Gyraton®-Mischsilo für 50-m³-Chargen.
Mischsilo erzielt optimale Mischgüten
Die amixon®-Fertigung befasst sich nur mit eigenen Patenten und Entwicklungen zum Thema "MISCHEN". Dazu gehören:
- Präzisionsmischer
- Vakuum-Kontakttrockner
- Synthesereaktoren
- Apparate für die Aufbauagglomeration
und
- Gyraton®-Mischsilo
Wir sprechen vom Präzisionsmischen disperser Güter, wenn die Mischgütevarianz einer Pulverzusammensetzung von 1:100.000 reproduzierbar kleiner als 5 % ist.
Die pulvrigen Mischgüter können dabei trocken, feucht oder suspendiert vorliegen. amixon® ist ein Synonym für vertikal arbeitende Präzisionsmischer. Zwei unserer Systeme verfügen über druck- und vakuumfeste Mischräume. Sie fungieren als Synthesereaktoren oder als Vakuum-Kontakt-Trockner.
Ein Gyraton®-Silomischer erreicht ähnliche Mischgüten wie ein klassischer Präzisionsmischer
Ein Gyraton®-Silomischer kann bis zu 100 m³ Mischgut homogenisieren. Insofern handelt es sich um ein Mischsilo. Das Besondere: Dieser Silo-Mischer kann große Schüttgutmengen mit äußerst geringen Antriebsleistungen präzise homogenisieren. Es entstehen Mischqualitäten, die einer idealen Zufallsmischung entsprechen.
Eine ideale Zufallsmischung liegt vor, wenn die Pulververteilung so homogen ist, dass eine Optimierung mit technischen Mitteln nicht mehr möglich ist.
Rechts im Bild ist ein Vertikal-Wendelmischer zu sehen. wobei es sich um einen klassischen Präzisionsmischer handelt. Diese Bauart wird selten größer als 15 m³ gefertigt. Große Präzisionsmischer benötigen entsprechend große Antriebsmotoren und sind deshalb relativ teuer. Präzisionsmischer können nicht beliebig langsam betrieben werden.
Wenn die kritische Drehfrequenz unterschritten wird, wird das Schüttgut lediglich rotatorisch mitgenommen. Da die für eine homogene Mischung notwendige dreidimensionale Strömung ausbleibt, kann keine ideale Zufallsmischung erzielt werden.
Die Mindestdrehfrequenz eines Vertikal-Einwellenmischers liegt in der Regel bei etwa 8 bis 12 rpm, kann jedoch auch darüber liegen. Sie ist maßgeblich von der Größe des Mischers sowie von den rheologischen Eigenschaften der Pulver abhängig, insbesondere von deren Schüttdichte, Partikelgrößenverteilung und Fließfähigkeit.
Das Helix-Mischwerkzeug des Gyraton®-Mischers (links) ist oben kardanisch gelagert. Der Boden des Mischraumes ist eine Kugelschale. Die Überlagerung von Präzession und Rotation erzeugt eine zykloidische Bewegung auf dem Boden des Mischers. Dadurch sind verschiedenste Zirkulationsprofile möglich. Es gibt keinen Rotationsmittelpunkt. Jede Zone wird ideal durchmischt.
Es ist davon auszugehen, dass ein Gyraton®-Mischwerkzeug mit sehr niedrigen Drehfrequenzen betrieben werden kann und dennoch ideale Mischgüten erzeugt. Das soll nachgewiesen werden.
Bilder aus der Versuchsdurchführung.
Die Mischeffizienz des Gyraton® Mischers soll nachgewiesen werden
amixon® hat einen Gyraton®-Mischsilo mit einer Chargengröße von 3 m³ zur Erprobung gebaut. Mit diesem Mischsilo werden verschiedene Pulver-Chargen gemischt.
- Sehr feine anorganische Stoffe wie Kaolin und Farbpigmente werden darin gemischt.
- Calciumcarbonat-Staub wird befeuchtet und mit Farbpigmenten gemischt.
- Heterogene feuchte Pulvergemische werden eingefärbt.
- Dabei ist der Füllgrad bei jedem Versuch maximal. Die Chargengröße beträgt stets 3 m³.
- Die kleinen Pigmentadditive werden immer als Letztes im Zentrum des Mischraums hinzugefügt. Dies ist die Zone, in der die Präzessionsbewegung der Mischwerkhelix am wenigsten ausgeprägt ist.
- Insofern liegt zu Beginn eines Mischprozesses eine maximal mögliche Entmischung vor!
Die Umfangsgeschwindigkeit der konischen Mischwerkwendel nimmt von unten nach oben zu. Gleichzeitig nimmt der Effekt der Präzessionsbewegung von unten nach oben ab.
Nachweis der exzellenten Mischgüte
Alle gewonnen Ergebnisse fallen vortrefflich aus. Im Anschluss führen wir weitere Mischgütetests unter wissenschaftlicher Begleitung durch. Dabei nutzen wir einen amtlich zertifizierten Qualitätsnachweis für Futtermittel (für Nutztiere). Er ermöglicht den Nachweis der Homogenität von Komponentenzusammensetzungen bis zu einem Verhältnis von 1:100.000.
Wir füllen exakt 1.500 kg feingemahlenes Nutztierfutter für Schweine und Rinder ein. Als Tracer dient die Substanz Patentblau. Patentblau ist extrem farbintensiv, wasserlöslich und feindispers und liegt desagglomeriert und trocken vor. Wir geben genau 15 Gramm davon von oben in das Zentrum des Mischraums. Es liegt eine Stoffzusammensetzung mit einem Gewichtsverhältnis von 1:100.000 vor.
Danach verschließen wir den Mischraum und starten das Mischwerkzeug.
Die Stärke der Präzessionsbewegung ist abhängig von der Position im Mischraum.
Lambert’sche Formel.
Lambert’sches Gesetz
Nach einer genau definierten Anzahl von Umdrehungen wird das Mischwerkzeug gestoppt. An zehn verschiedenen Stellen des Mischraumes werden Proben von jeweils 30 Gramm entnommen und werden in kleine Beutel dicht verpackt. Im Labor werden davon genau 15.000 mg entnommen, in eine normierte Küvette gefüllt und anschließend eine genau definierte Menge Reinstwasser zugegeben.
Nach Ablauf der standardisierten Lösungszeit entsteht eine homogene Farblösung. Eine monochromatische Lichtquelle durchstrahlt die Küvette. Wir wenden das Lambert-Beer’sche Gesetz an, das den Zusammenhang zwischen der Lichtabsorption einer Lösung und der Konzentration des gelösten Stoffs beschreibt. Ein Photodetektor misst die Lichtintensität der durchstrahlten Küvette. Als Referenz erfassen wir auch die Lichtabsorption einer mit klarem Wasser gefüllten Küvette. Die Lichtabsorption ist proportional zur Farbstoffkonzentration in der Probe.
Die Ergebnisse sind beeindruckend. Der Gyraton® Mischer erzeugt stets gleichbleibende Mischgüten. Dies gilt unabhängig von der Rotationsgeschwindigkeit des Helix-Mischwerkzeugs. Allein die Anzahl der Umdrehungen ist entscheidend.
Offensichtlich verfügen wir hier über ein Mischsystem, das sich für große Chargen skalieren lässt. Mit sehr kleinen Antriebsmotoren lassen sich ideale Mischgüten erzielen.
Mischgüteverlaufskurve
Große Flexibilität und Einsatzvielfalt
Um die Mischgüte-Resultate besser einordnen zu können, vergleichen wir sie mit denen unserer etablierten Präzisionsmischer. Hierzu liegen uns viele Referenz-Resultate vor. Wir können nachweisen, dass der Gyraton-Mischer unter den von uns gewählten Betriebsbedingungen ideale Mischgüten erzeugt.
Es scheint in weiten Bereichen gültig zu sein, dass die Drehfrequenz des Gyraton-Mischwerkzeugs, multipliziert mit dessen Mischzeit, eine Konstante ergibt:
Drehfrequenz · Mischzeit = Konstante C1
Aus der langjährigen Betriebspraxis ist bekannt, dass das Antriebsdrehmoment vertikaler Wendelmischer bei verschiedenen Geschwindigkeiten relativ konstant bleibt. Voraussetzung ist, dass ein "Schubmischen" stattfindet. Insofern gilt auch, dass das Produkt aus Antriebsleistung und Mischzeit konstant ist.
Antriebsleistung · Mischzeit = Konstante C2
Der Graph links zeigt die große Flexibilität. Wenn keine Eile geboten ist, kann der Gyraton® Mischer beispielsweise mit der momentan verfügbaren Solarenergie vom Dach betrieben werden.
In der Regel werden keine hohen Anforderungen an die Mischzeit eines Silomischers gestellt. Die Zeit der Einlagerung steht für die Homogenisierung zur Verfügung. Auf Wunsch kann der Gyraton®-Silomischer auch kontinuierlich betrieben werden. Je höher dessen Füllgrad gewählt wird, desto besser ist seine Homogenisierungsleistung.
Homogenisierung von Massenschüttgütern
Ein 40-Fuß-Hochseecontainer fasst ca. 70 m³. Massengüter wie Tee, Gewürze, Tabak, Kaffee, chemische Rohstoffe und Erze seltener Erden werden täglich in den Seehäfen angeliefert. Es ist schwer abzuschätzen,
- Wie gut ist die Qualität der Ware?
- Wie viel Wertstoff befindet sich im Rohstoff?
Je mehr Proben entnommen und analysiert werden, desto besser können diese Fragen beantwortet werden.
Ein Gyraton®-Mischer ermöglicht eine besseres Lösung. Er homogenisiert die gesamte Charge preiswert und genau. Die Kornstruktur bleibt dabei erhalten. Leistungseintrag und Wärmeentwicklung sind minimal. Die Mischzeit ist einstellbar. Sie kann beispielsweise zwischen 4 und 24 Stunden betragen. Danach genügt eine einzige Probeentnahme. Die Analyse zeigt Qualität und Wertstoffgehalt. Dann besteht kein Zweifel über den wirtschaftlichen Wert der Ware.
Zudem lassen sich alle nachgelagerten Aufbereitungsprozesse präziser steuern.
Einsatzbereiche von Präzisions-Pulvermischern: „S” klassische Mischer. „G“: Gyraton®-Mischsilo.
Je homogener die Ware vorliegt, desto effektiver ist die Grundstoffaufbereitung
Überall, wo Grundstoffaufbereitung stattfindet – insbesondere bei der Gewinnung von Alkalimetallen, wozu auch die Lithiumgewinnung gehört –, fallen große Mengen an Rohstoffen an.
In guten Vorkommen beträgt der Lithiumgehalt allenfalls 0,006 %. Um 1 kg reines Lithium zu gewinnen, müssen 16,7 t Rohmasse aufbereitet werden. Die Prozessketten sind entsprechend lang und umfassen
- Zerkleinerung,
- Klassierung,
- Dichtetrennung,
- Suspendierung in Aufschlusssäuren,
- chemische Extraktion,
- Fällung,
- Flockung,
- Sedimentation,
- Filtration,
- Trocknung,
- Kalzinierung,
- Mahlung
- ....
Immer wieder schließt sich die Homogenisierung an. Sie steht am Anfang der nächsten Prozessstufe. Je homogener die Ausgangsstoffe vorliegen, desto effizienter kann der nächste Prozess gesteuert werden und desto höher sind die Ausbeuten. Dies gilt in ähnlicher Form auch für das Recycling und die Synthesechemie, bei der neue Wirk- und Grundstoffe entstehen.
Große Chargen sind bei der Herstellung von pharmazeutischen Wirkstoffen (API) zu homogenisieren. Gleichermaßen sind Trägerstoffe und funktionelle Additive für Pharmazeutika, Nährstoffextrakte, Stärkederivate, Methylcellulose, Pektin, Gelatine, ...... großvolumig zu homogenisieren.
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