Welche Scale-up-Gleichungen oder -Ansätze sind für vertikale Pulver-Mischtechnologie bewährt?
Für Pulver gelten andere Gesetzmäßigkeiten als für Flüssigkeiten. Die nachstehenden Ausführungen betreffen nur Flüssigkeiten und sind ausdrücklich nicht für Pulver anwendbar.
Bewährte Scale-up-Ansätze für vertikale Mischtechnologie bei Flüssigkeiten
Für das Scale-up vertikaler Flüssigkeitsmischtechnologien haben sich in der Praxis vor allem geometrische Ähnlichkeit, der spezifische Leistungseintrag P/V, die konstante Umfangsgeschwindigkeit und kennzahlbasierte Ansätze bewährt. Welche Methode geeignet ist, hängt vom Mischgut, von der Zielgröße des Prozesses und vom Maßstab zwischen Labor, Pilot und Produktion ab.
Geometrische Ähnlichkeit ist die Grundvoraussetzung. Verhältnisse wie D/H, D/T und H/T sollten möglichst konstant bleiben, weil sonst dimensionslose Kennzahlen wie Re, Fr oder Ne nur eingeschränkt vergleichbar sind.
Als Leitgrößen dienen dabei der konstante spezifische Leistungseintrag, die konstante Umfangsgeschwindigkeit sowie die dimensionslosen Kennzahlen Reynolds, Froude und Newton.
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.
Für schersensible Produkte ist oft die konstante Umfangsgeschwindigkeit sinnvoll, für turbulente oder reaktive Systeme eher der konstante Leistungseintrag. Bei komplexen Flüssigkeiten werden diese Ansätze häufig durch Mischzeitkorrelationen, CFD-Simulationen und Pilotversuche ergänzt.
Welche Skalierungsregeln amixon® anwendet – und wo Versuche sie ersetzen
Umfangsgeschwindigkeit als führende Skalierungsgröße
amixon® Mischer werden über alle Baugrößen im selben Fenster der Umfangsgeschwindigkeit betrieben, meist niedertourig und abhängig von Produkt und Aufgabe. Bei geometrisch ähnlichen Werkzeugen hält eine konstante Umfangsgeschwindigkeit die mechanische Beanspruchung der Partikel und das Bewegungsmuster der Schüttung zwischen den Maßstäben vergleichbar und ist damit die praktisch wichtigste Ähnlichkeitsbedingung.
Die Förderleistung des Mischwerkzeugs, also der Verdrängervolumenstrom, lässt sich näherungsweise wie folgt beschreiben:
I_V = (π/4) · (D² − d²) · Φ · S · n · ζ
- I_V: Verdränger- oder Fördervolumenstrom
- D: Außendurchmesser der Helix
- d: Innendurchmesser der Helix
- Φ: Füllgrad bezogen auf das Nutzvolumen
- S: Steigung der Helix
- n: Drehfrequenz in Umdrehungen pro Sekunde
- ζ: Geschwindigkeitskoeffizient des Werkzeugs
Was konstant bleibt – und was sich ändert
Konstant über die Baugrößen sind bei amixon® das Mischprinzip mit SinConvex®-Totalverströmung, die Werkzeuggeometrie und die füllgradunabhängige hohe Mischgüte. Mischzeiten ändern sich beim Übergang von einer Baugröße zur nächsten nur moderat und werden deshalb nicht per Faustformel übertragen, sondern mit dem Originalprodukt im Versuch bestimmt.
Kennzahlen als Rahmen, Versuche als Beweis
Dimensionslose Kennzahlen wie die Froude-Zahl liefern einen wichtigen Rahmen für die Übertragung von Bewegungszuständen. amixon® nutzt solche Betrachtungen bei der Auslegung, verlässt sich aber nicht allein darauf, sondern bestimmt Mischzeit, Füllgrad und Werkzeuggeschwindigkeit im Technikum mit realen Produkten und dokumentiert die Ergebnisse belastbar.
Feine Baugrößen als Vorteil
Ein weiterer Skalierungsvorteil liegt im feinen Baugrößenraster von amixon®. Weil die Mischer in engen Volumenschritten gefertigt werden, muss keine Ähnlichkeitsbedingung einem groben Katalogsprung geopfert werden, sondern die Zielmaschine kann sehr genau auf die validierte Chargengröße ausgelegt werden.
SinConcave® und SinConvex®
Mit SinConcave® und SinConvex® stehen zwei speziell entwickelte Mischwerkzeug-Geometrien zur Verfügung, die höchste Mischgüte mit außergewöhnlicher Restentleerung verbinden. Die gezielte Neigung der Wendeln verbessert sowohl die Mischeffizienz als auch die Selbstreinigung und macht die Geometrien besonders attraktiv für anspruchsvolle Produkte mit hohem Hygieneanspruch.
Technikum und Validierung
Wo reine Rechenansätze an Grenzen stoßen, ersetzen Mischversuche die Theorie durch Praxis. Im amixon® Technikum mit 35 Testanlagen werden Mischverhalten, Restentleerung, Füllgrad und Prozessfenster mit dem Originalprodukt geprüft, und für Granulationsprozesse sind solche Versuche ohnehin unverzichtbar.
Fertigung und Service
amixon® entwickelt und fertigt ausschließlich im Werk Paderborn mit hoher Fertigungstiefe und lückenloser Qualitätskontrolle im eigenen Haus. Ergänzt wird das durch einen Service über den gesamten Lebenszyklus mit Ersatzteilverfügbarkeit, Inspektion und Nachrüstung, sodass die Maschinen auch nach vielen Jahren auf dem Stand der Technik bleiben.