Wirkungsvolle Luftblasen

Craig Johnston

Vor zwanzig Jahren wollte Dirk Parks aus Seattle Lachseier in großen Becken mischen. Da mechanische Mischsysteme aufgrund der Empfindlichkeit des Produkts ausschieden, löste er das Problem mit Pressluft, die impulsartig am Boden des Beckens eingelassen wurde und somit große Blasen erzeugte. Während die Blasen nach oben stiegen, mischten sie die Eier in der Flüssigkeit schonend. Dieses Verfahren ließ der Erfinder weltweit mehrfach patentieren, sein Unternehmen Pulsair liefert heute pneumatische Mischer rund um den Globus und mischt damit Treibstoffe, Schmiermittel, Chemikalien, Nahrungsmittel, Abwasser und viele andere Flüssigkeiten.

Viele industrielle Mischanwendungen laufen 24 Stunden am Tag an sieben Tagen pro Woche. Ausfälle können deswegen sehr teuer werden – nicht nur wegen der Reparaturkosten, sondern auch aufgrund der entstehenden Stillstandzeiten und möglichem Produktverlust. Da das Pulsair-Mischverfahren ohne bewegliche Teile im Tankinneren arbeitet, können solche Teile auch nicht brechen und Reparaturen erforderlich machen. In der Tat sind die einzigen Teile im Tank neben flachen Platten – den Akkumulatorplatten, die die Blasen formen – die Druckluftleitungen. Außerhalb des Tanks benötigt man einen Kompressor und das Equipment zur Steuerung der Luftimpulse. Laut Parks ist dieses System an jede Behältergröße anpassbar, es eignet sich für kleine Behälter wie 150-l-Fässer ebenso wie für einige der größten Tanks der Welt. Pulsair wird beispielsweise verwendet, um zwei Tanks mit einem Durchmesser von 27 m und einem Inhalt 11 000 m3 Treibstoff in der Petronas-Raffinerie in Kuala Lumpur zu mischen. Ein anderes Einsatzbeispiel ist ein Behälter mit 34 m Durchmesser und 300 t Inhalt, in dem Rotwein gärt (Lindemans Weinkellerei, Karadoc, Australien). Zur Weinherstellung und in anderen sauerstoffempfindlichen Mischprozessen kann Pulsair mit Stickstoff oder anderen Gasen betrieben werden.

Das Einblasen von Luft in Mischanwendungen war auch vor 20 Jahren nicht neu. Ständiges Belüften benötigt jedoch nicht nur viel Energie, sondern erhöht tendenziell auch die Sauerstoffkonzentration in der Flüssigkeit. Parks beobachtete, dass in dem Moment, wenn eine Blase durch die Flüssigkeitssäule aufsteigt, die Flüssigkeit oberhalb der Blase nach oben verdrängt wird und unterhalb ein Sog entsteht. Wenn die Blase sich an der Oberfläche entspannt, setzt sich die Bewegung der von ihr nach oben gezogenen Flüssigkeit an der Oberfläche fort und verläuft zum Behälterrand hin. Dort ändert sie ihre Richtung entlang der Tankwandung nach unten. Aufgrund des dabei entstandenen hohen Bewegungsmoments ist es energiesparender, mit der Generierung der nächsten Blase zu warten, bis die Bewegung im Tank wesentlich nachgelassen hat. Der Sauerstoffeintrag in der Flüssigkeit wird dabei nicht erhöht, da die Blasen eine relativ kleine Oberfläche haben.

In den letzten Jahren entwickelte man bei Pulsair den Prozess ständig weiter. Hinzu kamen hoch entwickelte Steuergeräte, um die Luftmenge für jede einzelne Blase zu messen. Durch das Kontrollieren von Luftdruck, Impulsdauer und -häufigkeit lassen sich die Mischparameter variieren, um verschiedenste Prozess-anforderungen bei gleichzeitiger Reduzierung der Energiekosten zu erfüllen. Der Schlüssel zur Formung der Blasen ist die Akkumulatorenplatte mit einem Durchmesser von 15 bis zu 55 cm, die horizontal am Boden des Tanks befestigt wird. Wenn Luft unter das Zentrum der Akkumulatorenplatte gepulst wird, strömt sie um die Kanten der Platte herum und formiert sich oberhalb der Platte zu einer Blase.

Ein zusätzlicher Vorteil des Systems ist, dass am Boden des Tanks eine horizontale Druckwelle erzeugt und damit Feststoffe vom Boden aufgewirbelt werden. Der Mischprozess setzt direkt am Boden des Tanks ein – ein Vorteil für die Mischqualität beim Befüllen und Entleeren der Behälter.

Die Akkumulatorenplatte und die Rohrleitungen im Tank können aus Stahl, rostfreiem Edelstahl, Aluminium, Glasfaser, PVC oder anderen Materialien gefertigt werden. Bei einigen Anwendungen kann man auf die Akkumulatorenplatten verzichten und den Druckluftimpuls direkt in den Boden des Tanks einbringen.

Pulsairs Mischeigenschaften variieren je nach Tankform und -tiefe, eine allgemein gültige Daumenregel ist jedoch, dass die Mischwirkung am größten innerhalb eines Radius von 15 cm um die Akkumulatorenplatte herum ist. Für große Tanks verwendet man mehrere Akkumulatorenplatten in fester Anordnung. Im oben erwähnten Weintank mit 34 m Durchmesser beispielsweise sind 29 55-cm-Akkumulatorenplatten im Einsatz. Um eine zentrale Platte in der Mitte des Tankes herum sind drei konzentrische Kreise angeordnet. Statt alle Platten gleichzeitig zu pulsen, werden sequenziell bestimmte Plattengruppen angesteuert, um ein Maximum an Mischwirkung und Energieeinsparung zu erzielen.

Die Steuerung des Pulsierens im Mischsystem kann entweder über einen Controller erfolgen oder durch die Integration der Pulsair-Software in ein vorhandenes Leitsystem. Touch-screen-Controller können sowohl einen einzelnen Tank als auch komplette Tankfarmen steuern. Dabei kann jeder Tank individuell parametriert werden, um mit Mischzyklen zu starten und zu beenden und sie entsprechend den Prozessanforderungen anzupassen. Die Touchscreen-Controller sind durch ihre Modulbauweise erweiterbar und erlauben es somit auch, zunächst nur einen einzelnen Tank zu überwachen und dann nach und nach um weitere Tanks zu ergänzen. Pulsair kann zudem mit einer rein pneumatischen Steuerung geliefert werden, so dass das Mischsystem in explosiven Umgebungen problemlos eingesetzt werden kann. Nicht nur für Weinhersteller ist ein weiteres Merkmal nützlich: Für jede Charge können die Mischparameter und die Sequenzen verfolgt und dokumentiert werden.

Tragbare Mischsysteme stehen für verschiedene Anwendungen zur Verfügung. Zum Mischen von 150-l-Tanks und anderen kleinen Behältern ist der 5–55-Drumstick ausgelegt. Der Drumstick hat eine kleine Akkumulatorenplatte, die es ihm erlaubt, durch ein kleines Handloch eingeführt zu werden. Die für den Industriestandard entwickelten Liefercontainer können mit dem 10–55-Totestick mit einem optionalen Akkumulatorenplattengeweih auch entlang des Behälterrandes gemischt werden. Sowohl der Drumstick als auch der Totestick sind für kleinere Tanks ausgelegt.

Für größere Behälter wie Tankwagen und Eisenbahntankwagen stehen die tragbaren Mischmaschinen der PTM-2000 Serie zur Verfügung. Die PTM-2000 Serie mischt Volumen von 19 bis 110 m3. Wenn der Tankinhalt zusätzlich beheizt werden muss, kann warme Luft oder Dampf verwendet werden um die Erwärmung zu beschleunigen.

Nicht nur Werksleiter, sondern auch Kaufleute ließen sich von den Vorteilen des Pulsair-Systems überzeugen, wie die Fallstudie eines texanischen Schmiermittelherstellers zeigt. Der Kunde hat einen 315-m3-Tank, in dem er Additive und neutrale Öle mischt, die als Basis für andere Schmiermittel dienen. Die Charge muss täglich um 9.00 Uhr vormittags zur Weiterverarbeitung bereitstehen. Vor der Installation von Pulsair verwendete der Kunde ein 22 kW starkes, seitliches Rührwerk und eine 73-kW-Zirkulationspumpe, um den Tankinhalt während des Mischens zu rezirkulieren. Außerdem war ein Boiler im Einsatz, um das Öl für bessere Mischergebnisse zu erwärmen. Pulsair ersetzte das Rührwerk und die Pumpe durch einen 11-kW-Kompressor und reduzierte die Leistung des Boilers um die Hälfte. Die Energieeinsparungen betrugen fortan über 80 %. Zudem konnte der Arbeitsbeginn von Mitternacht auf 5.00 Uhr morgens verlegt werden. Die Einsparungen betrugen mehr als 260 Euro pro Tag und fast 70 000 Euro pro Jahr – ein Vielfaches der Investitionskosten für das System.

cav 445

MischerExpo – Virtuelle Ausdehnung für Mischer, Rührer und Knetmaschinen

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