Mischen von hochviskosen Produkten mit Konus - Segler ...

effektiv nutzbar sind. Trotz einer Mischerhöhe
von 8 m und einem oberen Durchmesser
von 5 Metern ist die Restentleerungsmenge
sehr gering, da direkt nach
unten abgelassen wird.
Folgende Punkte sind bei der Auslegung
und für den erfolgreichen Einsatz von
Konus-Schneckenmischern von großer
Wichtigkeit:
• Abstimmung der Materialart aller produktberührenden
Teile auf das zu
mischende Produkt
• Festlegen der Batchgröße
• Auslegung der Geometrie der Mischschnecke
• Dimensionierung und Abstimmung der
Drehzahlen und Drehmomente von
Orbitarm und Mischschnecke.
• Ist eine Reinigung erforderlich?
• Schnelles Eintragen
• Schnelles Austragen
• Verhalten des Produktes während des
Mischvorganges (Energieeintrag usw.)
• Berechnung der mechanischen Beanspruchung
des Gesamtsystems auf
Dauerfestigkeit.
• Berücksichtigung der Einbausituation
und des Aufstellungsortes.
Im folgenden soll am Beispiel eines großen
30 m 3 -Konus-Schneckenmischers die
Montage und Inbetriebnahme vor Auslieferung
beschrieben werden. Jede
Schneckenanlage wird vor Auslieferung
auf Funktionstüchtigkeit überprüft. Je
nach Auftrag, Kunde und zu mischendem
Produkt wird bei dieser Gelegenheit gegebenenfalls
ein Mischversuch mit Produkt
durchgeführt, um dann zusammen die
Mischwirkung bei den gemeinsam festgelegten
Mischparametern zu überprüfen.
Der Konus wird in der Montagehalle
zusammengebaut, nach draußen befördert
und dort mit einem Autokran auf ein
spezielles Mischergestell montiert. Das
Einfüllen von Versuchsmaterial kann über
Big-Bags und Autokran erfolgen. Nachdem
der Mischer sicher steht, elektrisch
angeschlossen ist und Produkt eingefüllt
ist, kann der Mischversuch stattfinden. In
vorher festgelegten Zeitabständen werden
Proben gezogen und nach bekannten
Auswerteverfahren analysiert. Sollten
Anpassungs- und Einstellungsarbeiten an
den Mischparametern und ggf. an der
Mischschnecke notwendig sein, können
diese direkt vor Ort im Werk vorgenommen
werden, ansonsten wird die Anlage
demontiert und für den Versand bzw. Montage
vor Ort vorbereitet.
Im Zusammenhang mit dem Thema
"Mischen von teilweise hochviskosen
Produkten" sei bei dem Konus-Schnekkenmischer
auf eine thermodynamische
Besonderheit eingegangen. Bei einem
speziellen Produkt wurde im unteren
Bereich der Mischschnecke festgestellt,
dass sich das Produkt zunehmend über
die Mischzeit verhärtete. Das Produkt hat
einen TS-Gehalt von über 97% und somit
einen geringen Wassergehalt. Dennoch
hat sich im unteren Konusbereich Wasser
aus dem Produkt ausgeschieden. Während
der Ursachenforschung wurde festgestellt,
dass sich unterhalb des ersten
Schneckenflügels ein Unterdruck bildet,
weil mehr Material weggefördert wird, als
nachrutscht. Der Unterdruck bewirkt, dass
der Dampfdruck, im über die van der
Waalschen Kräfte gebundenen Wasser,
im Produkt unterschritten wird und somit
Wasser ausgeschieden wird. Zum Beispiel
beträgt der Dampfdruck bei 60°C
0,2bar.
Das ausgeschiedene Wasser kondensierte
an den kühlen Wandflächen und
akkumulierte sich an den Stellen auf und
dort bildeten sich eben durch den spezifisch
höheren Wassergehalt und der
Besonderheit des Produktes erhebliche
Verhärtungen. Dadurch wiederum
erhöhte sich die Reibung zwischen Wandung
und Schneckenwelle und vor allem
erhöhte sich dadurch die Temperatur, was
zu einer zusätzlichen Wasserausscheidung
führte.
Geometrieveränderungen an der Mischschnecke
und eine Drehzahlreduzierung
haben diesen Vakuumpumpeneffekt
soweit reduziert, dass die van der Waalschen
bzw. Wasserbindungskräfte größer
als die Ablösekräfte sind und somit das
Problem gelöst ist.
Abb. 5: Konus-Schneckemischer 3D-CAD
Bild: Segler
Gegenüberstellung von
diskontinuierlichen und
kontinuierlichen Mischverfahren
Wie oben schon erwähnt werden die
Mehrzahl der industriellen Feststoffmischungen
chargenweise im Batchbetrieb
durchgeführt. Zu diesem Werdegang hat
sicherlich auch die stark durch die Chemie
geprägte Entwicklung von Rühr- und
Mischverfahren auf der einen Seite, aber
auch die mangelnde Automatisierungstechnik,
Sensorik und Prozessüberwachung
bei bisherigen kontinuierlichen
Mischverfahren auf der anderen Seite beigetragen.
Neuerdings gewinnen kontinuierliche,
kompakte Mischprozesse aus
wirtschaftlichen Gründen zunehmend an
Bedeutung. Tabelle 1 zeigt den Vergleich
zwischen kontinuierlichen und diskontinuierlichen
Mischverfahren.
Tab. 1: Gegenüberstellung von diskontinuierlichen und kontinuierlichen Mischverfahren
Diskontinuierlich Kontinuierlich
Raumbedarf Großer Raumbedarf Geringer Raumbedarf bei großen
bei großen Chargen Durchsätzen
Input Einfache Dosierung Genaue kontinuierliche Zudosierung
Mischen Hohe Anforderungen an Geringere Anforderungen an
den Mischer aufgrund den Mischer aufgrund
der Gesamtcharge der spezifisch geringen Menge
Output Gefahr des Entmischens, Geringe Gefahr der Entmischung,
hohe Anforderung an insbesondere bei direkter
den Mischerauslauf, Anbindung an die
kurze Transportwege nächste Prozessstufe
Häufigkeit des Teilweise mehrmals pro Stunde Mehrere Stunden
Rezeptwechsels bei kleineren Chargenmischern unverändertes Rezept
Sicherheit Maßnahmen für Kleinere Materialmengen besitzen gerinexplosionsgefährdete
Stoffe ges Gefahrenpotential
Stillstand Mehrmals täglich Einmal pro Tag oder seltener
Reinigung In der Regel größere Flächen In der Regel kleinere Oberflächen
bei gleichem Durchsatz bei gleichem Durchsatz
Durchsatz Alle Leistungen verfahrenstechnisch nach unten
und oben begrenzt
Investition in der Regel höher in der Regel geringer