Mischen und Dispergieren mit System

Claus-Wilhelm Häbel

Das Resultat eines mit einfachen, konventionellen Rührelementen ausgestatteten Mischbehälters ist in den meisten Fällen die Ausbildung einer Trombe, die teilweise bis zum Boden herab reicht. Dadurch wird Luft ins Produkt eingetragen, die zur Schaumbildung führen kann. Weiterhin sorgt die Beschleunigung der Flüssigkeit nach außen dafür, dass diese an der Behälterinnenwand noch oben ansteigt. Ein weiterer Nachteil dieser einfachen Rührwerke ist die Tatsache, dass in der Mitte der Rührerachse die Umfangsgeschwindigkeit nahe Null ist. Von vollständiger Suspension oder homogener Mischung kann in diesem Fall nicht die Rede sein.

Beim Leitstrahlmischer dagegen, wird der von einem Propeller erzeugte Flüssigkeitsstrom so umgelenkt, dass er in der Mitte der Welle das Geschwindigkeitsmaximum erreicht. Der ystral-Mischer erzeugt einen beschleunigten Flüssigkeitsstrahl, der durch Reibungseffekte am Rande der Kernströmung zusätzlich zu einer Mikrovermischung führt. Der Flüssigkeitsstrom, der am Behälterboden auftrifft, wird dort umgelenkt und strömt nach oben, so dass eine vertikale Umwälzung erreicht wird.

Das Ziel einer Dispergierung ist die Zerkleinerung einer dispersen Phase in einer kontinuierlichen Phase. Die Partikelgrößenbereiche, in denen sich dieser Verfahrensschritt abspielt, liegen meist unterhalb von 1 mm. Für diesen Prozessschritt eignen sich Rotor-Stator-Dispergiermaschinen, die ein großes Spektrum von Dispergier- und Emulgierprozessen abdecken. Im Gegensatz zu anderen Verfahren (Ultraschall, Düsen, oder Hochdruckhomogenisatoren) sind sie in vielen Fällen selbstfördernd, problemlos in CIP-Reinigungen einbindbar und haben zudem einen geringen Platzbedarf. Die Dispergiermaschinen gibt es als Batch- oder als Inline (Conti)- Maschinen. Der Chargendispergierer arbeitet nach dem Rotor-Stator-Prinzip mit hoher Schergeschwindigkeit. Durch die Zentrifugalkraft im Rotor wird eine Umwälzung im Behälter erzeugt. Durch Prall- und hochfrequente Druck-Entspannungsvorgänge wird während dem Durchströmen des Rotor-Stator-Bereichs eine starke Dispergierwirkung im Produkt erreicht. Das Produkt passiert mehrmals den Rotor-Stator-Bereich. Dadurch ergeben sich entsprechend feine Suspensionen, Nassmahlungen oder Emulsionen. Die Chargendispergiermaschine wird wie ein schnell laufender Mischer in den Behälter eingebaut. Die Einsatzgrenze der Dispergierer ist erreicht, wenn sich das Produkt im Behälter wegen zu großem Volumen oder zu hoher Viskosität nicht mehr vollständig umwälzen lässt. Viskositäten über 5000 mPas können in der Regel nicht mehr wirtschaftlich bearbeitet werden. In diesem Fall muss dann eine Inline-Dispergiermaschine eingesetzt werden. Einsatzbeispiele des Chargendispergierers sind das schnelle Lösen von Prills oder pelletförmigen Feststoffen in Flüssigkeiten, das Zerkleinern und Aufbereiten von Naturstoffen für eine nachfolgende Extraktion oder das Emulgieren von nieder- bis mittelviskosen Cremes, Pasten oder Saucen.

Besonders dann, wenn zu Klumpen- oder zur Gelbildung neigende Pulver in Flüssigkeiten eingebracht werden sollen, reicht ein Mischorgan allein nicht aus, um ein Produkt in der gewünschten homogenen Qualität herzustellen. Sind die Turbulenzwirbel des Mischwerkzeuges größer als die Agglomerate, schwimmen diese mit den Turbulenzwirbeln mit, werden aber nicht desagglomeriert. Für diese Anwendungen eignet sich der ystral-Dispermix. Er bewirkt auch bei hochviskosen Produkten eine intensive Durchmischung des Behälterinhalts im Mikro- und Makrobereich und dispergiert im gleichen Arbeitsgang das Produkt vollständig. Die Durchmischung erfolgt ohne Lufteintrag. Agglomerate werden beim Mischen zerkleinert. Pulver lassen sich bis auf die Ausgangspartikelgröße reduzieren und benetzen. Das Mischorgan des Dispermix hat starke Ähnlichkeit mit dem Kopf eines Leitstrahlmischers, die Effekte für die Dispergierung werden durch Elemente ähnlich der der Chargen-Scherkranzdispergiermaschinen erzeugt.