktionsunterbrechungen zur Reinigung erforderlich macht. Auch manuelle oder nur teilautomatisierte Rohstoffzugaben lassen sich in einem Batchbetrieb wesentlich einfacher umsetzen. Die verfahrenstechnischen Parameter können hierbei in einem sehr weiten Bereich variieren und ermöglichen Prozesse mit nahezu beliebigen Verweilzeiten, exakter Temperaturführung und lückenloser Rückverfolgbarkeit jeder Einzelcharge – ein immer wichtigeres Kriterium zur lückenlosen Protokollierung der Produktspezifika.

Eine grundsätzliche Frage ist auch die nach der geforderten Qualität der Mischung. Wann ist eine Mischung wirklich homogen, wann ist es eine gute Mischung? Hierzu muss für jeden Anwendungsfall das Qualitätsprofil eines Zwischen- oder Endproduktes individuell definiert werden: Ist beispielsweise bei der Herstellung von pharmazeutischen Produkten die präzise Einhaltung der Zusammensetzung in jeder einzelnen Tablette entscheidend, so können bei der Feuchtgranulation eines Stabilisator-Compounds Faktoren wie Korngrößenverteilung, Rieselfähigkeit und Schüttdichte die qualitätsrelevanten Einflussgrößen sein. Ein moderner Chargenmischer wie der Vertikal-Universalmischer der Baureihe Uni tec ist dafür konzipiert, auch unterschiedlichste verfahrenstechnische Abläufe reproduzierbar abzubilden.

Allen Mischungen liegt die Anforderung zugrunde, die beteiligten Rezepturbestandteile mit einer zuvor definierten Qualität zu homogenisieren. Das Maß hierfür ist die Mischgüte, die die Abweichung in der Zusammensetzung aller Komponenten einer festgelegten Anzahl von Mischgutproben im Verhältnis zur Sollkonzentration beschreibt (Variationskoeffizient). In Abhängigkeit von der Anwendung und dem eingesetzten Mischvolumen sind Probengröße, Anzahl und Positionen der Probenahme für das ausgewählte System festzulegen und bei jeder Mischgüteuntersuchung einzuhalten. In der Praxis liegt die Probengröße beispielsweise zwischen wenigen Gramm bei einer Tablettenmischung und einigen Kilogramm in der Herstellung einer Baustoffrezeptur.

Für die Aufbereitung von Schüttgütern haben sich bei eher geringen Mischvolumina bis ca. 2000 l und wechselnden Betriebsbedingungen Vertikalmischer aufgrund der leichten Reinigbarkeit seit Langem bewährt. Rohstoffe mit Schüttdichten von 0,05 bis 4,0 kg/l und Korngrößen von wenigen µm bis zu einigen Millimetern können verarbeitet werden. Der Hochleistungs-Universalmischer der Baureihe Uni tec ist hierfür derart konzipiert, dass bei sehr kurzer Mischzeit und damit hoher spezifischer Durchsatzleistung die mechanische und thermische Produktbeanspruchung auch sensitiver Stoffe äußerst gering gehalten wird. Bei einer Umfangsgeschwindigkeit des bodengängigen Mischwerks von 5 bis 8 m/s wird eine ausgeprägt dreidimensionale Mischtrombe ohne Toträume erzeugt. Im Gegensatz zu Schubmischern, die Platzwechsel der Partikel im Haufwerk durch distributives Mischen erzeugen, wird in der Trombe eine Fluidisierung der Mischung generiert. Die Partikel gleiten dabei auf einem mehr oder minder stark ausgeprägten Luftpolster aneinander ab. Trotz dieser sehr viel intensiveren Produktbewegung beträgt die Temperaturerhöhung lediglich 1 bis 2 K je Minute Mischzeit. Dabei bedarf es normalerweise drei bis fünf Minuten für eine ideale, nicht mehr verbesserbare Mischgüte. Die für diesen Prozess benötigte Antriebsleistung liegt in der Regel bei 0,05 bis 0,1 kW Motorleistung je Kilogramm Mischgut mit einem Schüttvolumen von bis zu 0,6 kg/l.

Zur Erhöhung der Dispergierleistung, zur Auflösung von Verklumpungen in Rohstoffen und zur Feinverteilung von flüssigen oder pastösen Zusätzen bzw. zur Granulation kann der Uni tec mit einem Messerkopf ausgerüstet werden. Hierbei handelt es sich um ein hochtourig laufendes Werkzeug, das seitlich am Mischbehälter angebracht ist und mit unterschiedlich geformten Klingen ausgestattet werden kann. Die geometrische Auslegung hängt im Wesentlichen von der geforderten Funktion ab und reicht von gekröpften Messern bis hin zu wellenförmig angeschliffenen Mehrstufen-systemen.

Viele Agglomerations- und Granulationsprozesse stellen an das System höhere verfahrenstechnische Anforderungen und erfordern somit eine entsprechend angepasste Konzeption der Maschine. Sprühsysteme – auch temperierbar – für Fluide, ein Doppelmantel zur temperaturgesteuerten Prozessführung sowie die druck- und vakuumfeste Ausführung des Mischbehälters sind weitere Ausstattungsvarianten, mit denen sich auch komplexe Abläufe exakt reproduzierbar abbilden lassen.

Bestmögliche Mischgüte bei kürzester Prozesszeit für den jeweiligen Anwendungsfall sind die Mindestanforderungen an eine moderne Hochleistungsmischanlage. Hierfür werden im Uni tec Mischwerkzeuge eingesetzt, die die gewünschte Mischungsqualität mit geringem Energieeintrag erzeugen. Angetrieben von Asynchron-Drehstrommotoren der Wirkungsradklasse IE2 in Verbindung mit Frequenzumrichtern der neuesten Generation erfüllen sie schon heute die Anforderungen der zukünftigen Klasse IE3.

Für die intuitive Bedienung von Maschine und Prozess kommen ausschließlich SPS-gestützte Steuerungssysteme zum Einsatz. Alle relevanten Betriebsparameter werden permanent erfasst, in übersichtlichen Menübildern dargestellt und ggf. über Bus-Systeme zur Auswertung weitergeleitet. Die Steuerung speichert individuelle Rezepturen und deren Produktionsparameter zur Einhaltung reproduzierbarer Produktionsprozesse. Die Integration in bzw. die Kommunikation mit übergeordneten Leitsystemen, z. B. einer Beschickungsanlage, sind immer möglich. Eine individuelle Chargenverfolgung als Teil eines Logistik- oder Qualitätssicherungssystems ist mit zusätzlicher Software ebenfalls realisierbar.

Für die Ermittlung aller erforderlichen Prozessparameter ist eine theoretische Betrachtung in der Regel nicht zielführend. Vielmehr sind die Daten in empirischen Untersuchungen zur Bestätigung der getroffenen Annahmen unumgänglich. MTI Mischtechnik International stellt hierfür ein sehr gut ausgestattetes R & D Center und erfahrene Verfahrensingenieure zur Verfügung.

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