Schüttgüter mischen, Partikelstrukturen erhalten und Staub vermeiden

Verfahren, Branchen und die vielen branchenspezifischen Bezeichnungen

Der Würfel symbolisiert die drei Dimensionen: Verfahren, Branchen und die branchenspezifischen Bezeichnungen/ Anwendungen. Die aufgeführten Verfahren sind für die jeweiligen Schüttgutproduzenten unterschiedlich bedeutsam:

• In der Pharmazie hat die Wirkstoffsynthese und die Vakuumtrocknung einen hohen Stellenwert.
• In der Feststoffgalenik ist das Verreiben der Wirkstoffe wichtig mit dem Ziel großer Oberflächen und guter „Bioverfügbarkeit“.
• In der Lebensmittelindustrie steht das schonendes Mischen im Vordergrund. Die Partikel sollen erhalten bleiben. Darüber hinaus sollen die produzierten Pulver staubfrei sein.
• In der Feinchemie ist die raumbeherrschende Total-Verströmung wichtig. Nur dann findet eine effiziente Wärmeübertragung statt - eine wesentliche Voraussetzungen für vollständige Reaktionsabläufe.
• Polymere werden mit Additiven zu Hochleistungskunststoffen konditioniert. Das sind beispielsweise präparierte Füllstoffe, Armierungen, Farbpigmente, Stabilisatoren, Metallseifen, selbst löschende Additive, Antistatika, ….
• Bei der Festkörpersynthese von ingenieurkeramischen Werkstoffen (Pulvermetalle und Nanokeramiken) dienen Nanopartikel als Coatingsubstanzen. Sie ummanteln feindisperse Metallsalze und Metalloxide. Nanofeine Partikel sind entweder Reaktant oder wirken als Katalysatoren im Kalzinierprozess bei hohen Temperaturen.

Staub

Überall dort, wo pulvrige Güter verarbeitet werden, treten Stäube auf. Ihre unangenehme Eigenschaft ist, dass sie durch kleinste Leckagen entweichen können. Beispielsweise aus Bigbags, Mischern, Silos, Rohrleitungen oder aus Abfüllanlagen. Stäube können lange in der Luft schweben und sich überall ablagern. Das geschieht bevorzugt auf horizontalen Flächen. Im Falle eines Luftzugs wirbeln sie erneut auf und schweben in der Luft. Manche Stäube sind hygroskopisch; sie absorbieren die Feuchtigkeit aus der Umgebungsluft und benetzen all die Flächen, auf denen sie ablagern. Das erschwert die Reinigung. Stäube können korrodierend, oxidierend, brennbar, und sogar explosiv sein. Das ist immer dann der Fall, wenn sie organischen Ursprungs sind; wenn sie sehr fein und trocken vorliegen. In der Arbeitsumgebung sind Stäube immer lästig, sie beeinträchtigen unser Wohlbefinden und reizen die Atemwege. Austretende Stäube sind teuer, sie stellen Materialverlust dar und bedingen Entsorgungskosten.

Pulver, die von Konsumenten endverbraucht werden, sind in der Regel konditioniert, so dass deren Staubanteil vernachlässigbar ist.

Wenn Partikel kleiner als 0,1 µm sind, spricht man von Nanopartikeln. Viele Materialien zeigen völlig neue Eigenschaften, wenn sie nanodispers vorliegen. In der Medizin, der Pulvermetallurgie, der Elektrotechnik und der Hochleistungskeramik sind nanodisperse Strukturen Wegbereiter für neue Materialien und Funktionen.

Gyraton® Mischer für große Schüttgutmengen

Es ist ein großes Privileg, wenn ein Produktionsleiter über homogen gemischte Rohstoffe verfügen kann. Das erleichtert die anschließenden Prozessschritte und garantiert gleichbleibende Qualität des Endproduktes. Gyraton^® Mischer von amixon^® leisten hier einen wertvollen Beitrag. Beispielsweise wenn der Inhalt eines 40-Fuß-Hochseecontainers (ca. 70 m³ Schüttgut) zu homogenisieren ist. Die Mischwerkwendel rotiert langsam und durchmischt alle Pulverpartikel von unten nach oben. Dabei gleitet die Mischwerkwendel langsam an der Mischraumwandung entlang. – ähnlich wie ein Kreisel. Auch ein Gyraton^® Mischer kann die Mischgüter restlos austragen. Er wird dann mit ComDisc^® Werkzeugen ausgestattet.

Gyraton® Mischer kann Schüttgüter auch kontinuierlich mischen

Ein großvolumiger Gyraton^® Mischer kann auch als Kontinuierlichmischer arbeiten. Das Mischverfahren basiert auf der kontinuierlichen Kesselströmung. Normalerweise müssten gravimetrisch arbeitende Dosiersysteme eingesetzt werden. Die sind im Gegensatz zu Chargenwaagen aber relativ teuer. Selbst wenn die Befüllung des Mischers chargenweise erfolgt, wird das gemischte Gut kontinuierlich ausgetragen. Das ist weitgehend unabhängig von der Anzahl der Komponenten, solange sie ähnlich groß bemessen sind. Das Mischgut ist umso homogener

• je kleiner die eingefüllten Batches sind
• je konstanter deren Gewicht ist
• je konstanter die Zeittakte sind
• je höher das Füllniveau eingestellt ist
• je schneller das Mischwerkzeug rotiert

Aufbaugranulation oder Aufbauagglomeration

In der Literatur werden beide Begriffe verwendet und meinen meistens das Gleiche. In jedem Fall ist die Vokabel „Agglomeration“ richtig. Sie beschreibt das Kornvergrößern durch Anhaften vieler Kleinpartikel. Ein Granulationsprozess liegt auch dann vor, wenn eine feste Masse (Schülpen, Extrudate) zu einer bröckeligen Struktur zerkleinert wird.

In diesem Blog sei auch eine aggressivere Form der Agglomeration erwähnt. Sogenannte Ringschicht-Mischgranulatoren können Agglomerationsprozesse besonders effektiv und preiswert bewerkstelligen. Diese Ringschicht-Mischmaschine wird kontinuierlich betrieben. Eine Mischwerkwelle ist mit viele Pins ausgestattet. Bei hoher Drehfrequenz beträgt die Umfangsgeschwindigkeit 10 bis 25 m/s. Dementsprechend wird das Pulver in eine Rotationsbewegung beschleunigt und presst sich an die Wand des Mischraumes. Im Pulver werden Scher- und Druckkräfte wirksam, die 200 Mal so groß sind, wie die Gravitationskraft. Die Partikel kommen sich so nah, dass interpartikuläre Kräfte wirksam werden. Agglomerate bauen sich auf und wachsen. Sie werden auf der gegenüberliegenden Seite des Mischraumes nach unten ausgetragen. Die Bindemechanismen können verbessert werden, wenn man kleine Menge eines flüssigen Bindemittels hinzu mischt.

Die Mischerwelle dreht sich mit hoher Geschwindigkeit. Die Pinne agitieren das Mischgut. Je schneller sich die Pinne drehen, desto schneller dreht sich das Mischgut. Je schneller sich das Mischgut dreht, desto stärker wirken die Zentrifugalkräfte. Das Mischgut wird gegen den Mischraum geschleudert. Dort wird es abgebremst. An der Mischgutwand beträgt die Umfangsgeschwindigkeit 0 m/s. An der Stirnseite der Dorne beträgt die Umfangsgeschwindigkeit jedoch 10 bis 20 m/s. Der Spalt zwischen Mischraum und Dorn beträgt ca. 1,5 mm. In diesem Scherspalt wird mit hoher Intensität gemischt, benetzt, geschert, verdichtet, desagglomeriert und agglomeriert. Der Ringspaltmischgranulator von amixon kann sehr effektiv agglomerieren. Es entstehen gleichmäßig runde Pellets. Im Idealfall werden die Staubpartikel zu 100% gebunden.

Wichtige Parameter für eine gute Agglomeration sind unter anderem

• Korngröße des Pulvers / Staubes
• Drehzahl
• Anzahl der Stifte
• Länge der Prozesskammer
• Art der Flüssigkeit
• Ort der Flüssigkeitszugabe
• Vorbehandlung und Art der Flüssigkeitszugabe
• Temperatur der Güter
• Massenstrom Pulver
• Massenstrom Flüssigkeit
• Füllgrad des Ringschichtmischers
• Verweilzeit