Sauerstoff hat in der Umgebungsluft einen Anteil von ungefähr 21 %. Viele ungewollte Reaktionen finden nur dann statt, wenn Sauerstoff anwesend ist. Oxidationsgefährdete Schüttgüter, insbesondere Gewürze und hochwertige Instant- und Babynahrung bleiben viel länger haltbar, wenn der oxidierende Luftsauerstoff eliminiert wird. Man kann die Mischgüter im Mischer vakuumieren und anschließend mit einem Inertgas auf den Umgebungsdruck spannen, bevor die Verpackung oder die Abfüllung stattfindet.
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In der Praxis kommt oft eine Mischung aus Stickstoff und Kohlendioxid zum Einsatz. Der Sauerstoff kann wirkungsvoll aus dem Mischraum verbannt werden, indem die Umgebungsluft evakuiert wird. Das geschieht, wenn der Mischraum mit einem Inertgas mehrfach durchspült wird. Anstelle des Spülens kann der Mischraum auch vakuumiert und anschließend mit einem Inertgas befüllt werden.
Wahl des geeigneten Inertgases
Das auszuwählende Inertgas soll Oxidation und ungewollte Reaktionen unterdrücken. Normalerweise können alle Edelgase wie Xenon, Neon, Helium, Argon oder Krypton als reaktionsträge Inertgase verwendet werden. Der kostengünstigere Stickstoff ist ebenfalls ein Inertgas, wenn die Prozesstemperatur unter 180 °C bleibt. Auch Kohlendioxid wird in der Praxis eingesetzt.
Die Schutzgaszusammensetzung ist bedeutsam, wenn die Fertiggüter in andere Klimazonen gelangen. Das Inertgas in einer gasdichten Verpackung sollte möglichst ähnliche Wärmedehnungskoeffizienten aufweisen wie die Umgebungsluft.
Stickstoff kann gasförmig in Druckgasflaschen oder tiefkalt als Flüssigstickstoff zur Anwendung gelangen. Kohlendioxid wird in Druckgasflaschen oder in Form von Trockeneispellets bevorratet. Kohlendioxid-Trockeneis sublimiert bei -78 °C und lässt sich in isolierten Thermoboxen lagern. Flüssigstickstoff wird bei -196 °C in Isolations- oder Drucktanks aufbewahrt. Beide Substanzen sublimieren bzw. verdampfen unter atmosphärischen Bedingungen. Auch in den Transportgebinden sind sie nur begrenzt lagerfähig.
Kryogene Kühlung von Schüttgütern
Mit tiefkalten Medien kann man Schüttgüter sehr schnell kühlen. Schnell wechselnde Aggregatzustände lösen große Enthalpiesprünge aus. Diese Art des Kühlens bezeichnet man als kryogene Kühlung. Kommt Kohlendioxid-Trockeneis oder Flüssigstickstoff im Pulvermischprozess zum Einsatz, entstehen spontan große Gasmengen. Diese Volumenvergrößerung kann ein Problem darstellen. Die Gasmengen müssen ungehindert abfließen. Größere Mengen des Gases dürfen nicht in den Produktionsraum gelangen. Möglicherweise ist das im Mischer entstehende Gas mit Staub kontaminiert und bedarf einer Filtration, bevor es nach außen abgeführt werden kann. In diesem Fall besteht die Gefahr der Taupunktunterschreitung an den Filtermedien. Das kann zur Kondensation und zu entsprechenden Schäden führen.
Gefahren beim Einsatz von Inertgasen
Beim Umgang mit Inertgasen ist Vorsicht geboten. Sie sind geruch- und farblos. Daher lassen sich die Anzeichen einer Erstickungsgefahr nicht selbst erkennen. In jedem Fall sollte eine gute Durchlüftung des Versuchsraumes stattfinden und der Sauerstoffgehalt an mehreren Stellen kontinuierlich gemessen werden. Die Sauerstoffmessung muss insbesondere immer dann erfolgen, wenn die Inspektionstür oder der Stutzen einer zuvor inertisierten Anlage geöffnet wird. Die Gefahr ist nicht zu unterschätzen. Es ist notwendig, die Mitarbeiter regelmäßig und ausführlich zu schulen.
Vakuum-Mischtrockner für Testzwecke
Amixon verfügt im neu errichteten Technikum II über drei Vakuum-Mischtrockner/ Synthesereaktoren. Mit diesen Anlagen können Unternehmen Fragen der Inertisierung wie die Wahl des geeigneten Gases, die Kühlung der Umgebung oder den Umgang mit Risiken testen. Im Technikum bietet Amixon die Möglichkeit der Pilotierung mit den Originalgütern des Anwenders. Die Testapparate verfügen über gasdichte Wellendichtungen und Verschlussarmaturen. Sie erlauben, Überdruck bis 25 bar oder Vakuum bis kleiner 10 mbar absolut anzulegen. Dabei sind Temperaturen von –70 bis +350 °C bei variierenden Drücken möglich.
Die Apparate sind für explosive, abrasive, korrosive und chemisch aggressive Güter geeignet sowie totraumfrei und hygienisch konstruiert. Da sie teilweise über eine keramische Beschichtung verfügen, lässt sich das Mischgut optimal schützen.
Die Testapparate bieten folgende weitere Vorteile:
- hohe Effizienz beim Mischen; der Mischprozess kann entweder besonders schonend oder aggressiv-desagglomerierend stattfinden
- hohe Effizienz bei der Vakuum-Kontakttrocknung
- Die Güter dürfen hohe Schüttdichten aufweisen und während der Reaktion oder Trocknung zähplastische Konsistenzen annehmen
Im Amixon-Technikum sind die Apparate aus folgenden Werkstoffen verfügbar: Alloy 59 (Nickel-Chrom-Molybdän-Legierung), 1.4462-Edelstahl oder 1.4404-Edelstahl.
Amixon GmbH, Paderborn
Halle 4A, Stand 326
Autor: Matthias Böning
Geschäftsführer Vertrieb und Verfahrenstechnik,
Amixon
