Sicheres Scale-up

Was haben Waschmittel, Salatdressing, Zahnpasta, Lippenstift und Dispersionsfarbe gemeinsam? Sie alle bestehen aus Stoffgemischen von verschiedenen festen und flüssigen Substanzen. Um diese Substanzen zu homogenisieren, werden häufig Dispergiersysteme eingesetzt, die mit hohen Scherkräften eine innige Verbindung der Stoffgemische herstellen. Der magic LAB von IKA ist ein speziell für das Labor entwickeltes Inline-Dispergiersystem und bietet eine Vielzahl von Anwendungsmöglichkeiten für verschiedenste Misch- und Zerkleinerungsprozesse im kleinen Maßstab. Je nach Anwendungsfall kann der magic LAB in Minutenschnelle umgebaut und mit verschiedenen Arbeitsmodulen ausgerüstet werden. Hierzug genügen wenige Handgriffe; Spezialwerkzeuge oder aufwändige Schulungen des Personals sind nicht notwendig.

Durch die verschiedenen Arbeitsmodule kann der magic LAB für vielfältige Aufgaben eingesetzt werden. Er findet im Labor- bzw. Technikumsbereich in den unterschiedlichsten Branchen Anwendung, z. B. in der Chemie-, Pharma-, Lebensmittel- und Kosmetikbranche. Das mögliche Produktspektrum ist daher extrem breit gefächert, es reicht von Nahrungsmitteln über Kosmetik- und Körperpflegemitteln sowie medizinischen Präparaten, bis hin zu diversen chemischen Produkten. Insbesondere Standardapplikationen wie Wasser-in-Öl- (W/O) und Öl-in-Wasser- (O/W) Emulsionen sowie Suspensionen von verschiedensten Feststoffen in Flüssigkeiten können mit vergleichbaren Arbeitsmethoden wie in der Großproduktion hergestellt, bearbeitet bzw. erprobt werden. Die Produktionsmaschinen der Serie 2000 von IKA sind mit den gleichen Typen von Arbeitsmodulen wie der magic LAB ausgestattet und werden in sieben verschiedenen Standardgrößen für bis zu 125 000 l/h Durchsatz angeboten. Die Erkenntnisse, die mit der Labormaschine gewonnen werden, lassen sich daher einfach auf größere Produktionsmaschinen mit gleichen Werkzeugtypen und mit vielen konstanten Arbeitsparametern übertragen.

Das Grundmodul der Maschine ist der Ultra-Turrax, mit dem unter anderem Flüssigkeiten mit stark unterschiedlichen Viskositäten gemischt und dispergiert werden können. Im Vergleich zu einem konventionellen Rührwerk verkürzt sich die Mischzeit und zudem können feine Dispersionen im Durchlaufbetrieb hergestellt werden.

Stellt man den magic LAB auf den Kopf, befestigt ihn an einem Stativ und rüstet ihn mit dem Umbausatz UTC aus, kann man ihn statt im Durchlaufbetrieb auch als klassische Batch-Maschine für Ansätze im Becherglas verwenden, beispielsweise um schnell und einfach Veränderungen der Struktur oder Viskosität von kleinen Produktmengen abschätzen zu können.

Der Dispax Reactor erweitert das Grundmodul zu einer dreistufigen Hochleistungs-Dispergiermaschine. Mit dem Dispax Reactor wird bereits nach einer Passage des Produktes durch die Maschine ein enges Verteilungsspektrum der Partikelgrößen erreicht. Dies garantiert eine optimale Homogenität und Stabilität der hergestellten Emulsionen bzw. Suspensionen.

Eine weitere Anwendungsmöglichkeit vom magic LAB ist das chargenweise Einmischen von verschiedenen Pulvern im Anreicherungsverfahren mit dem Modul CMS. Dieses Modul verfügt über einen separaten Feststoffeinlass, über den mithilfe des erzeugten Unterdruckes Pulver direkt staubfrei eingesaugt werden. Durch die gezielte Zusammenführung des Pulvers und der Flüssigkeit im Scherbereich der CMS wird für einen raschen und klumpenfreien Eintrag gesorgt.

Eine kontinuierliche Herstellung von Suspensionen ist mit dem Modul MHD möglich. Hier werden die Flüssigkeit und der Feststoff gezielt mit einer Pumpe beziehungsweise einem Pulverdosiergerät zudosiert, so dass man bereits nach einer Passage eine homogene Suspension mit der gewünschten Feststoffkonzentration erhält. Abhängig von den Produkteigenschaften, sind mit dem MHD-Modul durchaus Dispersionen mit Viskositäten von bis zu 50 000 mPas beziehungsweise mit sehr hohen Feststoffanteilen erreichbar.

Der Einsatz des magic LAB als Kolloid- oder Konusmühle ermöglicht schließlich sowohl die Nass- beziehungsweise Feinstvermahlung von harten und körnigen Rohstoffen als auch die Herstellung feinster Emulsionen. Kernstück der beiden Module MK und MKO sind zwei Konen, die ohne Umbaumaßnahmen an der Maschine gegeneinander verschoben werden können. Hierdurch kann der Mahlspalt und damit die Friktion stufenlos reguliert werden.

Die Labormaschine ist standardmäßig mit einem PT100-Thermoelement sowie einem Bedien- und Infocenter ausgestattet. Dort können viele Betriebsdaten wie Drehzahl, Drehmoment und Temperatur einfach abgerufen und relevante Soll-Werte sowie ein Timer können bedienerfreundlich eingestellt werden. Der magic LAB wird in einem fahrbaren Koffer mit den Abmessungen 300x460x400 mm ausgeliefert. In diesem Koffer befinden sich neben der Stromversorgung auch Schubfächern mit vorgeformten Einsätzen, in die die Arbeitsmodule übersichtlich eingeordnet werden können.

Sowohl als ein- bzw. mehrstufige Inline-Dispergiermaschine, wie auch als Konus- bzw. Kolloidmühle kann der magic LAB für den Rezirkulationsbetrieb zu einer kompletten Micro-Plant ausgebaut werden. Die Micro-Plant ist einsetzbar zur Entwicklung von Rezepturen und Prozessabläufen, sowie zur Ermittlung des geeigneten Werkzeugs. Des Weiteren können diverse Prozessparameter wie beispielsweise Drehzahl, Scherfrequenz, Temperatur, Druck und Zeit optimiert werden. Die Micro-Plant ist auch mit einem temperierbaren Doppelmantelbehälter oder mit einem Druckbehälter erhältlich. Im Dauerbetrieb sind Produkttemperaturen bis 80 °C sowie ein Arbeitsdruck von maximal 2,5 bar zugelassen. Bei kurzzeitigen Anwendungen kann die Temperatur bis auf 120 °C erhöht werden. Mit einer Motorleistung von 900 W ist eine maximale Drehzahl von 26 000 min-1 und ein Durchsatz von maximal 120 l/h möglich.

cav 467

ILMAC 2007

magic LAB bietet alle Techniken zum Mischen und Zerkleinern