Welche Vorteile bietet ein Vertikal-Zweiwellenmischer im Vergleich zu einem Einwellenmischer bei großen Chargen?
Es ist nicht richtig, dass ein Zweiwellenmischer automatisch eine höhere Mischgüte liefert. Beide Systeme können eine ideale Mischgüte erzielen. Vielmehr können sich die Misch- bzw. Verweilzeiten zwischen Einwellen- und Zweiwellenmischern deutlich unterscheiden. In den meisten Anwendungen belastet der Einwellenmischer die Partikel stärker, während der Zweiwellenmischer eine elegantere Strömungs- und Umwälzcharakteristik bietet. Er benötigt nur etwa ein Drittel der Energie, um dieselbe Mischgüte zu erreichen. Entscheidend ist das Zusammenspiel von Werkzeuggeometrie, Drehzahl und Produktverhalten.
Strömungsbild und Mischmechanismus
Zwei ineinandergreifende Mischwerkzeuge erzeugen im Mischraum eine dreidimensionale, sich überlappende Strömung. Das Mischgut wird radial, axial und tangential umgeschichtet. Der Überschneidungsbereich der beiden Werkzeuge erfasst dabei genau jene Zone im Zentrum des Behälters, die bei einwelliger Bauweise am schwächsten durchströmt wird.
Drehen die Werkzeuge gleichsinnig, kommt es bei jeder Umdrehung zu einer Schubumkehr. Partikel werden dadurch immer wieder neu orientiert, statt sich gleichsinnig auszurichten. Das ist besonders bei nadel- oder plättchenförmigen Partikeln von Vorteil, die sonst zur Bildung stabiler Aggregate neigen.
Mischzeit und Energiebedarf
Der wesentliche Unterschied liegt nicht in der erreichbaren Mischgüte, sondern in der Zeit und der Energie, die dafür nötig sind. In vielen Anwendungen genügt etwa ein Drittel der Mischzeit eines vergleichbaren Einwellenmischers, bei entsprechend geringerem spezifischem Energieeintrag je Tonne Mischgut.
Kürzere Mischzeiten wirken sich doppelt aus: Der Durchsatz steigt, und die kumulative mechanische Belastung des Produkts sinkt. Für bruchempfindliche Granulate, beschichtete Partikel oder sprühgetrocknete Strukturen ist das oft der ausschlaggebende Punkt.
Vorteile bei großen Chargen
Mit wachsendem Chargenvolumen verstärken sich die Unterschiede, weil sich lange Mischzeiten unmittelbar auf Taktzeit, Energiekosten und Verschleiß auswirken:
- Geringerer spezifischer Energieverbrauch je Tonne, da die Anlage für dieselbe Homogenität deutlich kürzer läuft.
- Weniger abrasiver Verschleiß an Werkzeug und Behälterwand durch die kürzere effektive Kontaktzeit zwischen Mischgut und produktberührten Bauteilen.
- Geringere Bauhöhe als ein Einwellenmischer gleichen Volumens, was die Integration in bestehende Gebäude erleichtert.
- Möglichkeit mehrerer Entleerstutzen, sodass nachgelagerte Verpackungslinien parallel versorgt werden können.
- Bessere Ausnutzung des Nutzvolumens und damit ein günstigeres Verhältnis von Investition zu Chargengröße.
Füllgrad und Chargenflexibilität
Vertikale Mischsysteme arbeiten in einem weiten Füllgradbereich. Sofern die Umschichtung den gesamten Mischraum erfasst, lassen sich unterschiedlich große Chargen im selben Apparat fahren, ohne die Homogenität neu absichern zu müssen. Das ist für Betriebe mit häufigen Rezeptur- und Chargenwechseln ein praktischer Vorteil gegenüber Systemen mit engem Arbeitsfenster.
Grenzen und Abwägungen
Der Zweiwellenmischer ist nicht in jedem Fall die bessere Wahl. Zwei Wellen bedeuten zwei Lagerungen, zwei Dichtstellen und eine aufwendigere Mechanik. Das erhöht die Investition und den Instandhaltungsaufwand und vergrößert bei hygienisch sensiblen Anwendungen die zu reinigende Oberfläche.
Bei kleinen Chargen, einfachen Rezepturen oder unkritischen Mischzeiten kann ein Einwellenmischer daher wirtschaftlicher sein. Der Vorteil der zweiwelligen Bauweise entfaltet sich vor allem dort, wo große Volumina, kurze Taktzeiten und empfindliche Produkte zusammentreffen.
Auswahlkriterien
Maßgeblich für die Entscheidung sind Chargengröße und geforderte Taktzeit, die Empfindlichkeit des Produkts gegenüber Scherung und Wärmeeintrag, die Bandbreite der zu fahrenden Chargengrößen, die verfügbare Bauhöhe sowie das Reinigungsregime. Da sich diese Faktoren gegenseitig beeinflussen, sollte die Auswahl durch einen Versuch mit dem Originalprodukt abgesichert werden, in dem Mischgüte, Mischzeit und Produktschonung gemeinsam bewertet werden.
Welche Vorteile bietet ein Vertikal-Zweiwellenmischer gegenüber einem Einwellenmischer bei großen Chargen?
Beide Mischsysteme werden von der amixon® GmbH produziert und sind weltweit tausendfach im Einsatz.
Ein Vertikal-Zweiwellenmischer verringert die Mischzeit im Vergleich zu einem Vertikal-Einwellenmischer deutlich. In der Regel reicht ein Drittel der Mischzeit aus. Der Energieeintrag für dieselbe Mischgüte beträgt ebenfalls nur ein Drittel. Beide Systeme erzielen eine ideale Mischgüte.
Durch die zwei ineinandergreifenden Mischwerkzeuge entsteht im Mischraum eine dreidimensionale, sich überlappende Strömung. Dabei findet bei jeder Umdrehung eine Schubumkehr statt. Dadurch werden die Mischgüter radial, axial und tangential vermischt. Der Überschneidungsbereich eliminiert strömungsärmere Zonen im Zentrum des Mischraums. Da die Helix-Mischwerkzeuge gleichsinnig drehen, kommt es bei jeder Umdrehung zu einer Schubumkehr. So werden ideale Mischgüten bei minimaler Energieeintragung erreicht.
Die vertikale Zweiwellenbaureihe von amixon® zählt zu den effizientesten Mischverfahren überhaupt. Insbesondere bei größeren Chargen von 4.000 bis 20.000 Litern ist dieses Verfahren sehr effizient. Dadurch verkürzen sich die Mischzeiten im Vergleich zu Einwellenmischern signifikant. Typische Zielgrößen wie ein Variationskoeffizient der Mischgüte von unter 5 % bei extremen Komponentenzusammensetzungen von bis zu 1:100.000 werden reproduzierbar erreicht.
Ein weiterer Vorteil vertikaler Mischsysteme ist die Flexibilität beim Füllgrad.
Aus Gründen der Partikelschonung arbeiten Vertikal-Zweiwellenmischer häufig mit geringeren Umfangsgeschwindigkeiten. Dies reduziert mechanische Belastungen, Kornbruch und Erwärmung.
Prozesstechnisch und wirtschaftlich wirken sich diese Eigenschaften wie folgt aus:
- Reduzierter spezifischer Energieverbrauch (kWh/t): Durch die drastisch verkürzten Mischzeiten sinkt der Energiebedarf pro Tonne Mischgut gegenüber Einwellensystemen, die für eine vergleichbare Homogenität deutlich länger laufen müssen.
- Geringerer Verschleiß: Die kürzere effektive Kontaktzeit zwischen Mischgut und produktberührten Komponenten reduziert den abrasiven Verschleiß von Werkzeug und Behälter.
- Hohe Anlagenverfügbarkeit: Moderne Vertikal-Zweiwellenmischer erlauben eine nahezu restlose Entleerung mittels ComDisc®, SinConcave®/SinConvex® und MultiPlane®. Dadurch verringern sich die Reinigungszeiten und das Risiko von Kreuzkontaminationen zwischen Produktläufen sinkt. Dies erhöht die Gesamtanlageneffektivität (OEE), insbesondere bei hohen Durchsatzraten.
- Effiziente Volumennutzung und Skalierbarkeit: Bei großen Chargen kann das nutzbare Volumen des Mischers besser ausgeschöpft werden, wodurch sich ein günstigeres Verhältnis von Investitionskosten zu Chargengröße ergibt.
- Flexible Abfüllung: Zweiwellenmischer können mit vielen Entleerstutzen ausgestattet werden. So kann ein Präzisionsmischer mehrere Verpackungsmaschinen gleichzeitig mit ideal gemischtem Pulver versorgen.
- Geringere Bauhöhe: Zweiwellenmischer benötigen eine geringere Bauhöhe als Vertikal-Einwellenmischer.
Zusammengefasst sind Zweiwellenmischer bei Chargengrößen im industriellen Maßstab häufig die bevorzugte Wahl, da sie eine ideale Homogenität, kürzere Prozesszeiten und nahezu keinen Wärmeeintrag bewirken. Die Struktur des Mischguts bleibt unverändert, d. h., es bleibt weitgehend naturbelassen.