Im Herzen der Strömung

Dipl.-Ing. Alexander Schmidt

Bei der Verarbeitung von festen Produkten zu einer homogenen Mischung finden statische Mischer in verschiedensten Bereichen der Lebensmittelindustrie Einsatz. Mit diesen Apparaten können beispielsweise Bonbons in verschiedenen Geschmacksrichtungen und Farben gemischt werden. Andere Anwendungsgebiete sind die Herstellung von Fertiggerichten und Müslimischungen. Der als Feststoffmischer eingesetzte statische Mischer gewährleistet eine gleich bleibende Mischqualität im freien Fall, wobei keine Energie zugeführt werden muss. Nur in Ausnahmefällen kommen zur Unterstützung Vibratoren zum Einsatz.

Auch das Mischen verschiedenartiger Komponenten mit sehr kleinem pulverförmigen Anteil ist mit statischen Mischern ohne Schwierigkeiten realisierbar. Dabei können sich die Komponenten hinsichtlich Schüttdichte, Korngröße und -form unterscheiden. Darüber hinaus lassen sich mit statischen Mischern auch qualitativ hochwertige Produkte erzeugen, die die einzelnen Komponenten in stark unterschiedlichen Anteilen, beispielsweise im Verhältnis von 1:1000, enthalten. Die Mischer werden vertikal installiert und über ein oder mehrere Dosiersysteme mit den zu mischenden Komponenten beschickt. Der Produktstrom wird von jedem einzelnen Mischelement in zwei Ströme geteilt und in Rotation versetzt.

Durch die wechselweise Anordnung von links- bzw. rechtsgängigen Mischelementen kommt es im statischen Mischer zu einer Rotationsrichtungsumkehr und Stromteilung. Das erste Mischelement erzeugt zwei rotierende Wirbel, welche gleichzeitig radial über den Rohrquerschnitt geführt werden. Beim Auftreffen auf das folgende Mischelement, wird jeder der am ersten Mischelement erzeugten Wirbel in zwei Teilströme zerlegt und gezwungen, die Rotation in entgegengesetzter Richtung wirken zu lassen. Das Ergebnis ist eine intensive und vollständige Mischung der Komponenten. Es entstehen keine radialen Gradienten in bezug auf Temperatur, Geschwindigkeit und Zusammensetzung.

Die geforderte Mischgüte bestimmt den zum Einsatz kommenden Mischertyp und die Anzahl der Mischelemente. Letztere hängt von dem Viskositäts-, Massen- und Volumenverhältnissen der einzelnen Komponenten ab.

Für den Einsatz von statischen Mischern als Wärmetauscher stehen verschiedene Mischerausführungen zur Verfügung, die auch miteinander kombiniert werden können. Bild 1 zeigt einen Wärmetauscher mit zwei verschiedenen Mischelementen. Am Anfang der Wärmetauscherstrecke sorgt der MX-Mischer (1) für eine intensive Vermischung auf kurzer Strecke. Die anschließenden Wendelmischelemente (2) dienen zum Abbau von Temperaturgradienten und zur Steigerung der Wärmeübertragung. Da der Produktstrom rotierend von der Rohrwand wegbewegt und der Strom mehrmals geteilt wird, besteht keine Gefahr des Einfrierens bzw. des Überhitzens an der Rohrwandung. Für welchen Mischertyp bzw. für welche Mischerkombination man sich entscheidet, hängt u. a. von der zur Verfügung stehenden Rohrlänge und vom zulässigen Druckverlust ab.

Die MX-Mischer eignen sich sehr gut für kurze Mischstrecken in denen eine Homogenisierung stattfinden soll. Aufgrund der konstruktiven Merkmale ist der Druckverlust relativ hoch. Die MX-Mischer sind in einer geschweißten Ausführung und in einer gegossenen Version erhältlich. Bei beiden Ausführungen sind hinter den Stegen Toträume vorhanden, die die Reinigung erschweren. Der Anwender sollte darauf achten, dass die Strömungsgeschwindigkeit möglichst gering ist, um den Druckabfall in Grenzen zu halten. Für die Verarbeitung von abrasiven und korrosiven Medien, stehen die MX-Mischer in entsprechenden Werkstoffen zur Verfügung.

Im Vergleich zu den MX-Mischern benötigen Wendelmischer für die gleiche Mischgüte eine längere Strecke. Allerdings ist mit einem geringeren Druckverlust zu rechnen. Außerdem lassen sich diese Mischelemente leicht reinigen, ein Vorteil der besonders bei häufigen Produktwechseln voll zum Tragen kommt. Die Wendelmischer sind für die totraumfreie Gestaltung besonders gut geeignet, da ihre An- und Abströmflächen problemlos auf die konkreten anlagentechnischen und stofflichen Bedingungen vor Ort angepasst werden können. Auf diese Weise lassen sich beispielsweise ein Produktaufbau auf der Anströmfläche bei starken Anpresskräften, Produktablagerung in den Toträumen oder die Bildung von Nestern zuverlässig vermeiden. Darüber hinaus können durch abgerundete An- und Abströmflächen zu große Scherkräfte und damit Produktschädigungen verhindert werden.

Neben der Ausführung der Mischelemente sichern die jeweils um 90° gegeneinander verdreht angeordneten Mischelemente eine totraumfreie Vermischung, die in letzter Konsequenz zu einer gleich bleibenden Mischungsqualität führt. Des Weiteren sorgt der Wendelmischer für den gewünschten Plug-Flow-Effekt (Pfropfenströmung). Letzterer stellt ein ausgeglichenes Verweilzeitspektrum innerhalb des Produktstromes sicher.

Sowohl die MX- als auch die Wendelmischer gibt es in einer herausnehmbaren und in einer spaltfrei mit dem Rohr nickelverlöteten Ausführung. In Verbindung mit der oberflächenvergüteten Rohrinnenwandung (Honen, Polieren), der spaltfreien Nickelverlötung der Mischelemente mit der Rohrinnenwand und mit der optimierten Gestaltung der An- und Abströmflächen können Produktablagerungen praktisch ausgeschlossen werden. Das heißt: Der Reinigungsaufwand ist auf ein Minimum reduziert.

Ein typischer Anwendungsfall ist der Einsatz von statischen Mischern in Wärmetauschern für hochviskose Produkte. Der Einbau von spaltfreien, nickelverlöteten Mischelementen bietet dem Anwender verschiedenste Vorteile: Die sehr guten Wärmeleiteigenschaften von Nickel führen zu einem effektiven Wärmeübergang von der beheizten Rohrwandung zu den Mischelementen. Die Austauschfläche wird dadurch vergrößert, die Mischelemente können auch als Heiz- bzw. Kühlrippen betrachtet werden. Die Wärme wird durch die Mischelemente zur Rohrmitte geführt, so dass eine Produktschädigung beispielsweise durch eine Übertemperierung mit nachfolgender Verkrustung vermieden werden kann. Die Wärmeübertragung mit nickelverlöteten Mischelementen kann um das vier- bis achtfache verbessert werden und im Produktstrom herrscht ein gleichmäßiges Temperaturniveau.

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