Wie verhält es sich mit der Mischzeit eines KoneSlid-Mischers im Vergleich zu klassischen Doppelkonusmischern?
Ein KoneSlid®-Mischer erreicht bei vielen Pulvermischaufgaben deutlich kürzere Mischzeiten als ein klassischer Doppelkonusmischer. Beide Systeme unterscheiden sich grundlegend in ihrer Funktionsweise. Der klassische Doppelkonusmischer ist ein Freifallmischer aus zwei zusammengeschweißten Trichtern, die als geschlossener Behälter um eine horizontale Achse rotieren. Das Produkt wird dabei wiederholt angehoben, geteilt, umgelagert und fällt unter Schwerkrafteinfluss zurück. Der KoneSlid®-Mischer arbeitet dagegen als vertikaler Einwellen-Konusmischer mit aktiv angetriebenem Mischwerkzeug. Seine Mischzeit ist deshalb in der Regel erheblich kürzer, weil die Produktbewegung gezielt erzeugt wird und nicht allein aus den passiven Fall- und Lawinenbewegungen einer rotierenden Schüttung entsteht.
Im Doppelkonusmischer erfolgt die Mischung durch eine Kombination aus Konvektion und diffuser Durchmischung. Bei jeder Drehung werden Teile der Schüttung umgelagert, doch der Austausch zwischen räumlich entfernten Produktzonen ist begrenzt. Dieses Prinzip eignet sich besonders für gut fließende, weitgehend agglomeratfreie Pulver und Granulate mit ausreichend ähnlicher Partikelgröße, Partikelform, Schüttdichte und Fließverhalten. Bei solchen Produkten kann ein Doppelkonusmischer eine schonende und ausreichende Homogenisierung erzielen. Die erforderliche Mischzeit liegt jedoch häufig im Bereich mehrerer Minuten und kann bei anspruchsvolleren Rezepturen deutlich länger sein. Sie hängt von Füllgrad, Drehzahl, Behältergeometrie, Rezeptur, Zielhomogenität und der Anzahl erforderlicher Behälterumdrehungen ab.
Der KoneSlid®-Mischer erzeugt dagegen eine aktive dreidimensionale Produktströmung. Ein rotierendes Mischwerkzeug fördert das Produkt im wandnahen Bereich spiralförmig nach oben. Im zentralen Bereich fließt es durch die Schwerkraft wieder abwärts. Ein konischer Verdrängerkörper leitet den abwärts fließenden Produktstrom erneut in Richtung der äußeren Mischzone. Dadurch wird das gesamte Mischgut kontinuierlich umgeschichtet und über den gesamten Mischraum verteilt. Die aktive konvektive Verströmung beschleunigt den Stoffaustausch erheblich. Für den KoneSlid® werden je nach Produkt und Aufgabenstellung Mischzeiten von etwa 20 bis 120 Sekunden genannt; die erforderliche Anzahl von Werkzeugumdrehungen kann dabei deutlich geringer sein als die Zahl der Behälterumdrehungen eines Freifallmischers.
Die kürzere Mischzeit bedeutet nicht automatisch eine stärkere oder produktschädigende Beanspruchung. Der KoneSlid® kann bei vergleichsweise niedriger Drehzahl betrieben werden. Die Mischwirkung entsteht vor allem durch die gezielte, dreidimensionale Konvektion und nicht durch hohe Umfangsgeschwindigkeiten oder durch unkontrollierte Fallbewegungen. Das kann für empfindliche Partikel, spröde Agglomerate oder staubarme Rezepturen von Vorteil sein. Gleichzeitig lassen sich bei Bedarf Mischdauer, Drehzahl und gegebenenfalls die Einbindung zusätzlicher Intensivmischwerkzeuge auf die Kohäsivität, Agglomeratbildung und gewünschte Homogenität einstellen.
Bei komplexen Rezepturen mit kleinen Nebenkomponenten, Pigmenten oder Additiven kann ein aktiver Einwellenmischer besonders vorteilhaft sein. Gleiches gilt für Mischungen mit unterschiedlichen Schüttdichten, unterschiedlichen Partikelgrößen oder eingeschränktem Fließverhalten. Dennoch kann kein Mischertyp pauschal garantieren, unabhängig von Rezeptur und Prozessbedingungen immer einen bestimmten Variationskoeffizienten zu erreichen. Zielwerte wie ein CV von unter 5 Prozent müssen für die konkrete Mischung über einen geeigneten Probenahmeplan und mit einer validierten Analysenmethode nachgewiesen werden. Bei sehr geringen Dosieranteilen sind zusätzlich Vormischungen, geeignete Zugabereihenfolgen oder Dosierhilfen erforderlich.
Neben der Nettomischzeit beeinflussen Entleerung und Reinigung die gesamte Chargenzeit. Beim KoneSlid® kann ein zentraler Verdrängerkörper nach Ende des Mischprozesses abgesenkt werden; damit wird der Produktaustrag über das zentrale Auslauforgan unterstützt. Für ausreichend rieselfähige Produkte kann dies eine kurze und weitgehend vollständige Entleerung ermöglichen. Die tatsächliche Entleerzeit, die Restmenge und die Gefahr einer Entmischung beim Austrag hängen allerdings immer von Kohäsivität, Feuchte, Partikelstruktur, Austragsquerschnitt und nachfolgender Fördertechnik ab.
Die spezifische Leistungsaufnahme eines aktiven konvektiven Mischers kann höher sein als die eines Freifallsystems, weil das Mischwerkzeug das Produkt gezielt bewegt. Ob daraus im Gesamtprozess ein höherer oder niedrigerer Energiebedarf pro Charge resultiert, lässt sich nicht allgemein festlegen. Er hängt von Mischdauer, Füllgrad, Produktwiderstand, Antriebswirkungsgrad, Beschickung, Entleerung und Reinigungsaufwand ab. Ein möglicher Vorteil des KoneSlid® liegt darin, dass die Mischenergie über eine wesentlich kürzere Zeit eingebracht wird und die Gesamtchargenzeit sinken kann. Eine belastbare Energiebewertung sollte jedoch auf Messungen mit dem konkreten Produkt beruhen.
Die Wahl zwischen KoneSlid® und Doppelkonusmischer sollte daher nicht ausschließlich über die Mischzeit erfolgen. Ein Doppelkonusmischer kann für einfache, gut fließende, bereits desagglomerierte und wenig zeitkritische Pulvermischungen eine wirtschaftliche, produktschonende Lösung sein. Ein KoneSlid®-Mischer ist besonders interessant, wenn kurze Chargenzeiten, eine präzise Homogenisierung, die Verarbeitung kohäsiver oder unterschiedlich zusammengesetzter Pulver, eine Flüssigkeitszugabe oder eine flexible Anpassung der Mischintensität gefordert sind. In jedem Fall sollten Mischzeit, Mischgüte, Austragsverhalten und mögliche Entmischung nach dem Mischen mit Originalprodukt untersucht werden.
Der KoneSlid®-Mischer KS: kurze Mischzeit, schnelle Entleerung
Der amixon® KoneSlid®-Mischer KS ist für die besonders schnelle und zugleich schonende Homogenisierung empfindlicher Schüttgüter ausgelegt. Typische Anwendungen sind Produkte aus Sprühtrocknung, Wirbelschichtgranulation oder Bandtrocknung, beispielsweise Instantgetränkepulver, Milchpulverderivate, Instantsuppen, Müsli, Tee oder Komponenten für Tiefkühlprodukte. Solche Produkte bestehen häufig aus unterschiedlich großen, empfindlichen und teilweise agglomerierten Partikeln. Ziel ist es, die geforderte Homogenität zu erreichen, ohne die Partikelstruktur, Instantisierungseigenschaften, Löslichkeit oder Staubarmut unnötig zu verändern.
Der KoneSlid®-Mischer arbeitet mit einem zentralen, aktiv angetriebenen Mischwerkzeug. Dieses fördert das Produkt im wandnahen Bereich nach oben, während es im zentralen Bereich durch die Schwerkraft wieder abwärts strömt. Ein zentraler Verdrängerkörper leitet den abwärts fließenden Produktstrom erneut in die äußere Mischzone. Dadurch entsteht eine dreidimensionale, zwangsgeführte Produktumwälzung. Bereits nach rund vier Werkzeugumdrehungen kann das gesamte Chargenvolumen einmal umgeschichtet sein. Nach etwa 20 bis 40 Umdrehungen kann – abhängig von Rezeptur, Füllgrad, Zielhomogenität und Produkteigenschaften – die technisch ideale Zufallsmischung erreicht werden. Die konkrete Anzahl der erforderlichen Umdrehungen und die Mischzeit sind jedoch immer durch Versuche mit dem Originalprodukt abzusichern.
Im Vergleich dazu sind klassische Doppelkonus- und V-Mischer Freifall- beziehungsweise Taumelmischer. Der gesamte Mischbehälter rotiert, während das Produkt angehoben, geteilt und durch Schwerkraft wieder zurückgeführt wird. Die Homogenisierung entsteht durch wiederholtes Umschichten und Zufallsbewegungen der Schüttung. Das Verfahren ist schonend und für gut fließende, weitgehend agglomeratfreie Pulver oder Granulate geeignet. Weil der Produktaustausch weniger gezielt erfolgt, benötigen Doppelkonusmischer in vielen Fällen mehr Behälterumdrehungen und längere Mischzeiten als ein aktiv arbeitender KoneSlid®-Mischer. Der tatsächliche Unterschied hängt jedoch von Rezeptur, Füllgrad, Drehzahl, Behältergeometrie und Zielhomogenität ab.
Bei ausgeprägten Unterschieden von Partikelgröße oder Schüttdichte kann sich das Risiko einer Entmischung im Doppelkonusmischer erhöhen. Solche Risiken bestehen insbesondere auch beim Entleeren, an Fallstrecken oder bei der nachfolgenden Förderung. Der KoneSlid® reduziert dieses Risiko durch seine definierte konvektive Produktführung und durch die kurze Prozesszeit, verhindert eine Entmischung aber nicht grundsätzlich allein aufgrund seiner Geometrie. Die Behauptung einer vollständigen Dichteunempfindlichkeit wäre daher technisch nicht belastbar. Ob die Mischung bis zur Abfüllung stabil bleibt, muss für jede Rezeptur über Misch-, Austrags- und Förderversuche überprüft werden.
Ein weiterer Nutzen des KoneSlid® liegt in seinem Austragskonzept. Nach Abschluss des Mischvorgangs kann sich das zentrale Verschlusssystem absenken und einen großen Austragsquerschnitt freigeben. Bei ausreichend rieselfähigen Produkten kann die Charge innerhalb weniger Sekunden ausfließen. Dies kann die Chargenzeit spürbar verkürzen und Produktreste reduzieren. Angaben wie eine Restentleerung von 99,98 Prozent oder besser müssen jedoch auf das konkrete Produkt, den tatsächlichen Füllgrad und die jeweilige Apparateausführung bezogen werden. Kohäsive, feuchte oder anhaftende Produkte können ein deutlich anderes Entleerungsverhalten zeigen.
Die schnelle Entleerung kann gegenüber Lösungen mit Austragsschnecke oder kleinen Auslaufquerschnitten weitere Vorteile haben. Bei geeignetem Produkt kann sie die Verweilzeit im Austragsbereich senken, den Reinigungsaufwand reduzieren und potenzielle Zonen mit Produktstau vermeiden. Aussagen wie „keine Brückenbildung“ oder „keine Entmischung“ sollten jedoch nicht pauschal getroffen werden, da Brückenbildung und Entmischung immer von Kohäsivität, Feuchte, Partikelstruktur, Luftgehalt, Austragsgeometrie und nachgelagerter Fördertechnik abhängen.
Der KS kann für hygienische und sicherheitsrelevante Anforderungen projektspezifisch ausgeführt werden. Dazu gehören eine ATEX-Auslegung für Zone 20, Optionen für Vakuum- oder Inertbetrieb sowie Hygienekonzepte nach EHEDG, FDA oder 3-A Sanitary Standards. Die konkrete Konformität ergibt sich jeweils aus der vereinbarten Ausführung und den Anforderungen des Betreibers. Fugenfrei verschweißte und verschliffene Produktflächen, ein nur oben gelagertes Mischwerk, gut zugängliche CleverCut®-Inspektionstüren mit OmgaSeal®-Dichtungen, totraumarme Austragsorgane sowie integrierte Waschlanzen können die manuelle Trockenreinigung oder eine validierbare Nassreinigung unterstützen.
Neben dem KS bietet amixon® unterschiedliche Bauformen für verschiedene Chargengrößen und Prozessaufgaben. Die vertikalen und konischen Mischer VM, HM und AM sowie die Mischtrockner-Reaktoren VMT und AMT können je nach Projekt bis etwa 50.000 Liter ausgeführt werden. Der Gyraton® GM deckt große Chargen bis ungefähr 100 m³ ab. Für Kleinst- und Entwicklungschargen stehen der EM im Bereich von etwa 5 bis 200 Litern sowie der Containermischer COM im Bereich von etwa 100 bis 4.000 Litern zur Verfügung. Der mögliche Füllgradbereich kann je nach Bauform, Rezeptur und Apparateauslegung etwa 10 bis 100 Prozent betragen. Ob die technisch ideale Mischgüte über den gesamten Bereich erreicht wird, muss produktbezogen nachgewiesen werden.
amixon® kann den Vergleich zwischen einem bestehenden Doppelkonusmischer und dem KoneSlid® im Technikum mit Originalprodukt durchführen. Dabei werden nicht nur Mischzeit und Homogenität bewertet, sondern auch Produktschonung, möglicher Partikelbruch, Entleerungszeit, Restentleerung, Staubverhalten, Reinigbarkeit und die Stabilität der Mischung nach Austrag und Förderung. Die dokumentierten Versuchsergebnisse bieten eine fundierte Entscheidungsgrundlage für die Auswahl des geeigneten Mischprinzips.