Das Fördern und Einmischen von Feststoffen in emaillierte Rührbehälter birgt einige Herausforderungen. Einen reibungslosen Rohstofftransport ermöglicht ein leistungsstarkes Zweigespann, der pneumatische Förderer ProClean Conveyor und der C-Stromstörer.
Clemens Schmitt und Michael Theilig
Beim Fördern und Einrühren von Feststoffen in Flüssigkeitsvorlagen treten in der Praxis besonders folgende Probleme auf:
- Hygroskopische oder staubexplosionsgefährdende Pulver oder Granulate
- Bildung von schwer zu lösenden Agglomeraten, wenn Feststoff beim Einrühren in den Behälter aufschwimmt
- Staubbildung beim Eintrag durch einen Behälterstutzen – dieser Staub kann sich an den feuchten, aber nicht umspülten Behälterwänden ablagern und von Zeit zu Zeit in die Flüssigkeit fallen
Für sich allein betrachtet sind sowohl der C-Stromstörer von Pfaudler wie auch der ProClean Conveyor von Hecht Spezialisten auf ihrem Gebiet: der C-Stromstörer beim Einmischen und der ProClean Conveyor beim Fördern. Verbindet man jedoch beide Systeme, kann man wertvolle Synergieeffekte nutzen.
Fördern durch Unterdruck
Der ProClean Conveyor (PCC) ist ein pneumatisches Fördersystem, das mit vielen unterschiedlichen Herausforderungen des Schüttguttransports zurecht kommt. Die Funktionsweise des PCC ist – analog zu anderen Vakuumförderern – vom Prinzip her die eines Staubsaugers. Mit Hilfe einer Vakuumpumpe wird ein Unterdruck erzeugt und somit das Produkt aus einem festen oder flexiblen Schüttgutbehälter angesaugt. Das System ist komplett geschlossen, sodass auch unter Ausschluss von Sauerstoff (inert) gefördert werden kann.
Durch die Produkteintrittsklappe gelangt das Produkt-Gas-Gemisch in den Abscheidebehälter. Die feinen Staubpartikel werden am Ringfilter abgeschieden. Ist der Abscheidebehälter des PCC gefüllt, erfolgt der Produktaustrag und die Abreinigung des Filters. Zur Entleerung kann die Produktaustrittsklappe des PCCs mit dem Stutzen des C-Stromstörers verbunden werden, um das Produkt in einen emaillierten Rührbehälter einzumischen.
Das Besondere am ProClean Conveyor ist sein spezieller Filterkopf. Dieser ist frei von Anschlüssen und beinhaltet das Ringfiltersystem. Der Ringfilter besitzt eine große Oberfläche und hat nur einen geringeren Widerstand, um eine hohe Förderleistung zu erreichen. Darüber hinaus ist er in verschiedenen Ausführungen und Materialien erhältlich und auch zu einem Doppelfiltersystem ausbaubar. Dabei werden prinzipiell zwei Ringfilter übereinander gesetzt. Während über einen der beiden Produkt angesaugt wird, kann der andere abgereinigt werden. Durch den Doppelfilter wird das Abreinigungsgas direkt abgesaugt und nicht in den nachgelagerten Behälter gedrückt. Folglich ist dort die Staubentwicklung geringer und es wird keine zusätzliche Entstaubungseinrichtung benötigt.
Je nach Anwendung kann eine Flugförderung bis hin zu einer produktschonenden Pfropfenförderung erzielt werden. Gerade Letztere verhindert schon im Vorfeld, dass das Produkt entmischt oder dessen Struktur zerstört wird.
Ein weiteres besonderes Merkmal des ProClean Conveyors ist der Gehäusedeckel. Wie bereits erwähnt, ist dieser frei von Anschlüssen. Vakuum- und Drucklufteinheit sind seitlich am Gehäuse angebracht und müssen deswegen beim Filterwechsel oder der Inspektion der Produktkammer nicht demontiert werden. Mit einem optionalen Schauglas im Gehäusedeckel kann der Produktfluss beobachtet und eine Feinjustierung der Förderzyklen vorgenommen werden. Darüber hinaus kann man sich bei der Reinigung von der Sauberkeit des Abscheidebehälters überzeugen, ohne diesen öffnen zu müssen. Ein dritter großer Vorteil ist, dass dem Gerät über einen integrierten Stutzen und ein Liner-Anschluss-System (Mini-LAS) zusätzlich Kleinmengen von oben kontaminationsfrei zugeführt werden können. Wasch- und Reinigungsprozeduren funktionieren mittels CIP- (cleaning in place) oder WIP- (washing in place) Einheit zuverlässig und selbstständig. Ist der PCC mit dem C-Stromstörer verbunden, lässt sich hierbei ein positiver Nebeneffekt erzielen: Die austretende Reinigungsflüssigkeit säubert diesen gleich mit.
Einsatz des C-Stromstörers
Der Eintrag von Feststoffen in Flüssigkeiten erfolgt über den Stutzen des C-Stromstörers. Der Stutzen kann mit dem Pro-Clean Conveyor verbunden werden. Das Produkt gelangt dann in einen Rührbehälter. Der C-Stromstörer und das durch ihn induzierte Strömungsfeld im Reaktor sind besonders geeignet, um eingebrachte Feststoffe schnell und effektiv in die Flüssigkeit einzuziehen. Dies wurde in Versuchen bestätigt. An der Flüssigkeitsoberfläche unmittelbar vor dem C-Stromstörer bildet sich aufgrund der Verzögerung der Tangentialströmung eine sogenannte Bugwelle aus, in der die Flüssigkeit stark verzögert wird. In der konkaven Kontur des C-Stromstörers entwickelt sich eine spiralförmig nach unten gerichtete Strömung, die Feststoffpartikel unter die Flüssigkeitsoberfläche transportiert. Am unteren Ende des C-Stromstörers werden die eingezogenen Partikel von der ausgeprägten Tangentialströmung im Rührbehälter erfasst und mitgerissen. Die entstehende Scherung und die konkave Kontur des Stromstörers zerteilen etwa vorhandene Agglomerate. Unmittelbar hinter dem Stromstörer bildet sich eine strömungsberuhigte Zone aus, in der Partikel in langen Spiralen in Richtung der Flüssigkeitsoberfläche gefördert werden. Nahe der Oberfläche werden die Partikel von der dort herrschenden ausgeprägten Oberflächenströmung mitgerissen und im Behältervolumen verteilt.
Feststoffe problemlos fördern
Die einzuleitenden Feststoffe sollten auf ihrem Weg durch den Gasraum des Behälters bis nahe an die Flüssigkeitsoberfläche geführt werden, d. h. entweder in einem Einleitrohr oder mit Hilfe eines in Richtung der Flüssigkeitsoberfläche gerichteten Gasstromes. Vorteilhaft hat sich dabei das Führen der Feststoffe über die konkave Fläche eines C-Stromstörers erwiesen. Das Einziehen der Feststoffe in die Flüssigkeitsoberfläche wird unterstützt, wenn die Strömung im Behälter im Bereich des Einleitpunktes vorwiegend nach unten gerichtet ist. Dies wird durch die spiralförmige Abwärtsströmung vor dem C-Stromstörer unterstützt.
Um Agglomerate schnellstmöglich aufzubrechen, sodass alle Partikel in der Flüssigkeit suspendiert und ggf. gelöst werden können, müssen ausreichende Scherkräfte auf sie einwirken. Nach dem unmittelbaren Wirkungsbereich des Rührers ist das Flüssigkeitsvolumen um den Stromstörer der Bereich mit der zweitstärksten Scherwirkung. Wenn Partikel aus der abwärts gerichteten Strömung im Inneren des C-Stromstörers nach innen oder außen austreten, erfahren sie eine starke lokale Beschleunigung und damit Scherung, die Agglomerate mit hoher Wahrscheinlichkeit zerkleinert. Partikel, die durch die spiralförmig rotierende Abwärtsströmung bis zum Ende des Stromstörers geführt werden, werden dort ebenfalls von der Tangentialströmung erfasst und zerschlagen. Da das Ende des Stromstörers im unmittelbaren Wirkungsbereich des Rührers liegt, ist dort die Scherwirkung umso ausgeprägter.
Eine weitere Optimierung ergibt sich, wenn das einzutragende Medium über ein kurzes Tauchrohr eingeleitet wird, das in den C-Stromstörerstutzen eingebaut ist und kurz unter die Flüssigkeitsoberfläche des Behälters ragt. Beide Verfahren sind der einfachen Zugabe von Medien direkt auf die Flüssigkeitsoberfläche weit überlegen.
Gelungene Kombination
Die sich vor dem Stromstörer bildende Abwärtsströmung bewirkt ein effektives Einziehen des zugegebenen Mediums in die Flüssigkeitsvorlage. Der C-Stromstörer kann somit die Mischzeiten reduzieren und das Einmischen von Feststoffen deutlich verbessern. Chemische Prozesse können beschleunigt und Qualität und Ausbeute in vielen Fällen verbessert werden.
Unterstützt wird der C-Stromstörer vom ProClean Conveyor. Der Stutzen des C-Stromstörers eignet sich ideal, den C-Stromstörer mit dem PCC zu verbinden, um so Feststoffe in Rührbehälter einzuleiten. Der PCC überzeugt vor allem durch seine Förderleistung, seine Flexibilität in den Einsatzmöglichkeiten sowie seine sichere Bedienung.
Online-Info www.dei.de/1210422
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