Mischen mit Gas. Pneumatische Impulsmischung anstelle mechanischer Rührwerke - prozesstechnik online

Pneumatische Impulsmischung anstelle mechanischer Rührwerke

Mischen mit Gas

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Wenn Medien ständig oder gar dauerhaft gemischt werden müssen, ist die Zuverlässigkeit einer Mischvorrichtung von großer Bedeutung. Dieser kommt die pneumatische Impulsmischung von Pulsair besonders nach, da sie im Gegensatz zu mechanischen Rührwerken keine beweglichen Teile im Tank aufweist. Als positiver Nebeneffekt kommt häufig eine Reduzierung der Betriebskosten hinzu.

Autor Thomas Uhl Mischtechnik, MPT Meß- und Prozeßtechnik

Als vor knapp 30 Jahren der Ingenieur Dick Parks aus Seattle/USA mit der Entwicklung von Pulsair begann, bestand die Herausforderung darin, Lachseier schonend, aber wirksam in großen Becken zu mischen. Mechanische Mischer hätten die zerbrechlichen Eier zerquetscht. Seine Lösung: Pressluft wurde impulsartig am Boden des Beckens eingelassen. Die dadurch erzeugten großen Blasen stiegen nach oben und mischten die Eier in der Flüssigkeit so sanft, dass diese nicht beschädigt wurden. Heute werden pneumatische Pulsair-Mischer weltweit zur Homogenisierung von Treibstoffen, Schmiermitteln, Nahrungsmitteln, Wein, Farben, Abwasser und unzähligen weiteren Flüssigkeiten eingesetzt. MPT plant und konstruktiert Pulsair-Systeme für unterschiedlichste Anwendungen.
Ohne bewegliche Teile
Da sich bei Pulsair keine beweglichen Teile im Tankinneren befinden, kann auch nichts brechen, was eine Tankentleerung erforderlich machen würde. Die einzigen Teile im Tank sind Druckluftleitungen und daran horizontal angebrachte Scheiben, sogenannte Akkumulatorplatten, aus denen die Luftblasen emporsteigen. Bewegliche Teile befinden sich nur außerhalb des Tanks, beispielsweise die Logikrelais im Steuergerät für die Luftimpulse und die Impfventile, die zum Tank führen. Das Herzstück sind die Akkumulatorplatten mit einem Durchmesser von 10 bis 56 cm, die sich nur wenige Zentimeter über dem Tankboden befinden. Nach einem Druckimpuls unter dem Zentrum der Akkumulatorplatte strömt die Luft um die Kanten der Platte herum und bildet oberhalb eine Blase. Wenn die Blase aufsteigt, wird die darüber befindliche Flüssigkeit nach oben verdrängt und die darunter befindliche hochgezogen. Diese Sogbewegung setzt sich nach Entladung der Blase an der Oberfläche fort, und zwar zunächst von dort zum Behälterrand und danach entlang der Tankwandung nach unten. Da das entstandene Bewegungsmoment sehr groß ist, kann Energie dadurch gespart werden, mit der nächsten Blase abzuwarten, bis die Bewegung im Tank deutlich nachgelassen hat. Doch es wird nicht nur eine vertikale Druckwelle erzeugt, sondern auch eine horizontale: Die Blase, die unmittelbar über dem Tankboden entsteht, wirbelt so Ablagerungen auf. Der Mischprozess beginnt also direkt am Tankboden und somit auch direkt am Anfang des Befüllprozesses. Außerdem kann das Medium beinahe bis zur vollständigen Entleerung durchmischt gehalten werden.
Bei der Markteinführung von Pulsair war das Vermischen durch Einblasen von Luft eigentlich nichts Neues. Doch das bis dahin übliche ständige Einbringen vieler kleiner Blasen benötigt sehr viel Energie und tendiert dazu, Sauerstoff in der Flüssigkeit zu lösen. Bei Pulsair hingegen wird der Sauerstoffeintrag in der Flüssigkeit nicht erhöht, da eine einzige große Blase eine viel kleinere Oberfläche aufweist als viele kleine Blasen. Pulsair kann aber auch mit anderen Gasen wie Stickstoff betrieben werden. Wenn der zu mischende Tankinhalt beheizt werden muss, lassen sich Zeit und Energie einsparen durch das Pulsen von warmem Gas oder Dampf.
Individuell steuerbar
Mit der Entwicklung von Steuergeräten wurde der Prozess weiter perfektioniert. Durch das Variieren der Mischparameter Gasmenge, Gasdruck, Dauer der Pulse und ihrer Häufigkeit kann der Betreiber verschiedensten Prozessanforderungen bei gleichzeitiger Energieeinsparung nachkommen. Für einzelne Chargen lassen sich die Mischparameter und die Sequenzen regulieren. So kann der Betreiber je nach Mischergebnis dieses einfach wiederholen oder neu anpassen. Die Steuerung des Pulsierens im Mischsystem erfolgt entweder über einen Pulsair-Controller oder durch die in ein vorhandenes Leitsystem integrierte Pulsair-Software. Die Touchscreen-Controller können sowohl einen einzelnen Tank als auch komplette Tankfarmen steuern. Dabei lässt sich jeder Tank individuell parametrieren, um Mischzyklen zu starten und zu beenden und sie entsprechend den Prozessanforderungen anzupassen. Die Controller sind erweiterbar. Es kann zunächst mit einem einzelnen Tank begonnen werden, dem nach und nach weitere Tanks hinzugefügt werden. Für den Einsatz in explosiven Umgebungen ist auch die Steuerung rein pneumatisch ausgelegt.
Für Rohrleitungen und Akkumulatorplatten stehen eine große Anzahl von Werkstoffen zur Verfügung, z. B. Stahl, rostfreier Edelstahl, Aluminium, Glasfaser, PE, PP oder PVC. Es gibt sogar Anwendungen ohne Akkumulatorplatte, bei denen der Puls direkt in den Boden des Tanks eingebracht wird. Das Verfahren ist an jede Behältergröße anpassbar. 150-l-Fässer werden genauso gemischt wie Tanks im großen Maßstab.
Installationen im Großmaßstab
Mit Pulsair werden einige der größten Tanks der Welt, z. B. zwei Treibstofftanks mit einem Durchmesser von 27 m und einem Inhalt von 11 000 m³ in der Petronas-Raffinerie in Kuala Lumpur gemischt. Eine der bisher größten Anwendungen befindet sich in den Skarvik-Terminals von Vopak im schwedischen Göteborg: 13 Erdöltanks mit 12,8 bis 39,5 m Durchmesser und 14,7 bis 16,5 m Höhe, mit Volumina von 2007 bis 20 219 m³. Form und Tiefe eines Tanks beeinflussen das Mischverhalten, doch eine Faustregel besagt, dass die Mischwirkung in einem Radius von 180 cm um eine Akkumulatorplatte am größten ist. Daher werden bei einem großen Tank mehrere Akkumulatorplatten in fester Anordnung verwendet. In Göteborg sind das 13 bis 42 Stück der 56-cm-Akkumulatorplatten pro Tank, je nach dessen Größe. Dabei wurden um eine Platte an der Mitte des Tankbodens herum die anderen Platten in mehreren konzentrischen Kreisen angeordnet. Für ein Maximum an Mischwirkung und Energieeinsparung werden sequenziell bestimmte Plattengruppen angesteuert und nicht alle Platten gleichzeitig. Ein texanischer Schmiermittelhersteller mischt in einem 315-m³-Tank Additive und neutrale Öle als Basis für andere Schmiermittel. Zuvor verwendete der Kunde ein 22 kW starkes Seitenrührwerk zum Mischen und eine 73-kW-Zirkulationspumpe. Für ein besseres Mischergebnis wurde das Öl mit einem Boiler erwärmt. Mit dem Einsatz von Pulsair wurden Rührwerk und Pumpe durch einen 11-kW-Kompressor ersetzt und die erforderliche Leistung des Boilers um die Hälfte reduziert. Dies bedeutete Energieeinsparungen von über 80 %. Als weiteres Beispiel sei Biopetrol Rostock erwähnt. Das Unternehmen betreibt drei 5000-m³-Tanks noch aus DDR-Zeiten. Da es deswegen Bedenken zur Befestigung durch Schweißen gab, entschied man sich für Doppelakkumulatorplatten mit Stellfüßen. Eine Doppelakkumulatorplatte hat nicht nur oberhalb, sondern auch unterhalb des Blasenaustritts eine Scheibe, sodass keine Vertikalkraft entsteht, die die Platte anheben würde. Gleichwohl wurden die Platten durch zusätzliche Verrohrung an der Tankwandung verankert. Da durch das Aufwirbeln von Ablagerungen eine Bodenreinigung mit vorangehender Tankentleerung entfällt, werden weitere Kosten eingespart.
Tragbare Mischsysteme
Zum Mischen von kleineren Behältnissen wie 150-l-Tanks gibt es den 5–55 Drumstick mit einer Akkumulatorplatte, die so klein ist, dass sie durch ein Handloch passt. Transportbehälter für den Industriestandard können mit dem 10–55 Totestick aufgemischt werden, und zwar über ein optionales Geweih mit mehreren Akkumulatorplatten auch entlang des Behälterrandes. Für größere Anwendungen wie Tankwagen und Eisenbahntankwagen brachte Pulsair weitere tragbare Mischsysteme auf den Markt, beispielsweise die PTM-2000-Serie für eine Volumenbandbreite von 19 bis 110 m³.
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