staubförmige oder fein pulvrige Stoffe sind in vielen Awendungen weder als Zwischen- noch als Endprodukt beliebt, da sie nicht nur zum Stauben, sondern auch zum Anhaften und Entmischen neigen. Als verfahrenstechnische Alternative bietet sich deshalb das Agglomerieren an, also das Zusammenfügen disperser Stoffsysteme zu Agglomeraten. Diese zeigen – gegenüber den
dispersen Ausgangsstoffen – nahezu die gleichen spezifischen Oberflächen. Gleichzeitig bieten sie jedoch den Vorteil deutlich verbesserter Produkteigenschaften. Dazu zählen bessere Rieselfähigkeit, vereinfachte Dosierbarkeit, optimierte Transportierbarkeit sowie Staubfreiheit bei der Handhabung. Auch in Hinblick auf Ökologie und Anwendersicherheit ist die agglomerierte Produktform den ursprünglichen Feststoffpartikeln überlegen: Weil weniger Staub entsteht, lässt sich die Einhaltung der MAK-Werte (Maximale Arbeitsplatz-Konzentration) im Produktionsumfeld leichter zuverlässig gewährleisten.
Abgrenzung des Begriffs
Entsprechend breit gefächert sind die Einsatzmöglichkeiten des Verfahrens. Dennoch – oder gerade deshalb – gibt es immer wieder terminologische Unsicherheiten rund um die verfahrenstechnische Grundoperation Agglomerieren. Insbesondere wird sie häufig mit dem umfassenderen Begriff Granulieren verwechselt. Dieser bezieht sich jedoch nur auf die Form des Endproduktes (granum, lat. Korn). Mit welchen verfahrenstechnischen Prozessen das Granulat erzeugt wurde, beschreibt er dagegen nicht.
Beim Agglomerieren geht es hingegen immer um einen Prozess, in dem disperse Stoffe zu größeren Stoffgebilden (Agglomeraten) zusammengefügt werden. Die Voraussetzung dafür sind Bindemechanismen zwischen den Partikeln. Man unterscheidet direkte Haftmechanismen ohne Haftbrücken (Van-der-Waals- und elektrostatische Kräfte) und indirekte Haftmechanismen mit Materialbrücken (viskose und härtende Bindemittel, Flüssigkeitsbrücken, Kristallbrücken u. a.). Generell können diese Bindemechanismen auf drei verschiedenen Wegen erzeugt werden: durch Zuführung von Wärme (Anschmelzgranulation), durch Pressdruck (Pressgranulation) oder eben durch Aufbaugranulation.
Kennzeichen der Aufbaugranulation
Bei der Aufbaugranulation wird durch gegenseitige Wechselbeanspruchung von Partikeln, Agglomerationskeimen und Agglomeraten das Wechselspiel von Haft- und Trennkräften (Mechanismen, die einem Zusammenhalt von Partikeln entgegenwirken) genutzt. Dabei wird das Selektionsprinzip wirksam. Das bedeutet: Die schwachen Bindungen werden wieder zerstört, nur die stärkeren können bestehen.
Die erreichbaren Festigkeiten sind deshalb von der Stärke der Bindekräfte, der Höhe der Trennkräfte und deren Zeiteinwirkung abhängig. Die vorhandene Menge an flüssigem Bindemittel produziert die Brücken zwischen den Partikeln. Durch Erhöhung der Flüssigkeitsmenge im Porenraum zwischen den Partikeln können verschiedene Stadien der Sättigung durchlaufen werden, die zu unterschiedlichen Bindungsstärken führen. In jedem Fall ist die Festigkeit der Agglomerate die wesentliche Voraussetzung dafür, dass die eingangs genannten Produkteigenschaften auf Dauer – z. B. auch bei längerer Lagerung – erhalten bleiben.
Geeignete Mischsysteme
Der Erfolg einer Agglomeration in einem Mischer hängt von drei Aspekten ab: von der Gestaltung des Mischsystems, den systembedingten Betriebsparametern und von der Zugabe des flüssigen Bindemittels. Bei Schaufelmischern (im Chargen- und kontinuierlichen Betrieb) und vertikalen Schnellmischern wird das Bindemittel entweder über Lanzen in die hoch turbulenten Zonen von Messerköpfen (Homogenisatoren) oder direkt in den Produktraum eingeleitet. Bei Ringschichtmischern erfolgt die Zugabe des Bindemittels über Düsen in die vom Mischwerk ausgebildete Ringschicht. Nach der Zugabe ist eine bestimmte, vom Ausgangsprodukt und der Zielform bzw. -qualität abhängige Verweilzeit erforderlich. Die Grenze der Agglomeratgröße liegt bei der Aufbauagglomeration in Mischern bei rund 3000 µm, die Größenverteilung liegt im
Bereich 1:5 bei d80.
Lödige Process Technology entwickelt anwendungsspezifische Lösungen für verschiedenste Agglomerate höchster Produktgüte. Dazu zählen Pflugscharmischer für den Chargenbetrieb sowie für die kontinuierliche Produktion mit dem vom Unternehmen selbst in die Mischtechnik eingeführten Schleuder- und Wirbelverfahren: In einer horizontalen, zylindrischen Trommel rotieren wandnah Pflugscharschaufeln, die in ihrer Grundform bereits 1949 patentiert wurden.
Eine weitere geeignete Lösung für die Aufbauagglomeration ist der hochtourige, kontinuierlich arbeitende Ringschichtmischer Corimix. Die hohe Umfangsgeschwindigkeit der Mischwerkzeuge beschleunigt beim Corimix die zugeführten Produktkomponenten zentrifugal. Das Ergebnis ist die Ausbildung einer konzentrischen Ringschicht. Diese Schicht bewegt sich – bei gleichbleibendem Energieeintrag – pfropfenartig mit einem sehr engen Verweilzeitspektrum durch den Mischraum. Aufgrund der großen Differenzgeschwindigkeit entwickelt sich dadurch innerhalb der Ringschicht eine
besonders starke Mischintensität. Damit lässt sich die Verweildauer verkürzen. Produktabhängig können bis zu 175 kg/dm³ in der Stunde verarbeitet werden. Trotz seiner
konsequent kompakten Bauweise ist der
Mischer auf hohe bis sehr hohe spezifische Durchsatzleistungen ausgelegt. Damit erfüllt die für Nutzvolumina von 5 bis 3000 l verfügbare Maschine höchste Ansprüche an Wirtschaftlichkeit und Verfügbarkeit.
Als leistungsfähiger Agglomerator lässt sich auch der Universalmischer vom Typ KUM sowie der Mischgranulator Typ MGT einsetzen, ein vertikales Mischsystem mit niedrigem Energieeintrag und geringer Temperaturerhöhung bei hoher Mischleistung. Die in verschiedenen Größen lieferbare Maschine zeichnet sich durch einen vertikal angeordneten zylindrischen Mischbehälter aus, der chargenweise befüllt und entleert wird. Darin rotiert randgängig und in geringem Abstand zum Behälterboden ein dreiflügeliges Mischwerkzeug.
Form und Umfangsgeschwindigkeit sind so aufeinander abgestimmt, dass das Mischgut in einen trombenförmigen Umlauf gebracht und damit in horizontalen und vertikalen Ebenen beschleunigt wird. Oberhalb des Mischwerkzeuges – und damit innerhalb der ausgebildeten Produkttrombe – ist ein schnell rotierender Messerkopf platziert, in dessen hoch turbulentem Wirkungsbereich die Agglomeratbildung erfolgt.
Gebr. Lödige Maschinenbau GmbH, Paderborn
Autor: Reiner Lemperle
Leitung Marketing und
Vertrieb,
Gebr. Lödige Maschinenbau
