Standardmischtechnologie wird weltweit in mehr als 100 unterschiedlichen Branchen eingesetzt. Wenn es allerdings darum geht, mehrere Verfahrensschritte zu kombinieren, sind Hochleistungsmischer wie der Pflugscharmischer mit seinem mechanisch erzeugten Wirbelbett erforderlich.
Das Mischen von Schüttgütern gehört zu den Basisoperationen der mechanischen Verfahrenstechnik. Dementsprechend stehen eine große Anzahl verschiedener Standardmischsysteme zur Verfügung. Komplexe Mischaufgaben lassen sich allerdings durch solche Monoaggregate nicht mehr optimal lösen. Hier sind Hochleistungsmischer gefragt, die nicht nur schwierigste mischtechnische Aufgaben, sondern dabei auch weitergehende, parallel oder in Prozeßstufen ablaufende Verfahrensschritte umsetzen.
Typische, mit dem Mischprozeß kombinierbare Verfahren können das Homogenisieren, Kompaktieren, Agglomerieren und Desagglomerieren sein. Auch das Granulieren als Misch- oder Schmelzgranulation, das Anfeuchten oder Benetzen und das Lecithinieren oder Anfetten sind möglich. Heterogene Reaktionen in den Stoffsystemen fest-gasförmig, fest-flüssig, fest-fest sowie Reaktions- und/oder Trocknungsprozesse unter kontrollierten Bedingungen (Druck/Vakuum/Temperatur) können ebenfalls realisiert werden.
Unabhängig von der Behältergröße
Der Pflugscharmischer verwendet als Mischwerkzeuge sogenannte Pflugscharschaufeln, die ein Wirbelbett erzeugen. Das Mischprinzip ermöglicht Mischprodukte von hoher Homogenität im Größenbereich von 1:1 bis 1:105. Diese Homogenität wird unabhängig von der Chargengröße – seien es 3 oder 35 000 l Mischvolumen – erreicht, wobei das Vermischen der Komponenten äußerst schonend verläuft.
Messerköpfe unterstützen beim Einarbeiten von Flüssigkeiten oder zum Aufschluß von Verballungen und Nestern den Mischprozeß. Die unterschiedlichen Typen wie z. B. Tulpenmesserköpfe, Mehrstufenmesserköpfe oder Rotationsversprüher erlauben dabei im Zusammenspiel mit den Mischwerkzeugen eine gezielte Einwirkung auf das Produktverhalten. Dies gilt auch dann, wenn andere Faktoren das Fließ- oder Mischverhalten der zu homogenisierenden Komponenten negativ beeinflussen. Die wichtigsten, aufeinander abzustimmenden Parameter für einen optimalen Mischprozeß sind dabei die Geometrie des Mischbehälters und die geeigneten Mischwerkzeuge. Darüber hinaus haben
• die angepaßte Umfangsgeschwindigkeit der Mischwerkzeuge,
• die kontrollierte und definierte Zugabe von Flüssigkeiten unterschiedlicher Viskosität,
• die Art der Zugabe von Emulsionen/Fetten unterschiedlicher kristalliner Zustände,
• die Art und der Zeitpunkt der Zugabe von Komponenten, z. B. mit hoher Fragilität,
• der Einfluß von Temperaturen und Druckdifferenzen,
• der Füllgrad bzw. die Füllgradstufen sowie
• die Produktdaten und das spezifische Verhalten der Produkte einen wesentlichen Einfluß auf das Mischergebnis.
Einsatzbereich bestimmtMischerdesign
Detailgestaltung und Design des Pflugscharmischers hängen stark vom Einsatzbereich ab. Während beim Heavy-Duty-Mischen Aspekte wie die Reinigungsfreundlichkeit meist zweitrangig sind, müssen Problemlösungen für Abrasion, chemische Resistenz, Reaktionen etc. entwickelt werden. In der Lebensmittelindustrie treten dagegen mikrobiologische Beherrschbarkeit, Reinigungsfreundlichkeit und Restentleerung in den Vordergrund. In der Pharmaindustrie, wo CIP- und GMP-konforme Anlagen erforderlich sind, müssen die Mischer zudem in den Validierungsprozeß integriert werden.
Mischer bleibt Kernelement
Eine gemeinsam mit dem Anwender entwickelte Lösung zeigt den systemtechnischen Umfang eines Pflugscharmischers an einem Beispiel aus der Praxis. Aufgabenstellung war das Mischen und Trocknen hochwertiger organischer Feinchemikalien auf ca. 0,01 Gew.-% Restfeuchtegehalt.
Kernstück des Mischsystems ist der Vakuummischertrockner Druvatherm® VT 2000, ein schnellaufender Schaufeltrockner mit spezifischen Schleuderwerkseinbauten. Der generierte Mischvorgang minimiert Temperatur- und Konzentrationsgradienten und ermöglicht einen intensiven Kontakt der einzelnen Produktpartikel mit der beheizten Apparatewand.
Die vakuumdichten Verschlußorgane sind wie der Mischertrockner komplett in Edelstahl gefertigt. Integriert ist eine komplette Austrags- und Verwiegestation zur automatischen Produktabwiegung in Faßgebinde. Der Staubfilter ist außenbeaufschlagt. Er wird mit Stickstoff abgereinigt und ist zusammen mit dem Stickstoffspeicher beheizt. Die Kondensationsstation arbeitet mit einer zweistufigen Vakuumpumpe komplett mit Umlaufkühler und Flüssigkeitsgasabscheider für geschlossenen Flüssigkeitsbetrieb. Das Beheizen erfolgt über einen dampfbetriebenen Warmwasserkreislauf oder alternativ auch direkt mit Dampf im Temperaturbereich zwischen 60 und 120 °C.
Die zur Steuerung und Regelung des Prozeßablaufs erforderlichen Armaturen wie Stellventile, Regelventile und Meßaufnehmer sind Bestandteil des installierten Rohrleitungssystems, wobei alle Teile mit erhöhter Temperatur isoliert sind. Für den vollautomatischen Steuerungsablauf sorgen Schaltschränke mit SPS-Baugruppenträgern sowie Steuerelemente.
Mischablauf einer Charge
In der Inertisierungsphase wird das System (Mischertrockner, Staubfilter, Kondensator und Kondensatsammelbehälter) über die Vakuumpumpe evakuiert und nach Erreichen eines definierten Unterdrucks mit Stickstoff auf Normaldruck belüftet. Der Mischer wird anschließend über Schneckenförderer und Produktverwiegesilos beschickt. Die zwei oder drei eingewogenen Zentrifugenchargen werden homogenisiert und vorgetrocknet. Dies geschieht unter vorgegebenem Vakuum und Mantelbeheizung bis zum Erreichen einer vorgegebenen Produkttemperatur; anschließend wird das System mit Stickstoff auf Normaldruck belüftet. Die weitere Resttrocknung erfolgt unter Normaldruck durch direkte Stickstoffinjektion in das Produkt im unteren Bereich der Trommel. Das Produkt wird anschließend über die Mantelsegmente des Mischertrockners bis zum Erreichen der vorgegebenen Produkttemperatur gekühlt.
Die Produktentleerung erfolgt automatisch in Faßgebinde, wobei die Abfüllgewichte vorgegeben sind. Die Adaption der Faßgebinde wird manuell durchgeführt. Parallel hierzu wird der Kondensatsammelbehälter entleert.
Eine Besonderheit dieser Systemlösung sind die bereits installierten Maßnahmen zur späteren Erweiterung der Verfahrensschritte im Sinne einer Mehrphasenanlage. Dabei ist vom Anwender angedacht, das Verfahren so zu modifizieren, daß eine Wirkstoffzugabe über eine Granulierflüssigkeit erfolgen kann, wobei das Produkt dann gleichzeitig – unter Einsatz spezieller Messerköpfe – granuliert wird.
Weitere Informationen cav-229
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