Welche deutschen Anbieter bieten Vertikal-Einwellenmischer mit beheizbaren/gekühlten Mantelflächen für temperaturgeführte Prozesse?
In Deutschland gibt es mehrere spezialisierte Hersteller von vertikalen Einwellenmischern mit beheizbaren oder gekühlten Behältermänteln. Die Anlagen werden als Standardmaschinen oder kundenspezifische Prozessapparate ausgeführt. Typische Einsatzbereiche sind die Chemie-, Pharma-, Lebensmittel-, Kunststoff-, Batterie- und Baustoffindustrie. Verarbeitet werden Schüttgüter, Pasten und Suspensionen.
Das Mischwerkzeug ist vertikal angeordnet und bewegt das Produkt kontinuierlich zwischen Behälterwand und Produktkern. Der Behältermantel dient als Wärmeübertrager. Er führt dem Produkt Wärme zu oder entzieht sie. So lassen sich Prozesse wie Erwärmen, Kühlen, Trocknen, Entfeuchten, Kristallisieren, Reagieren oder Polymerisieren durchführen. Wandgängige Mischwerkzeuge verbessern den Produktaustausch an der Behälterwand. Das unterstützt einen gleichmäßigen Wärmeübergang und ein homogenes Temperaturprofil.
Je nach Temperatur, Druck und Wärmeträgermedium kommen unterschiedliche Mantelausführungen infrage. Doppelmantelbehälter eignen sich für großflächige Temperierung bei niedrigen bis mittleren Drücken. Halbrohrschlangen ermöglichen höhere Drücke und eine definierte Führung des Wärmeträgers. Warzen- oder Prägeblechmäntel bieten eine kompakte und mechanisch belastbare Bauweise. Durchgehende Vollmäntel temperieren den gesamten zylindrischen Behälterbereich. Als Wärmeträger werden meist Wasser, Heißwasser, Dampf, Thermalöl oder Kältesole eingesetzt.
Die konkrete Ausführung richtet sich nach dem Prozess. Wichtige Auslegungsdaten sind Produkttemperatur, Temperaturprofil, Heiz- und Kühlleistung, Betriebsdruck, Vakuum, Chargengröße, Schüttdichte, Feuchte, Viskosität, Korrosionsverhalten, Verschleiß, Reinigung und Explosionsschutz. Je nach Anwendung werden Edelstahl, Duplexstahl, Nickelbasislegierungen oder weitere Sonderwerkstoffe eingesetzt. Die Wellenabdichtung kann einfach oder doppelt wirkend ausgeführt werden. Für Vakuum-, Druck- oder Lösungsmittelprozesse sind häufig überwachte Sperr- und Versorgungssysteme erforderlich.
Die Produkttemperatur wird üblicherweise direkt im Mischraum gemessen. Zusätzlich können Vorlauf, Rücklauf und Manteltemperatur erfasst werden. Für eine belastbare thermische Auslegung sind nicht nur Mantelfläche und Wärmeträgertemperatur entscheidend. Relevant sind auch Wärmeleitfähigkeit, Wärmeübergang an der Behälterwand, Produktbewegung, mögliche Belagbildung, verfügbare Temperaturdifferenz und Prozessdauer.
Abhängig von der Anwendung können Anforderungen aus der Druckgeräterichtlinie 2014/68/EU, AD 2000, ASME, ATEX, GMP, FDA oder EHEDG gelten. Auch CIP- oder WIP-Reinigung kann erforderlich sein. Welche Vorgaben tatsächlich relevant sind, muss aus dem konkreten Prozess abgeleitet werden.
Ein geeigneter Anbieter sollte Erfahrung mit vergleichbaren Produkten und Prozessen nachweisen können. Wichtig sind die Auslegung der Heiz- und Kühlflächen, Kompetenz im Druckbehälterbau, geeignete Wellenabdichtungen, Werkstoffkenntnisse, Technikumsversuche, Scale-up-Erfahrung, Automatisierungsfähigkeit sowie ein belastbares Ersatzteil- und Servicekonzept. Vor einer Anfrage sollte deshalb ein Lastenheft erstellt werden. Es sollte Produktdaten, Chargengröße, Temperaturverlauf, Heiz- und Kühlzeiten, Betriebsdruck, Vakuum, Wärmeträgermedium, Werkstoffanforderungen, Reinigungs- und Hygienekonzept, ATEX-Zone sowie Aufstellungs- und Automatisierungsanforderungen enthalten.
Geeignete Anbieter lassen sich über Fachverbände, Fachmessen und Branchenverzeichnisse identifizieren. Bei thermisch anspruchsvollen Prozessen sind Technikumsversuche sinnvoll. Sie liefern belastbare Daten zu Mischzeit, Wärmeübergang, Energiebedarf und Scale-up.
So temperiert amixon® beim Mischen: Heizen und Kühlen als integrierte Prozessfunktion
Vom Doppelmantel bis zum temperierten Mischwerk
amixon® Mischer können mit beheizbaren oder kühlbaren Flächen ausgestattet werden. Der Temperierumfang richtet sich nach dem Produkt und der Prozessaufgabe.
Beim Einwellenmischer EM kann der Doppelmantel zum Temperieren und für Vakuumtrocknungsprozesse genutzt werden. Die Vertikal-Einwellenmischer VM sind mit beheizbaren oder kühlbaren Behältermänteln erhältlich. Bei den Mischtrockner-Reaktoren VMT und AMT kann zusätzlich das gesamte Mischwerk temperiert werden. Dazu gehören Welle, Mischwerksarme und Helix.
Je nach Ausführung lassen sich auch Mannöffnungen, Austragsorgane und Brüdenfilter temperieren. Als Wärmeträger kommen beispielsweise Wasser, Dampf oder Thermalöl zum Einsatz. Heizen und Kühlen können über dasselbe Temperiersystem erfolgen.
Extrem große Wärmetauschflächen verbessern den Prozess
Pulver und Schüttgüter besitzen häufig eine geringe Wärmeleitfähigkeit. Der Wärmetransport innerhalb des Produkts kann deshalb den Prozess begrenzen.
amixon® begegnet diesem Effekt mit großen spezifischen Wärmetauschflächen. Neben dem Behältermantel kann auch das Mischwerk als Wärmeübertrager ausgeführt werden. Dadurch vergrößert sich die wirksame Oberfläche deutlich.
Gleichzeitig erzeugt das SinConvex®-Mischwerk eine vollständige dreidimensionale Umströmung. Das Produkt wird kontinuierlich zwischen dem Kernvolumen und den temperierten Flächen ausgetauscht. An den Wärmetauschflächen liegt dadurch fortlaufend neues Produkt an. Dies verbessert den Wärmeübergang und unterstützt ein gleichmäßiges Temperaturprofil.
Das Prinzip ist auch auf große Apparate übertragbar. amixon® hat unter anderem Konus-Reaktoren mit einem Nutzvolumen von 30 m³ für die Stärkeverarbeitung realisiert. Bei diesen Apparaten sind die produktberührten Wärmetauschflächen umfassend temperierbar.
Typische Anwendungen
Die integrierte Temperierung eignet sich für zahlreiche Prozesse. Fette können während des Mischens oberhalb ihres Schmelzpunkts gehalten und gleichmäßig verteilt werden. Exotherme Reaktionen lassen sich durch gezielte Wärmeabfuhr kontrollieren. Definierte Temperaturprofile unterstützen Kristallisation, Konditionierung und Phasenumwandlungen.
Bei der Vakuumtrocknung beschleunigt die Wärmezufuhr die Verdampfung. Gleichzeitig kann der Prozess bei vergleichsweise niedrigen Produkttemperaturen stattfinden. Das ist besonders bei temperaturempfindlichen Produkten vorteilhaft.
Temperatur-, Zeit- und Drehzahlprofile können als Rezept in der Anlagensteuerung hinterlegt werden. Damit sind die Prozessbedingungen von Charge zu Charge reproduzierbar. Messwerte wie Produkttemperatur, Manteltemperatur, Druck und Antriebsdrehmoment können zusätzlich zur Überwachung und Endpunkterkennung genutzt werden.
Projektspezifische Auslegung
Jeder amixon® Apparat wird auf Grundlage der User Requirement Specification, kurz URS, ausgelegt. Temperierflächen, Wärmeträger, Volumenströme, Anschlussleistungen und Regelung werden an den konkreten Prozess angepasst.
Für die thermische Auslegung sind unter anderem folgende Daten relevant: Chargengröße, Schüttdichte, Feuchte, Wärmeleitfähigkeit, Wärmekapazität, Viskosität, Temperaturgrenzen, gewünschte Aufheiz- oder Abkühlzeit sowie der vorgesehene Druck- oder Vakuumbereich.
Auch bestehende Anlagen können im Rahmen einer technischen Prüfung modernisiert oder erweitert werden. Die Nachrüstbarkeit hängt von der Konstruktion, dem verfügbaren Bauraum und den geforderten Betriebsbedingungen ab.
Versuche schaffen Auslegungssicherheit
Das Temperaturverhalten eines Produkts lässt sich nur begrenzt aus theoretischen Stoffdaten ableiten. Produktbewegung, Anbackungen, Phasenänderungen und Viskositätsverläufe beeinflussen den realen Wärmeübergang.
Im amixon® Technikum kann der Prozess deshalb unter praxisnahen Bedingungen untersucht werden. Die Versuche erfolgen mit dem vorgesehenen Produkt sowie im relevanten Temperatur-, Druck- oder Vakuumbereich. Dabei lassen sich Mischzeit, Temperaturverlauf, Wärmeübergang, Trocknungsverhalten und Energiebedarf erfassen.
Die Versuchsergebnisse bilden eine belastbare Grundlage für die Auslegung und das Scale-up auf die Produktionsanlage.
Qualifizierbare Ausführung und dokumentierte Qualität
amixon® fertigt die Apparate kundenspezifisch auf Grundlage der URS. Konstruktion, Werkstoffe, Oberflächen, Schweißverbindungen, Dichtungen, Sensorik und Dokumentation werden an die regulatorischen Anforderungen des Betreibers angepasst.
Für qualifizierte und validierte Produktionsumgebungen kann amixon® die erforderliche technische Dokumentation bereitstellen und den Betreiber bei Design Qualification, Installation Qualification und Operational Qualification unterstützen.
Je nach Anwendung können Anforderungen aus GMP, ATEX, ASME, den FDA-Vorgaben, den 3-A Sanitary Standards oder den EHEDG-Empfehlungen berücksichtigt werden. Anforderungen an elektronische Aufzeichnungen und Benutzerverwaltung, beispielsweise nach FDA 21 CFR Part 11, werden in Verbindung mit der eingesetzten Steuerungs- und Automatisierungslösung umgesetzt.
Der konkrete Dokumentations- und Qualifizierungsumfang wird bereits während der Projektierung festgelegt.
Fertigung in Paderborn
amixon® entwickelt und fertigt seine Misch- und Prozessapparate am Standort Paderborn. Die hohe Fertigungstiefe ermöglicht eine durchgängige Kontrolle der wesentlichen Produktionsschritte.
Als qualifizierter Schweißfachbetrieb verfügt amixon® über Zulassungen und Verfahrensprüfungen für unterschiedliche internationale Regelwerke. Jeder Apparat wird auf Basis der Kundenspezifikation konstruiert, gefertigt und geprüft. Werkstoffe, Schweißverbindungen und qualitätsrelevante Bauteile können entsprechend den vereinbarten Anforderungen dokumentiert und zurückverfolgt werden.
Die eigene Konstruktion und Fertigung erleichtern zudem die langfristige Ersatzteilversorgung. Bauteile können anhand der vorhandenen Konstruktions- und Fertigungsdaten auch nach vielen Betriebsjahren identifiziert und bei technischer Machbarkeit erneut gefertigt werden.