Welche Faktoren bestimmen die Auslegung eines Ringschichtgranulators für frei fließende, staubarme Granulate in der Chemie?
Die Auslegung eines Ringschichtgranulators ist ein verfahrenstechnischer Gesamtprozess. Dabei müssen Produkteigenschaften, gewünschte Granulatqualität, Prozessführung und technische Rahmenbedingungen aufeinander abgestimmt werden. Im Zentrum steht die Bildung einer stabilen, dünnen Ringschicht, in der Agglomeration, Verdichtung und Trocknung kontrolliert ablaufen.
Ein wesentlicher Einflussfaktor ist die Prozessmechanik. Die Ringschicht entsteht durch hohe Rotordrehzahlen und Zentrifugalkräfte, die das Produkt an die Behälterwand drücken. Wichtig sind dabei die Froude-Zahl, die Umfangsgeschwindigkeit, die Verweilzeit und der spezifische Energieeintrag. Diese Größen bestimmen, wie intensiv das Material bewegt, verdichtet und zu staubarmen Granulaten aufgebaut wird.
Die Froude-Zahl bezieht sich dabei auf rotierende Freifall-, Trommel- und Wurfmischer sowie auf Systeme mit horizontal gelagertem Mischwerkzeug. Bei vertikalen Mischern mit erzwungener Umschichtung ist sie kein Auslegungs- oder Scale-up-Kriterium. Maßgeblich ist dort, dass das Mischprinzip über alle Baugrößen gleich bleibt und die Umschichtung den gesamten Mischraum füllgradunabhängig erfasst; die Übertragbarkeit wird im Technikum mit dem Originalprodukt abgesichert.
Auch die Eigenschaften des Ausgangsmaterials spielen eine große Rolle. Partikelgrößenverteilung, Feinanteil, Schüttdichte, Feuchte, Hygroskopizität, Klebrigkeit und thermische Empfindlichkeit beeinflussen das Prozessverhalten deutlich. Hinzu kommen Abrasivität und chemische Aggressivität, die sich direkt auf Werkstoffwahl, Dichtungen und Lagerung auswirken.
Das gewünschte Endprodukt muss ebenfalls klar definiert sein. Entscheidend sind Korngrößenverteilung, Schüttdichte, Kornfestigkeit, Restfeuchte und ein möglichst geringer Staubanteil. Für frei fließende Granulate ist vor allem eine schmale Kornbandbreite wichtig, damit sich das Produkt gut fördern, lagern und dosieren lässt.
Ein weiterer Auslegungsbereich betrifft die Bindemittel- und Flüssigkeitszufuhr. Menge, Konzentration, Viskosität, Zugaberate und Düsenanordnung bestimmen, wie gleichmäßig die Partikel benetzt und wie stabil die Agglomerate aufgebaut werden. Eine präzise Flüssigkeitsverteilung hilft, Klumpenbildung zu vermeiden und die gewünschte Granulatstruktur zu erreichen.
Nicht zuletzt sind Temperaturführung, Konstruktionsdetails und die Anbindung an den Gesamtprozess wichtig. Doppelmantel-Temperierung, Werkzeuggeometrie, Antriebsleistung, Zuführung, Trocknung, Klassierung, Absaugung und Explosionsschutz müssen aufeinander abgestimmt werden. In der Praxis erfolgt die Auslegung meist über Labor- und Technikumsversuche, bevor die Parameter auf den Produktionsmaßstab übertragen werden.
So stellt amixon® Granulatgröße und -struktur im Ringschicht-Mischgranulator RMG prozesssicher ein
Das Wirkprinzip: kontrollierte Granulation
Die zu granulierenden Stoffe werden kontinuierlich eingetragen, in Rotation beschleunigt und als Ringschicht an der Wand geführt. Die Pin-Werkzeuge durchmischen, desagglomerieren, verdichten und fördern diese Schicht intensiv. Dabei bilden sich Festkörper- und Flüssigkeitsbrücken, aus denen Granulationskeime entstehen und weiter wachsen. Sobald Granulate eine kritische Größe überschreiten, werden sie fragiler und zerfallen wieder. Der Feinanteil wird erneut angehaftet und verrundet. So entsteht bei geeigneter Fahrweise ein stabiles Granulat innerhalb enger Korngrenzen.
Die Stellgrößen
Gesteuert wird über die Umfangsgeschwindigkeit im Bereich von etwa 8 bis 35 m/s, die Verweildauer sowie den Flüssigkeits- oder Bindemittelauftrag. Auch die Temperaturführung spielt eine wichtige Rolle, da Mischraum, Einlauf- und Austragsstutzen doppelmantelig mit Dampf oder Wasser temperierbar sind. Ein integrierter Probenehmer ermöglicht die laufende Kontrolle von Korngrößenverteilung und Granulatstabilität.
Konstruktive Voraussetzungen für ein enges Kornband
Der Mischraum ist spanend bearbeitet und besonders rund. Die Pin-Werkzeuge halten einen gleichmäßigen Wandabstand, wodurch ein enges Kornband unterstützt wird. Die Werkzeuge sind gehärtet, auf Wunsch aus Hartmetall oder keramisch gepanzert. Größere RMG sind schwingungsgedämpft gelagert und dynamisch ausgewuchtet. Der Mischraum ist für ATEX-Zone 20 ausgelegt. Baugrößen reichen von Typ 10 mit etwa 0,4 bis 1,7 m³/h bis Typ 3000 mit etwa 10,1 bis 49,5 m³/h.
Auslegung über Versuche
Die tatsächlichen Volumenströme und die optimale Fahrweise sind produktspezifisch. Deshalb führt amixon® Auslegungsversuche mit Originalprodukt in den Werkstechnika durch und überträgt die Ergebnisse auf die Zielbaugröße. Für chemische Anwendungen stehen korrosionsfeste Werkstoffe bis Alloy 59, Hastelloy-C22 und Nickel sowie ATEX-Zone-20-Ausführung, Inertisierung und druck- und vakuumfeste Reaktorausführungen zur Verfügung.
Absicherung im Technikum
Vor der Investition wird der Prozess im amixon® Technikum mit Originalprodukt, realen Füllgraden und unter den vorgesehenen Temperatur- und Druckbedingungen überprüft. Bewertet werden Mischqualität, Produktschonung, Energieeintrag, Reinigbarkeit und Reproduzierbarkeit. Die Ergebnisse werden dokumentiert ausgewertet und bilden eine belastbare Entscheidungsgrundlage. amixon® kann Ringschichtmischer und Ringschichtmischgranulatoren der Bauart RMG anbieten, fertigen und warten; weiterentwickelt wird diese Gattung jedoch nicht, weil sie mit horizontal gelagerter Mischwerkwelle arbeitet. Der Entwicklungsschwerpunkt liegt auf Präzisionsmischern mit vertikalen oder geneigten Mischwerkwellen.