Effektiv mischen und agglomerieren

Dipl.-Ing. Allet Polman

Ziel der Entwicklung des Cyclomix Mitte der neunziger Jahre war die Konzeption eines Mischers, der eine große Palette unterschiedlichster Pulver und Flüssigkeiten zu qualitativ hochwertigen Gemischen verarbeitet. Weitere vorrangige Kriterien waren hohe Flexibilität und Reinigungsfreundlichkeit.

Das Mischverfahren des Cyclomix kombiniert hohe Scherkräfte mit hohen Prallkräften. Der Mischbehälter ist konisch geformt und verfügt über eine zentral gelagerte Welle, die mit einer Geschwindigkeit von bis zu 30 m/s rotiert. Aufgrund der hohen Umlaufdrehzahl entstehen Zentrifugalkräfte, wodurch das Produkt an die Behälterwand gedrückt wird. Die Form des Behälters bewirkt eine Aufwärtsbewegung des Mischguts. Durch die Gestaltung des Deckels wird das Produkt zur Mitte des Mischers gefördert, wo es in Richtung Boden der Mischkammer zurückgeführt und dort dem Mischdurchgang erneut unterzogen wird (Abb. 1). Der patentierte Mischmechanismus gewährleistet ein homogenes Endprodukt bei extrem geringer Durchlaufzeit für eine Charge.

Mischbehälter, Deckel und Austrag des Cyclomix können mit einer Ummantelung zur Erwärmung oder Abkühlung ausgerüstet werden. Diese Vorrichtung gewährleistet eine optimale Temperaturkontrolle genau an den Punkten, an denen es zu einer Erwärmung kommen kann.

Der Cyclomix kann für die unterschiedlichsten Anwendungen, beispielsweise zum intensiven Mischen von Pulvern, Flüssigkeiten und Schlacken, zum Dispergieren, zur Verdichtung, zum Mahlen, zum Trocknen, zur Agglomeration, zur Beschichtung und zum Bonding, eingesetzt werden. Da die verschiedensten Verfahrensschritte von einer Maschine übernommen werden, lassen sich mit diesem Mischer Anschaffungskosten reduzieren, die Gesamtausbeute erhöhen und Ausfallzeiten durch Reinigungsarbeiten verringern. Ein Beispiel für diese Mehrstufennutzung ist die Zugabe und Dispersion von Flüssigkeiten zu einer chemischen Substanz mit anschließendem Beschicht-, Aushärt- und Trockenvorgang des entstandenen Pulvers innerhalb der gleichen Maschine.

Der Cyclomix gewährleistet eine gleichbleibende Produktqualität bei einem Füllgrad von 20 bis 100%.

Im Gegensatz zu anderen Scherkraft-Technologien auf dem Markt ist der Cyclomix so konstruiert, dass Lager und Dichtungen zu keiner Zeit mit dem Produkt direkt in Berührung kommen. Die zentral gelagerte Wellendichtung wird durch den Führungskonus unterhalb des Deckels abgedeckt und kann in verschiedenen Ausführungen geliefert werden:

• als PTFE-Lippendichtungen für Standardanwendungen

• als zweifachgeschmierte mechanische Gleitringdichtungen für Hochleistungsanwendungen bei Vakuum oder Überdrücken und Temperaturen bis zu 250 °C

• als CIP/SIP Sanitärdichtungen für Anwendungen in der Nahrungsmittel- und Pharmaindustrie.

Der Cyclomix ist in Ausführungen mit Produktvolumina von 1 l (Abb. 2) bis zu 2000 l erhältlich. Die Antriebsleistung ist abhängig von Größe und Art der Anwendung und bewegt sich zwischen 11 kW für eine 50-l-Einheit und 400 kW für eine 2000-l-Einheit.

Vor einem Jahr wurde Hosokawa Micron B.V. von einem führenden europäischen Hersteller eingeladen und um Unterstützung bei der Optimierung von Mischerlinien für niedrigviskose Flüssigkeiten gebeten. Zu diesem Zeitpunkt setzte das Unternehmen einen 1000-l-Mischerbehälter mit zentral gelagerten rotierenden Rührschaufeln – eine für diese Art der Anwendung typische Lösung – ein.

Die Hauptschwierigkeiten, über die der Kunde bei seiner vorhandenen Mischerlinie klagte, waren:

• die relativ lange Mischzeit von einer Stunde für eine Charge von 1 000 l

• ein nicht-homogenes Produkt nach beendetem Mischvorgang

• zeitaufwändige Reinigungsarbeiten, verbunden mit einer mit Lösemitteln kontaminierten Umgebung, der das Personal beim Reinigen des Mischkessels ausgesetzt war

In dieser Anwendung wird nun der Cyclomix zur intensiven Mischung von flüssigen Polymeren mit einem Füllstoff (Pulver) und Additiven mit einem Pulver-Flüssigkeits-Mischverhältnis von 26% zu 74% eingesetzt. Die Kombination von viskosen Flüssigkeiten unter Zugabe geringer Mengen an pulverförmigen Additiven hatte die vorhandenen Dissolver-Mischersysteme vor einige Probleme gestellt und zu langen Mischzeiten bei nicht immer reproduzierbaren Ergebnissen geführt.

Bei einem 250-l-Cyclomix beträgt die Mischzeit ca. drei Minuten. Hierbei ist die Zeit für die Beschickung und Entnahme einer Charge sowie die abschließende Reinigung bereits enthalten. In der Stunde können damit 5000 l verarbeitet werden, rund fünf mal mehr als mit dem vorhandenen System.

Aufgrund seiner besonderen Bauweise ist der komplette Inhalt des Mischers in intensiver Bewegung. Es gibt demnach keine unzugänglichen Bereiche, weshalb auch keinerlei Material in toten Bereichen des Behälters zu finden ist und als Folge auch nur ein minimaler Rückstand an den Wänden und dem Deckel zurückbleibt. Die Mischgüte ist stets konstant und es entstehen keine Agglomerate, die nachfolgende Mischvorgänge durch Herabfallen aus toten Bereichen beeinträchtigen könnten.

Die konische Formgebung sowie der kleine Freiraum zwischen Rotor und Kessel gewährleisten ein einfaches und vollständiges Entleeren. Einzig die klebrige Konsistenz des Produktes bewirkt ein Zurückbleiben geringer Mengen des homogenen Gemisches nach dem Entleeren.

Beim alten System des Kunden wurde die verbleibende Schicht an der Wand des Kessels einmal pro Woche manuell entfernt. Dieser Vorgang war äußerst zeitaufwändig und schwierig, da die Verkleidung abgenommen, die Lösemittelanschlüsse blockiert und der Kessel dann manuell gereinigt werden musste.

Beim Cyclomix wird zuerst eine flüssige Verbindung der Rezeptur (10%) eingefüllt und der Mischer für 5 s bei einer Drehzahl von 30 m/s in Betrieb genommen. In diesem Durchgang reinigt sich der Cyclomix mit der Betriebsflüssigkeit und kann danach direkt mit den verbleibenden Flüssigkeiten und Feststoffen befüllt und der Mischvorgang fortgesetzt werden. Dieser Reinigungsdurchgang wird nach jeder Charge wiederholt. Mit der Nutzbarmachung des Selbstreinigungszyklus des Cyclomix wurde die Reinigung zu einem wesentlichen Bestandteil des Prozesses und erspart Zeit und Mühe.

Flexomix ist ein kontinuierlich arbeitender Misch-Agglomerator mit vertikaler Mischkammer und schnellrotierender Welle und schnellrotierendem Mischmesser. Damit lassen sich sehr homogene Gemische bzw. Agglomerate aus Feststoffen (Pulvern) und Flüssigkeiten erzeugen. Neben der hohen Mischgüte und ausgezeichneten Homogenität der Endprodukte zeichnet sich der Flexomix durch extrem kurze Produktverweilzeiten, hohe Reinigungsfreundlichkeit durch die Selbstreinigungsvorrichtung der Mischkammer, hohe Leistung bei nur geringem Platzbedarf, niedrigen spezifischen Leistungsbedarf und einfache Bedienung aus.

Die letzte Generation Flexomix 160 (Abb. 3) wurde hinsichtlich Betriebssicherheit und Flexibilität wesentlich verbessert. Die besonderen Vorzüge des Flexomix-Mischprinzips und die hohe erreichbare Mischgüte wurden dabei nicht beeinträchtigt.

Durch eine Modifikation in der Konstruktion des Lagergehäuses, die Optimierung der Welle bzw. Messerhalterungen sowie der standardmäßigen Ausstattung mit einem Direktantrieb wird die kritische Drehzahl des Flexomix 160 nach oben auf ca. 4800 min-1 verschoben. Dadurch ist bei Bedarf eine Betriebsdrehzahl von bis zu 4000 min-1 oder höher ohne weiteres möglich. Die letzte Generation Flexomix läuft zudem im gesamten Drehzahlbereich ruhiger und geräuschärmer.

Durch die veränderte Konstruktion des Lagergehäuses wurde außerdem der Raum oberhalb der Mischkammer soweit verringert, dass ein Produktrückstand in diesem Bereich weitgehend minimiert wird, was zu einer erhöhten Reinigungsfreundlichkeit beiträgt.

Der Flexomix 160 wird jetzt standardmäßig ganz in Edelstahl Nr. 1.4401 ausgeführt.

Bei Bedarf kann der Mischer statt mit Welle, Messerhalterungen und verstellbaren Messern auch mit einer speziellen, glatten Welle mit festgeschweißten Messern geliefert werden, die den höheren Anforderungen hinsichtlich Hygiene besser gerecht wird.

Eine Neuentwicklung stellt der mechanische Antrieb des Rollenkäfigs (Selbstreinigungsvorrichtung für die Mischkammer) dar. Mit dieser Antriebsart erreicht man eine fließendere und kontinuierlichere Rollenkäfigbewegung, unabhängig von Druckschwankungen. Ferner kann der Käfig aufgrund der direkten mechanischen Kraftübertragung viel präziser bewegt werden und läuft damit ruhiger.

Halle 7, Stand 437