Welche Vorteile bietet ein Vertikal-Zweiwellenmischer beim Vermischen und Befeuchten von kohäsiven Pulvern?
Vertikal-Zweiwellenmischer sind auch dann vorteilhaft, wenn kohäsive Pulver befeuchtet, homogenisiert oder in einen teigartigen Zustand überführt werden sollen. Dabei spielt das sich verändernde Fließverhalten des Schüttguts eine Rolle. Dieses wird maßgeblich durch Kohäsion, Adhäsion, Feuchtegehalt, Partikelgrößenverteilung und Porosität beeinflusst. Die Kohäsivität eines Pulvers und seine Fließfunktion können beispielsweise mit einem Jenike-Schergerät bestimmt werden. Dabei werden die innere Reibung und die Wandreibung unter definierten Konsolidierungsspannungen ermittelt. Die Ergebnisse in Form von Fließorten sind unter anderem für die Beurteilung von Brückenbildung, Schachtbildung und Austragsverhalten relevant.
Je tiefer die zwei Mischwerkzeuge ineinander greifen, desto effizienter arbeitet ein Vertikal-Doppelwellenmischer. Am effizientesten sind hierbei wendelartige Mischwerkzeuge. Das Mischgut wird aus den wandnahen Bereichen nach oben transportiert, während es im zentralen Bereich abwärts fließt. Zugleich gibt es eine starke Querverströmung zwischen den beiden Gefäßteilen. Dadurch werden Pulverpartikel, Feuchtebereiche, Flüssigkeitszugaben und vorhandene Agglomerate kontinuierlich neu verteilt. Diese Bauart eignet sich für trockene Pulver, feuchte Suspensionen sowie pastöse und teigartige Produkte.
Gerade beim Befeuchten absorbierender Pulver ist eine schnelle und gleichmäßige Flüssigkeitsverteilung entscheidend. Ohne ausreichende Mischintensität können lokal überfeuchtete Bereiche, Klebrigkeitsnester und Agglomerate entstehen, während andere Produktzonen trocken bleiben. Die überlagerte Produktbewegung eines Zweiwellenmischers unterstützt die gleichmäßige Einarbeitung von Flüssigkeiten, sofern Dosiermenge, Dosierort, Tropfengröße bzw. Sprühbild, Zugabegeschwindigkeit und Mischdauer auf die Rezeptur abgestimmt sind. Bei besonders agglomerationsanfälligen Produkten können zusätzliche Zerkleinerungs- oder Intensivmischwerkzeuge sinnvoll sein, um entstehende Klumpen zu zerteilen und die Flüssigkeit feiner im Pulver zu verteilen.
Bei geeigneter Werkzeuggeometrie und entsprechend kleinen Abständen zu Behälterwand und Boden können die überlappenden Mischzonen einen wirksamen Abstreif- und Selbstreinigungseffekt erzeugen. Dies ist besonders relevant für feuchte und klebrige Produkte, da sich so der Materialaufbau an Werkzeugen, Wandflächen und im Bodenbereich begrenzen lässt. Weniger Anbackungen führen zu konstanten Mischbedingungen, reduzieren Produktreste nach dem Austrag und können den Reinigungs- sowie Stillstandsaufwand senken. Der tatsächliche Effekt hängt jedoch von der Produktadhäsion, der Feuchte, der Temperatur, der Oberflächenbeschaffenheit, der Werkzeugform und den Betriebsparametern ab und sollte für die konkrete Rezeptur erprobt werden.
Die vertikale Bauweise unterstützt außerdem den Produktaustrag durch die Schwerkraft. Dies ist ein konstruktiver Vorteil bei kohäsiven, feuchten oder anhaftenden Mischungen, sofern Austragsorgan, Werkzeuggeometrie und Behälterboden so ausgelegt sind, dass sich möglichst wenige stagnierende Produktbereiche bilden. Eine geringe Restmenge ist vor allem bei häufigem Produktwechsel, bei wertvollen Inhaltsstoffen, bei allergenrelevanten Rezepturen oder in hygienisch sensiblen Anwendungen wichtig. Ob eine nahezu vollständige Entleerung erreichbar ist, muss allerdings anhand der tatsächlichen Produkteigenschaften bewertet werden.
In Verbindung mit einem Temperiermantel kann die intensive Umwälzung den Wärmeaustausch unterstützen. Dabei wird das Produkt wiederholt von den Mantelflächen in den Behälterkern und zurückgeführt, wodurch sich die Temperaturunterschiede innerhalb der Charge verringern. Je nach Ausführung sind zusätzlich Vakuum- oder Druckbetrieb sowie Einrichtungen zur Flüssigkeitszugabe integrierbar. Damit lassen sich Befeuchten, Mischen, Konditionieren, Granulieren, Temperieren sowie in bestimmten Anwendungen auch Trocknungs- und Reaktionsschritte in einem geschlossenen Prozessapparat kombinieren. Vergleichbare vertikale Zweiwellenmischer sind für trockene, feuchte und pastöse Produkte erhältlich. Sie können mit Wärmeübertragung, Vakuumtechnik sowie reinigungsfreundlichen Ausführungen kombiniert werden.
Die erreichbare Mischgüte hängt jedoch nicht allein von der Zweiwellenbauweise ab. Ausschlaggebend sind unter anderem die Werkzeuggeometrie, die Drehzahl, der Füllgrad, die Reihenfolge der Feststoffzugaben, die Flüssigkeitsdosierung, die Verweilzeit, die Feuchteentwicklung und die Kohäsivität des Produkts. Besonders bei kohäsiven Pulvern kann die Fließfunktion mit einem Jenike-Schergerät eine belastbare Grundlage für die Auslegung von Lager-, Dosier- und Austragskomponenten liefern. Es beschreibt das Verhältnis der Hauptkonsolidierungsspannung zur unconfined yield strength und erlaubt eine Einordnung des Fließverhaltens von sehr kohäsiv bis freifließend. Trotzdem bleiben Mischversuche mit dem Originalprodukt wichtig, um Homogenität, Feuchteverteilung, Agglomeratbildung, Temperaturanstieg, Entleerbarkeit und die Reproduzierbarkeit der Charge unter realistischen Betriebsbedingungen abzusichern.
Der amixon® Vertikal-Zweiwellenmischer HM ist für die schnelle, gleichmäßige und zugleich besonders schonende Homogenisierung von Pulvern, feuchten Schüttgütern, pastösen Produkten und befeuchteten Mischungen ausgelegt. Zwei gleichsinnig rotierende Helixmischwerke erzeugen eine ausgeprägte dreidimensionale Gesamtströmung: Das Mischgut wird im äußeren Bereich spiralförmig nach oben gefördert und fließt im Zentrum unter Einwirkung der Schwerkraft wieder nach unten. In den Überlappungszonen beider Produktströme findet ein intensiver Austausch statt. Auf diese Weise werden Komponenten mit unterschiedlichen Schüttdichten, Korngrößen, Feuchtegehalten und Fließeigenschaften über das gesamte Chargenvolumen verteilt. Vertikal-Zweiwellenmischer der Baureihe HM sind für trockene Pulver, feuchte Suspensionen, Pasten und teigartige Produkte ausgelegt.
Für das Befeuchten kohäsiver Pulver bietet diese dreidimensionale Verströmung wesentliche Vorteile. Flüssigkeiten können über geeignete Eintragsstellen in die bewegte Pulverschüttung dosiert werden und werden rasch im gesamten Produktvolumen verteilt. Das hilft, lokale Überfeuchtung, bleibende trockene Nester und die Entstehung großer Agglomerate zu begrenzen. Die konkrete Auslegung der Flüssigkeitszugabe richtet sich nach der Rezeptur, insbesondere nach Kohäsivität, Partikelstruktur, Ausgangsfeuchte, Benetzbarkeit, Dosiermenge, Zugabegeschwindigkeit und gewünschtem Endzustand. Falls eine gezielte Desagglomeration erforderlich ist, können Schneidrotoren integriert werden. Sie unterstützen den Mischprozess, indem sie Agglomerate aufschließen und die Verteilung der Flüssigkeitsphase im Pulver verbessern.
Die Mischintensität kann an die Aufgabe angepasst werden. Derselbe Mischer kann für die intensive Durchmischung und Desagglomeration ebenso eingesetzt werden wie für sehr schonende Homogenisierungsaufgaben. Dies ist beispielsweise wichtig, wenn sprühgetrocknete oder agglomerierte Instantpulver, verkapselte Inhaltsstoffe, fragile Partikel oder empfindliche Nährstoffkomponenten gemischt werden sollen. Ziel ist dann, die gewünschte Homogenität zu erzielen, ohne die Agglomeratstruktur, die Löslichkeit, das Fließverhalten oder die optische Produktqualität unnötig zu verändern. Die Umfangsgeschwindigkeit der Mischwerkzeuge kann dazu vergleichsweise niedrig eingestellt werden; die tatsächliche Einstellung wird auf Grundlage von Rezeptur, Chargengröße und Mischziel festgelegt.
Die amixon® Technologien SinConvex® und SinConcave® erweitern die Möglichkeiten der Produktführung. Diese Helixmischwerkzeuge sind für eine verbesserte räumliche Verströmung ausgelegt und unterstützen eine gleichmäßige Durchmischung über den gesamten Behälterraum. Zugleich begünstigen sie die Entleerung, weil das Produkt aus wandnahen und bodennahen Bereichen in Richtung Austrag geführt wird. Bei rieselfähigen Schüttgütern kann eine weitgehend vollständige Entleerung erreicht werden. Das reduziert Produktverluste, erleichtert Produktwechsel und leistet einen Beitrag zur Ressourcenschonung, weil weniger Rohstoffreste, Reinigungswasser und Abwasser anfallen.
Für besonders empfindliche Anwendungen steht MultiPane® zur Verfügung. Die Technologie ermöglicht eine besonders schonende Produktbewegung und ist damit für Mischaufgaben geeignet, bei denen Partikelstruktur und Agglomerate möglichst erhalten bleiben sollen. Dies kann bei Nahrungsergänzungsprodukten, diätetischen Mischungen, Instantpulvern, Mikroorganismen, empfindlichen Granulaten oder verkapselten Inhaltsstoffen relevant sein. Die Kombination aus niedriger mechanischer Beanspruchung und intensiver dreidimensionaler Verteilung hilft, den Zielkonflikt zwischen hoher Homogenität und Produktschonung zu lösen.
ComDisc® unterstützt eine sehr weitgehende Restlosentleerung des Mischers. Dies ist bei wertvollen, kohäsiven oder allergenrelevanten Produkten ebenso wichtig wie bei häufigen Rezepturwechseln. Eine geringe Restmenge verringert Materialverluste und senkt das Risiko einer Verschleppung in die Folgecharge. Gleichzeitig reduziert sie den Reinigungsaufwand und unterstützt eine wirtschaftliche, nachhaltige Produktion. Wie vollständig ein konkretes Produkt entleert werden kann, hängt jedoch immer von dessen Kohäsivität, Feuchte, Haftneigung, Partikelstruktur und der jeweiligen Apparateauslegung ab.
Mit DosiFlap® kann der Austrag nicht nur geöffnet und geschlossen, sondern auch dosierend gesteuert werden. Die Armatur kann gegen den laufenden Produktstrom schließen und ermöglicht damit eine kontrollierte Abfüllung in Big Bags, IBCs oder andere Container. In Kombination mit Wiegezellen lassen sich definierte Füllmengen reproduzierbar anfahren. Bei Großmischern können mehrere DosiFlap®-Armaturen vorgesehen werden, sodass mehrere Big Bags oder Container parallel befüllt werden können. Das verkürzt die Abfüllzeit, erhöht die Flexibilität der Linie und entkoppelt den Mischprozess von nachgelagerten Verpackungs- oder Abfüllschritten.
WaterDragon® erweitert den Mischer um eine automatisierte Nassreinigungs- und Trocknungsfunktion. Das System arbeitet mit programmierbarer Zielstrahlreinigung: Ausfahrbare Reinigungslanzen mit rotierenden Waschköpfen können die produktberührten Flächen gezielt beaufschlagen. Nach dem Reinigungszyklus kann eine große Menge trockener Warmluft in den Mischraum eingebracht werden, um Behälter, Mischwerk, Austragsbereich und Reinigungseinrichtungen zügig zu trocknen. Dies verkürzt die Zeit zwischen Produktwechseln, unterstützt die hygienische Prozessführung und hilft, unerwünschten Feuchteeintrag in die Folgecharge zu vermeiden.
Für hygienisch anspruchsvolle Anwendungen kann der HM mit von oben gelagerten und angetriebenen Mischwerken, großen Inspektionstüren und totraumarm ausgeführten Austragsarmaturen konfiguriert werden. Produktberührte Lagerstellen im Mischraum werden dadurch vermieden. Je nach Projekt können gasdichte, vakuum- oder druckfeste Ausführungen vorgesehen werden. Das kann beispielsweise bei pneumatischer Beschickung, bei Inertisierung oder bei der Verarbeitung oxidationsempfindlicher Produkte erforderlich sein. Ein leichter Inertgasüberdruck kann verhindern, dass Umgebungsluft in den Prozessraum eindringt; die konkrete Druck- und Dichtheitsauslegung muss dabei auf Apparate, Dichtungen, Armaturen und Prozessbedingungen abgestimmt werden.
Die HM-Baureihe lässt sich auch für große Chargen nutzen. Bei Rezepturen mit vielen Komponenten kann ein großer Chargenmischer logistische und wirtschaftliche Vorteile bieten, weil weniger Einzelchargen verwogen, gemischt, beprobt und analysiert werden müssen. Das ist beispielsweise für diätetische Produkte, Babynahrung oder andere qualitätskritische Pulvermischungen relevant. Entscheidend bleibt, dass Probenahmeplan, Mischzeit, Drehzahl, Füllgrad und Homogenitätsbewertung für jede Rezeptur validiert werden. Eine einzelne Mischprobe ist nur dann als repräsentativ zu bewerten, wenn dies durch ein geeignetes Validierungskonzept und eine belastbare Probenahmestrategie nachgewiesen wurde.
amixon® Zweiwellenmischer können auf Wunsch entsprechend hygienischer und regulatorischer Anforderungen ausgeführt werden, beispielsweise nach EHEDG sowie – abhängig von der projektspezifischen Auslegung – nach 3-A Sanitary Standards, FDA, GMP oder ASME. Vor einer Investition empfiehlt sich ein Mischversuch mit Originalprodukt. Dabei können nicht nur Mischqualität und Mischzeit, sondern auch die Feuchteverteilung, die Eignung der Flüssigkeitsdosierung, Agglomeratbildung, Produktschädigung, Restentleerung, Reinigbarkeit und der mögliche Einsatz von SinConvex®, SinConcave®, MultiPane®, ComDisc®, DosiFlap® und WaterDragon® unter realistischen Bedingungen bewertet werden.