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Mischverfahren: Die richtige Wahl treffen

Vergleich horizontaler und vertikaler Mischsysteme
Mischverfahren: Die richtige Wahl treffen

Im Bereich der Misch- und Trocknungstechnik stellt sich bei Investitionsvorhaben häufig die Frage, ob mit horizontalen oder mit vertikalen Mischverfahren gearbeitet werden soll. Neben der Kostenanalyse spielen dabei natürlich auch Aspekte wie schonende Aufbereitung, Reinigbarkeit sowie Entleerprozesse eine wesentliche Rolle. Im Folgenden werden die Vorteile beider Systeme aufgezeigt.

Dipl.-Ing. Heiko Greiner

Der Horizontalmischer der Baureihe HTC von AVA-Huep besteht aus einem liegenden zylindrischen Behälter, der beidseitig mit ebenen Platten verschlossen ist. In dem Mischbehälter befindet sich ein horizontal angeordnetes, beidseitig gelagertes rotierendes Mischwerk, bestehend aus einer Reihe wandnaher Mischelemente, die über Arme mit einer Welle verbunden sind (Abb. 1). Die seitlich angeordneten Kopfstücke bilden nicht nur den Abschluss des Produktraumes zur Umgebung, sondern dienen zugleich der Abstützung des Mischbehälters und der Aufnahme der Wellenabdichtung und Wellenlagerung. Der Antrieb des Mischwerkes erfolgt über einen Getriebemotor, der zumeist über eine Wellenausgleichskupplung getrennt, auf einer separaten Konsole angeordnet ist und nur bei kleineren Apparaten direkt auf der Welle gelagert wird.
Kurze Mischzeiten
Die zu mischenden Komponenten werden in den HTC von oben über entsprechend dimensionierte Stutzen zugegeben, während der Produktaustrag nach Beendigung des Mischvorganges von unten, über ein mittig angeordnetes Entleerorgan erfolgt. Das Entleerorgan ist meist als Totraum freie Klappe ausgeführt. Zum Einsatz kommen auch Schieber oder Kugelsegmentventile. In Abhängigkeit von der Mischergröße, der Fließfähigkeit und der Korngröße des Produktes werden Restentleergrade von 95 bis 99% erreicht. Die Dauer des Entleervorganges beträgt in der Regel 0,5 bis 3 min. Der horizontale Chargenmischer zeichnet sich durch extrem kurze Mischzeiten und eine hohe Mischgüte bei mittlerem bis hohem Energieeintrag aus. Die Mischwirkung ist im Wesentlichen auf einen gerichteten Zwangstransport des Produktes innerhalb des Mischbehälters zurückzuführen, der durch speziell angeordnete Mischelemente gewährleistet wird. Der Zwangstransport, der eine hervorragende Quervermischung über die gesamte Trommellänge bewirkt, wird von einer lokalen Vermischung im Bereich jedes Mischelementes überlagert.
Die Mischer der Baureihe HTC sind je nach Anwendung und Maschinengröße für Mischzeiten von 30 bis 180 s ausgelegt. Zum Aufschließen von Granulaten und härteren Feststoffverbänden kommen schnell rotierende Messer zum Einsatz. Für den Anwender kann der Einsatz von Zerhackern von entscheidender Bedeutung sein, wenn es beispielsweise darum geht, geringe Flüssigkeitsmengen ( 3%) klumpenfrei und homogen in ein trockenes Pulver einzumischen.
Trocknen im Mischer
Für Anwendungen in der Trocknungstechnik wird der Mischer mit einem Doppelmantel ausgestattet, der je nach Kundenwunsch für Thermalöl, Heißwasser oder Dampf einsetzbar ist. Über den beheizten Doppelmantel wird nach dem Prinzip der Kontakttrocknung Energie in das Produkt eingebracht. Beim Trocknen im Mischer wird zum einen ein intensiver Kontakt zwischen Produkt und beheizter Wand hergestellt. Zum anderen führt der Mischvorgang zu einer einheitlichen Temperatur im gesamten Produktraum. Das Produkt wird stets auf Siedetemperatur erhitzt, so dass die Flüssigkeit verdampfen kann. Über die Steuerung des Druckes im Mischer ist es möglich, die Produkttemperatur entsprechend der Dampfdruckkurve der zu verdampfenden Flüssigkeitskomponente gezielt einzustellen. In der Regel werden Trocknungsprozesse durch Anlegen von Vakuum durchgeführt. Im Vergleich zu konvektiven Trocknungsverfahren fallen keine zusätzlichen Abluftströme an. Es wird lediglich die zu verdampfende Flüssigkeitsmenge behandelt. Dies erfolgt in der Regel mit Hilfe eines Brüdenfilters, der zur einfachen Produktrückführung direkt auf dem Mischer angeordnet ist sowie einem Kondensator mit Kondensatsammelbehälter und einer Vakuumpumpe. Werden hohe Verdampfungsleistungen gefordert, so wird die Mischerwelle zusätzlich beheizt. Mit den Mischtrocknern der Baureihe HTC sind für wasserfeuchte Schüttgüter bereits Verdampfungsleistungen bis zu 2,5 t/h realisiert worden.
Hohe Durchsatzleistung
Die Stärken des horizontalen Mischers HTC zeigen sich insbesondere, wenn große Durchsatzleistungen bei hoher Mischgüte gefordert sind, oder bei schwierigen Mischaufgaben wie das homogene Verteilen von geringsten Flüssigkeitsmengen in einem trockenen Feststoff. In der Ausführung als Mischtrockner werden infolge der intensiven, teils turbulenten Durchmischung sehr hohe Verdampfungsleistungen erreicht. Ein weiterer Vorteil ist, dass dieses System auch sehr gut für kontinuierliche Misch- und Trocknungsaufgaben einsetzbar ist. In der Ausführung als kontinuierlicher Apparat wird das Produkt auf einer Seite zugegeben und auf der anderen Seite stirnseitig ausgetragen. Dies erfolgt mit einem höhenverstellbaren Wehr, mit dem sich das Misch- oder das Trocknungsergebnis über die mittlere Verweilzeit im Produktraum direkt einstellen lässt.
Gute Reinigbarkeit
Die vertikalen Chargenmischer der Baureihe HVW bestehen aus einem konischen Behälter mit einem sich anschließenden kurzen, zylindrischen Behälterteil (Abb. 2). Nach oben hin ist der Mischer je nach Einsatzfall mit einem Klöpperboden, oder mit einem flachen Deckel verschlossen. Das Mischwerk besteht aus einer randgängigen konischen Mischwendel, die über Stege mit einer zentrisch angeordneten Welle verschweißt ist. Große Radien an den Schweißnähten und runde Stege ermöglichen eine gute Reinigbarkeit. Das Mischwerk ist über den Deckel fliegend gelagert, da bei diesem System bewusst auf produktberührte Wellenabdichtungen verzichtet wurde. Je nach Anwendungsfall ist die Mischwendel einfach- oder doppelgängig ausgeführt, wobei das doppelgängige Mischwerk eine größere selbstzentrierende Wirkung besitzt und so auch für schwierigere Produkte einsetzbar ist. Mittig auf dem Mischerdeckel befindet sich eine Antriebskonsole mit integrierter Lagerung und Wellenabdichtung sowie aufgebautem Getriebemotor. Ebenfalls auf dem Deckel sind Produktzugabestutzen und je nach Anwendungsfall Stutzen für Reinigungsdüsen, Messgeräte, und Brüdenfilter angebracht. Über eine große Entleeröffnung an der untersten Stelle des Behälters wird das Produkt nach Beendigung des Misch- oder Trocknungsprozesses ausgetragen. Die konische Behälterform ermöglicht eine weitgehende Restentleerung. Der vertikale Mischer hat sich insbesondere für Einsatzfälle mit mechanisch empfindlichen Gütern bewährt, da die Mischgutbewegung sehr schonend und ohne schlagende Beanspruchung erfolgt.
Schonender Mischprozess
Die Mischwirkung beruht im Wesentlichen auf gegenläufigen Mischgutbewegungen innerhalb des Behälters. Die außenliegende Mischwendel transportiert das Produkt im Bereich der Wand empor, während es im Behälterinneren wieder nach unten sinkt. Auf diese Weise nimmt das gesamte Produkt am Mischvorgang teil und es werden nach kurzer Zeit reproduzierbare Mischungen von hoher Mischgüte erreicht. Zur Auslegung der Maschinengröße werden je nach Produkt Mischzeiten von 2 bis 4 Minuten zugrunde gelegt. Der Einsatz als Trockner nach dem Prinzip der Kontakttrocknung erfordert lediglich die Beheizung des Behälters über einen Doppelmantel. Für Anwendungen, bei denen hohe Verdampfungsleistungen gefordert sind, wird zusätzlich das Mischwerk beheizt (Abb. 3). Gegenüber zylindrischen Apparaten besitzt der Konustrockner HVT ein deutlich größeres Oberfläche-Volumen-Verhältnis, das einen sehr hohen Energieeintrag in das Produkt ermöglicht. Außerdem sorgt das randgängige Mischwerk für einen intensiven Kontakt des Produktes mit der beheizten Wand und fördert somit den Wärmeübergang. Die Stärken des Konusmischers liegen insbesondere in der schonenden Produktbehandlung sowie der guten Reinigbarkeit des Apparates, bei dessen Entwicklung die GMP-Richtlinien konsequent umgesetzt wurden. Gleichzeitig stellt der Konustrockner der Baureihe HVT eine interessante Alternative zu herkömmlichen Verdampferbauarten dar, da bei Verwendung von beheizten Mischwerken, die Gesamtwärmeübertragungsfläche um den Faktor zwei bis drei erhöht werden kann. Da es sich hierbei um dynamische Wärmeübertragungsflächen handelt, können bei Einsatz eines beheizten Mischwerkes Verdampfungsleistungen von bis zu 5 t/h erzielt werden.
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