Mischen in jedem Aggregatzustand

Grundsätzlich verlangen Suspensionen mehr Arbeitsaufwand und damit auch mehr Energie als Emulsionen. Im Folgenden werden unter dem Oberbegriff Dispersion (Emulsionen oder Suspensionen ) die Kombinationen flüssig/flüssig oder fest/flüssig behandelt. Im Wesentlichen sind zwei Aspekte bei der Wahl der richtigen Mischmaschine wichtig: Zum einen das Mischwerkzeug. Es kann austauschbar sein, um die Maschine an verschiedene Gegebenheiten anzupassen. Zum anderen der Antrieb. IKA trägt mit der Serie 2000 sowohl für den Flüssig/Flüssig- als auch für den Fest/Flüssig-Bereich diesen Faktoren Rechnung. Alle wesentlichen Mischverfahren lassen sich mit dieser Produktserie mit Rücksicht auf die physikalischen Gegebenheiten bewältigen. Welche Maschine jeweils die richtige ist, hängt von einer Vielzahl von Prozessparametern ab. Einfache Emulsionen, also Prozesse wie das Lösen, Ausflocken, Kristallisieren oder Extrahieren, sind oft mit relativ geringen Scherbeanspruchungen zu bewältigen. Alleine die Bewegung der Flüssigkeit verändert die Oberflächen und bewirkt im weitesten Sinne bereits eine Vermischung. Es werden Propellerrührer, Turbinen oder Rührerscheiben als Rührwerkzeuge verwendet.

Vollkommen anders bei schwer oder gar nicht mischbaren Flüssigkeiten: Hier muss mittels hoher Scherbeanspruchung nicht nur ein Oberflächenaustausch stattfinden, sondern auch ein Ausgleich im Bereich der Phasengrenzen. Die Vergrößerung der Oberfläche gelingt nur durch eine intensive Zerkleinerung der Flüssigkeitströpfchen der zu mischenden Komponenten. Dabei müssen möglichst gleiche Größen erreicht werden. Bei sehr schwierigen Emulsionen werden zusätzlich spezielle, auf die Rohstoffe abgestimmte Emulgatorsysteme eingesetzt – auch im Hinblick auf eine eventuell notwendige Langzeitstabilität der Mischung. Bei den schwer mischbaren Emulsionen wird man Dispergiermaschinen einsetzen, die solche Herausforderungen mit hohem Energieeintrag und hoher Scherbeanspruchung hervorragend meistern. Diese sogenannten Rotor-Stator-Systeme laufen hauptsächlich in Geschwindigkeitsbereichen zwischen 20 und 50 m/s. Dabei bewirken sie sehr hohe Scherfrequenzen und -beanspruchungen. Der Dispax-Reaktor beispielsweise besitzt drei direkt hintereinander platzierte Scherstufen. Bei höheren Viskositäten empfiehlt sich eine zusätzliche Pumpe.

Eine weitere Möglichkeit, mit Rotor-Stator-Systemen Emulsionen herzustellen ist die Verwendung einer Kolloidmühle. Sie erzielt durch die langen Strömungskanäle eine intensive Friktion. Die Zahnkolloidmühlen MK werden zum Nassvermahlen von flüssigen bis hochviskosen Suspensionen eingesetzt. Ihre stabile Lagerung der Rotorwelle, eine spezielle Gleitringdichtung, die Mahlkammer und ihre Mahlwerkzeuge wurden für die Anforderungen von schwer zu vermahlenden Rohstoffen konstruiert. Eine Variation der Kolloidmühle stellt die Konusmühle MKO dar. Hier ersetzen mehrere Schichten verschieden rauer Oberflächen die Strömungskanäle. Dies erhöht den Friktionseffekt. Allerdings braucht eine Konusmühle gegenüber den anderen Rotor-Stator-System wesentlich mehr Energie. Die zu erwartenden Durchsätze bleiben natürlich hinter denen einer Kolloidmühle zurück.

Die Korundscheibenmühle MCD kann hochviskose Produkte homogenisieren aber auch pastöse Mischungen feinst vermahlen. Dabei lässt sich der Feinheitsgrad mithilfe der Körnung der Korundscheibe einstellen. Der axial verschiebbare Stator wird gegen den mit hoher Geschwindigkeit laufenden Rotor gepresst. Durch die hohen Scherkräfte wird das Produkt zwischen Rotor und Stator feinst vermahlen und anschließend durch den seitlichen Auslass der Mahlkammer gefördert. Der in der Mahlkammer integrierte Kühlmantel verhindert ein übermäßiges Erhitzen des Produkts. IKA-Mühlen wurden auf leichte Reinigbarkeit und Bedienung hin konstruiert. Die präzise und reproduzierbare Einstellung des Mahlspalts garantiert eine gleichbleibend hohe Produktqualität.

Das Geräteprogramm der Baureihe MP (Master Plant) oder SPP (Standard Production Plant) eignet sich zur Batchherstellung von z. B. Mayonnaisen, Saucen, Gelen, Shampoos, Kosmetika oder Pharmazieprodukten. Dieses Anlagenkonzept zeichnet sich durch den unter dem konischen Behälterboden installierten Homogeni-sator (DBI) aus. Er baut ebenfalls auf der Serie 2000 auf. Die ideale Kombination aus integriertem Pumprad und nachfolgendem Dispergiergenerator ermöglicht es, selbst sehr hohe Viskositäten zu verarbeiten. Das Prinzip gestattet, höchste Umpumpleistungen zu erzeugen wie sie beispielsweise bei der Herstellung von Mayonnaise benötigt werden. Die Kombination aus Pumpe und Generator erzeugt mit der hohen Strömungsgeschwindigkeit in der Mischkammer einen Unterdruck, sodass die flüssigen und pulverförmigen Stoffe aus einem Trichter direkt in die Scherzone des Generators gegeben werden können. Der doppelwandige Behälter mit gegenläufigem Ankerrührer besitzt in der Serie SPP einen kippbaren Deckel und in der Serie MP eine elektrische Hubsäule. Im Deckel selbst befinden sich Sprühdüsen, die mithilfe der integrierten Pumpstufe im Homogenisator nach Beendigung der Produktion und Entleerung des Behälters mit dem nötigen Druck und entsprechender Menge Reinigungsmedium beaufschlagt werden. Beide Anlagentypen sind in Abstufungen in den Größen von 10 bis 4000 l ausgeführt.

Halle 5.0, Stand D86

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Auf der Achema 2012 wird die neueste Entwicklung einer Kleinanlage zur Produktentwicklung ausgestellt. Mit dem MagicPlant ist es gelungen, eine Chargenanlage entsprechend dem Aufbau der größeren Modelle zu konzipieren. Mit einem Behälternutzvolumen von 2 l ist es möglich, alle Verfahren aus der Produktion bereits im Labormaßstab zu testen.

Um ein exaktes Upscale zu gewährleisten, wurde darauf geachtet, sowohl im Homogenisator der MagicPlant als auch bei der Behälterdimensionierung und der Rührerauslegung identische Relationen zu verwenden. Dadurch ist es möglich, nach erfolgreicher Produktentwicklung auf der MagicPlant die erforderlichen Parameter der Produktionsanlage, wie Antriebsleistung oder Behältergröße, zu ermitteln.

Ein weiteres, besonderes Konstruktionsmerkmal ist die Möglichkeit, die kleine Anlage auch als Pulvermischer oder -trockner zu verwenden. Um die Mischwirkung zu steigern, lässt sich der gesamte Behälter mit Rührantrieb kippen.