Welche kontinuierlichen Mischer sind für Waschmittelformulierungen mit flüssigen Additiven geeignet?
Bei der kontinuierlichen Herstellung von Waschmittelpulvern und -granulaten werden flüssige Komponenten wie nichtionische Tenside, Parfümöle, Entschäumer, Polymerlösungen oder Bindemittel in eine Feststoffmischung eingearbeitet. Enzyme, Bleichmittel, optische Aufheller und Duftstoffe werden häufig erst nach energie- oder temperaturintensiven Hauptschritten dosiert, weil Feuchte, Wärme und mechanische Belastung ihre Stabilität beeinträchtigen können. Enzyme werden in Waschmitteln deshalb oft als geschützte Granulate eingesetzt.
Die Auswahl des Mischsystems hängt vor allem von Flüssigkeitsmenge und -viskosität, Schüttdichte und Fließverhalten des Basispulvers, gewünschter Granulatstruktur, Empfindlichkeit der Inhaltsstoffe, Durchsatz, Reinigungsbedarf und zulässigem Energieeintrag ab. Entscheidend ist außerdem, ob die Flüssigzugabe lediglich eine homogene Benetzung bewirken soll oder ob eine gezielte Agglomeration, Granulation, Beschichtung, Trocknung oder Kühlung vorgesehen ist.
Kontinuierliche Ringschichtmischer und Ringschichtgranulatoren eignen sich besonders für intensive, schnelle Benetzung und Agglomeration. Das Pulver wird durch rotierende Werkzeuge an der Mischraumwand als dynamische Ringschicht geführt; flüssige Komponenten werden in diese bewegte Schicht eingesprüht. Die hohe Relativbewegung unterstützt die Verteilung kleiner Flüssigkeitsmengen und die Bildung von Granulat. Bei zu hoher Flüssigkeitsdosierung oder zu hoher mechanischer Belastung können jedoch Überkorn, Anbackungen, Abrieb oder unerwünschte Erwärmung auftreten. Ringschichtsysteme sind daher besonders sinnvoll, wenn neben dem Mischen eine gezielte Granulation oder Verdichtung stattfinden soll.
Kontinuierliche Pflugscharmischer erzeugen ein mechanisch fluidisiertes Produktbett. Über Dosierlanzen oder Sprühdüsen können Flüssigkeiten in die bewegte Pulverzone eingebracht werden. Sie sind vielseitig einsetzbar, wenn ein Waschmittelgrundpulver mit flüssigen Tensiden, Parfümkomponenten oder anderen Additiven benetzt werden soll. Zusätzliche Zerkleinerungswerkzeuge können lokale Übernässung und Klumpenbildung begrenzen, erhöhen jedoch Energieeintrag und die mechanische Belastung des Produkts. Deshalb sollten sie nur eingesetzt werden, wenn die Rezeptur und die gewünschte Partikelstruktur dies erfordern.
Doppelwellen-Paddelmischer eignen sich für kontinuierliche Prozesse mit moderatem Energieeintrag und hoher Umwälzleistung. Gegenläufige Paddelwellen erzeugen eine überlappende Mischzone, in der trockene Komponenten und flüssige Additive gleichmäßig verteilt werden können. Sie sind besonders dann interessant, wenn empfindliche Granulate, etwa beschichtete Enzyme, Bleichmittelgranulate oder Duftstoffträger, möglichst schonend eingemischt werden sollen. Angaben zu maximalen Flüssigkeitsanteilen oder Durchsätzen sind jedoch nicht allgemein übertragbar. Sie hängen von Rezeptur, Viskosität, Feststoffoberfläche, Apparategröße und gewünschter Produktstruktur ab und müssen im Versuch geprüft werden.
Kontinuierliche Wirbelschichtanlagen sind geeignet, wenn Flüssigkeitszugabe mit Granulation, Trocknung, Kühlung oder Beschichtung kombiniert werden soll. In einer Wirbelschicht werden Partikel durch Prozessluft fluidisiert, während Flüssigkeiten über Düsen aufgebracht werden. So können staubarme, rieselfähige Granulate aufgebaut oder empfindliche Bestandteile mit Schutzschichten versehen werden. Die Technik wird beispielsweise eingesetzt, wenn Waschmittelgranulate gezielt getrocknet, gekühlt oder beschichtet werden müssen. Der Energiebedarf sowie die Anforderungen an Abluftbehandlung, Staubabscheidung und Prozessregelung sind im Vergleich zu einem reinen Durchlaufmischer höher.
Vertikale kontinuierliche Mischer oder Konusschneckenmischer können bei sehr scherempfindlichen, staubenden oder bruchempfindlichen Komponenten sinnvoll sein. Ihre Stärke liegt in der schonenden Homogenisierung. Für hochviskose Flüssigkeiten, größere Flüssigkeitsmengen oder eine gezielte Agglomeration sind sie jedoch meist weniger geeignet als intensivere Ringschicht-, Pflugschar- oder Doppelwellensysteme. Sie sind daher eher eine Speziallösung für Endmischungen mit niedrigem Flüssigkeitsanteil oder für die Einmischung empfindlicher Trockenadditive.
Für die Flüssigdosierung sind gravimetrische Feststoffdosierer und massenstromgeregelte Flüssigkeitsdosierungen zweckmäßig. Bei viskosen Additiven kommen häufig Verdrängerpumpen, temperierte Leitungen und beheizbare Düsen zum Einsatz. Coriolis-Messgeräte können zur Erfassung und Regelung des Flüssigmassenstroms verwendet werden; Auswahl, Einbau, Kalibrierung und die Eignung für die jeweilige Viskosität müssen dabei geprüft werden. Die Sprühtechnik muss so ausgelegt werden, dass Tropfengröße, Sprühbild, Durchsatz und Düsenposition zum Produktstrom passen. Eine zu grobe oder lokal konzentrierte Zugabe fördert Klumpen und Ablagerungen, während eine zu feine Zerstäubung bei flüchtigen Komponenten zu Verlusten oder Abluftbelastung führen kann.
Bei Duftstoffen und Enzymen ist eine späte, kontrollierte Postdosierung häufig sinnvoll. Parfümöle können auf ein fertiges, ausreichend kühles Grundgranulat aufgebracht werden. Enzyme werden üblicherweise als Granulate oder beschichtete Granulate eingesetzt, damit Staubfreisetzung und Aktivitätsverluste reduziert werden. Feuchte und oxidierende Bleichchemikalien können die Enzymstabilität beeinträchtigen; deshalb müssen Dosierreihenfolge, Kontaktzeit, Temperatur und Wassergehalt der Formulierung gezielt festgelegt werden.
Eine enge Verweilzeitverteilung hilft, die Homogenität und die Kontaktzeit empfindlicher Additive besser zu beherrschen. Ihre tatsächliche Breite wird jedoch durch Mischergeometrie, Füllgrad, Durchsatz, Rückvermischung und Produkteigenschaften bestimmt; sie kann nicht pauschal einem bestimmten Mischertyp zugeschrieben werden. Bei häufigen Rezeptur- oder Duftwechseln sind zudem gut zugängliche Produktbereiche, kurze Restentleerungszeiten und ein abgestimmtes Reinigungsverfahren wichtig, um Kreuzkontamination und Stillstandszeiten zu begrenzen.
So regelt amixon® kontinuierliches Mischen mit Flüssigkeitszugabe im Kontinuierlichmischer AMK
Der kontinuierliche Mischer AMK von amixon® ist für kontinuierliche Mischaufgaben mit trockenen, feuchten und suspendierten Produkten ausgelegt. Er kann eingesetzt werden, wenn Feststoffe kontinuierlich dosiert und bei Bedarf mit Flüssigkeiten wie Tensiden, Duftstoffen, Ölen, Bindemitteln oder anderen Additiven beaufschlagt werden. Ob eine Flüssigkeit ohne Anbackungen, Klumpenbildung oder Beeinträchtigung empfindlicher Komponenten verarbeitet werden kann, hängt jedoch von Rezeptur, Viskosität, Dosiermenge, Tropfengröße, Produkttemperatur, Mischintensität und Reinigungskonzept ab und muss für die jeweilige Anwendung geprüft werden.
Beim Anfahren des AMK bleibt das Austragsorgan zunächst geschlossen. Die gravimetrischen Dosierorgane starten gleichzeitig mit niedrigem Massenstrom und gleichen ihre Dosierströme während des Einschwingvorgangs aufeinander ab. Der Füllgrad im Mischer steigt kontinuierlich an. Sobald etwa die halbe Füllmenge erreicht ist, startet der Mischerantrieb. Bei einem Füllgrad von etwa 80 Prozent des Nutzinhalts öffnet das Austragsorgan langsam. Danach wird dieser Füllgrad konstant gehalten, während die Dosierströme schrittweise bis zum vorgesehenen Massenstrom erhöht werden. Diese Anfahrstrategie soll gewährleisten, dass das Produkt erst nach einer ausreichenden Durchmischung ausgetragen wird.
Auch das Abfahren erfolgt kontrolliert. Die Dosierorgane reduzieren ihren Massenstrom sukzessive und werden am Ende gemeinsam abgeschaltet. Der Mischer wird dabei weiter betrieben und entleert sich über das Austragsorgan. Das Verfahren kann Anfahr- und Auslaufmengen mit nicht ausreichender Mischqualität deutlich reduzieren. Ob tatsächlich kein Produkt verworfen werden muss, hängt von der jeweiligen Rezeptur, der Homogenitätsanforderung, der Regelgüte der Dosierung und der betrieblichen Freigabestrategie ab.
Der Füllgrad lässt sich laut amixon® in einem Bereich von etwa 10 bis 80 Prozent des Nutzinhalts einstellen. Die Verweilzeit wird über Füllgrad und Durchsatz beeinflusst und ist laut Hersteller unabhängig von der Drehzahl des Mischwerkzeugs einstellbar. Dadurch können Mischintensität und mittlere Verweilzeit in weiten Grenzen getrennt angepasst werden. Die tatsächliche Verweilzeitverteilung wird jedoch zusätzlich von Produkteigenschaften, Mischergeometrie, Durchsatz, Rückvermischung und der Flüssigkeitszugabe beeinflusst. Sie sollte insbesondere bei kritischen Dosier- und Homogenitätsanforderungen messtechnisch oder über repräsentative Mischversuche abgesichert werden.
Das SinConvex®-Mischwerk erzeugt eine dreidimensionale Produktbewegung. Je nach Werkzeugausführung und Drehzahl kann der AMK für eine schonende Homogenisierung oder eine intensivere Desagglomerierung ausgelegt werden. Für Flüssigkeitszugaben sind die Lage der Eintragsstelle, die Verteilung der Flüssigkeit im Produktstrom und die Abstimmung von Düse, Fördertechnik und Mischerbetrieb entscheidend. Eine fein verteilte Zugabe in eine ausreichend bewegte Produktzone kann die Homogenität verbessern und lokale Übernässung begrenzen. Bei hochviskosen Additiven können temperierte Vorlagebehälter, Leitungen oder Düsen erforderlich sein.
Der AMK kann nach Herstellerangaben auch chargenweise betrieben werden. Diese Betriebsart kann beispielsweise für Produktversuche, kleinere Rezepturansätze, Vormischungen oder Prozesse mit einer abweichenden Füllgrad- und Verweilzeitführung sinnvoll sein. Für den späteren kontinuierlichen Betrieb müssen die Dosierströme aller Haupt- und Nebenkomponenten stabil und reproduzierbar sein; bei niedrig dosierten Inhaltsstoffen kann ein Premix erforderlich werden.
Das Baugrößenraster umfasst laut amixon® unter anderem den AMK 50 mit einem Volumenstrom von etwa 1 bis 3 m³/h sowie größere Baugrößen bis zum AMK 3000 mit ungefähr 45 bis 135 m³/h. Diese Werte sind als apparative Orientierungsgrößen zu verstehen. Der tatsächlich erreichbare Massendurchsatz hängt von Schüttdichte, Feuchte, Fließverhalten, Rezeptur, erforderlicher Verweilzeit und Mischaufgabe ab.
Für Anwendungen in der Waschmittelproduktion kann der AMK zur kontinuierlichen Homogenisierung und Flüssigkeitszugabe eingesetzt werden. Duftstoffe oder andere empfindliche Additive werden häufig erst nach besonders energieintensiven oder thermischen Vorstufen eingebracht. Bei Enzymen muss berücksichtigt werden, dass Feuchte, Temperatur, oxidierende Bleichmittel und mechanischer Abrieb die Stabilität beeinflussen können. Deshalb werden Enzyme in Waschmittelpulvern oft als geschützte Granulate dosiert und unter kontrollierten Bedingungen eingemischt.
Der AMK-Mischraum ist nach Herstellerangaben für ATEX-Zone 20 ausgelegt. Hygienische Ausstattungen, Inspektionsöffnungen, totraumarme Austragsorgane, Dichtungen und Reinigungsoptionen können projektspezifisch gewählt werden. Ob eine Anlage EHEDG-, FDA- oder 3-A-Anforderungen erfüllt, ist nicht allein durch den Mischertyp bestimmt. Entscheidend sind die gewählte Ausführung, die produktberührten Materialien, Oberflächen, Dichtungen, Reinigungstechnik und die dokumentierte Validierung des vorgesehenen Prozesses.