cav MESSESPECIAL Agglomeratabbau unter Vakuum und Dispergierung Funktionsweise der Conti-TDS Conti-TDS-Maschinen saugen das Pulver mit Vakuum in ihre Dispergierzone ein. Vakuum hat den Effekt, dass es die Pulverpartikel vereinzelt. Zum Verständnis dieses Effekts muss man wissen, dass Pulver immer Luft enthält. Dieser Luftanteil wird häufig unterschätzt. Schwere Pulver enthalten bis zu 75 Vol.-% Luft, leichte Pulver bis über 95 %. Den genauen Luftgehalt kann man über das Verhältnis von Schüttdichte zu Feststoffdichte bestimmen. Luft hat die Eigenschaft, unter Druck zu komprimieren und unter Vakuum auf ein Vielfaches ihres Volumens zu expandieren. Das Vakuum, das eine Conti-TDS erzeugt, hängt vom Dampfdruck der Flüssigkeit ab. Bei Wasser erreicht die Conti-TDS ein maximales Vakuum von etwa 30 mbar abs. Das entspricht einem Verhältnis von 1:33 zum atmosphärischen Druck. In anderen Flüssigkeiten kann das Vakuum sogar größer sein. Beim Einsaugen in Wasser kann die Luft innerhalb des Pulvers somit bis auf das 33-fache ihres Volumens expandieren. Die Abstände der Pulverpartikel vergrößern sich enorm. So ist es möglich, dass innerhalb der Dispergierzone, in der Flüssigkeit und Pulver unter Turbulenz und Scherwirkung miteinander in Kontakt kommen, jedes einzelne Partikel komplett von außen benetzt wird. Es gibt allerdings Pulver, die nicht nur aus einzelnen Primärpartikeln bestehen, sondern feste und kompakte Agglomerate bilden. Je feiner, je feuchter, je kohäsiver die Pulver sind, desto stärker neigen sie zum Agglomerieren. Es gibt über zwanzig verschiedene Ursachen zur Bildung von Agglomeraten, zum Beispiel Adhäsions- und Kohäsionskräfte, Feuchtigkeits- und Sinterbrücken, Unterschreiten des Taupunkts, Überschreiten der Glasübergangstemperatur oder ganz einfach Temperaturwechsel bei der Lagerung, Verdichtung unter Vibration. Bei bestimmten Pulvern nutzt man diese Eigenschaft, etwa um gesundheitsschädlichen Staub zu vermeiden. Agglomerate enthalten zwischen ihren Primärpartikeln immer Luft. Kompakte Agglomerate zerfallen unter Vakuum jedoch nicht so einfach. Dazu bedarf es mehr. Agglomeratabbau in acht Schritten Der Agglomeratabbau unter Vakuum und gleichzeitiger intensiver Scherung innerhalb einer Flüssigkeit findet in vier bis acht Schritten statt. Im ersten Schritt bewegt sich das trockene und feste Agglomerat mit dem Sog des Vakuums in Richtung der Dispergierzone. Auf diesem Weg steigt das Vakuum von atmosphärischem Druck am Eingang der Saugstrecke bis auf seinen Maximalwert bei Erreichen der Dispergierzone. Je höher das Vakuum wird, desto stärker dehnt sich die Luft nicht nur außerhalb sondern auch innerhalb des Agglomerates aus. Das stabile Agglomerat behält trotzdem seine Form und zerfällt nicht. Nur die Luft im Innern dehnt sich aus. Sie entweicht also zu einem großen Teil. In der Dispergierzone erfolgt der Kontakt mit der Flüssigkeit unter maximalem Vakuum. Durch die intensive Dispergierung wird das Agglomerat komplett von außen benetzt. Die durch Expansion bereits entwichene Luft wird vom Agglomerat getrennt. Innen bleibt es trocken – es ist ja mit Luft gefüllt. Die Zwischenräume der Partikel enthalten jetzt allerdings stark expandierte Luft. Sofort nach Passage der Vakuum-Dispergierzone gelangt die Pulver- Flüssigkeits-Dispersion in den äußeren Zentrifugalbereich der Maschine und damit unter maximalen Überdruck. Der abrupte Wechsel von maximalem Vakuum zu maximalem Überdruck innerhalb des Agglomerats hat zur Folge, dass sich die eben noch expandierte Luft nicht nur zusammenzieht, sondern auf ein unter Druck viel kleineres Volumen komprimiert wird. Das zuvor auf das 33-fache expandierte Luftvolumen im Innern des Agglomerats zieht sich implosionsartig auf einen Bruchteil zusammen und reißt dabei die gesamte umschließende Flüssigkeit in das Agglomerat hinein. Durch diesen Effekt zerfällt das Agglomerat in Primärpartikel. Die intensive Scherung in dieser Phase unterstützt die Desagglomeration. Meist reicht bereits eine einzige Passage durch die Conti-TDS zur vollständigen Desagglomeration. Gelegentlich sind Agglomerate jedoch so groß oder so hartnäckig, dass sie bei der ersten Passage noch nicht vollständig zerfallen. Rumpfagglomerate überleben. In diesem Fall wird weiter dispergiert. Die Rumpfagglomerate gelangen im Kreislauf erneut in die Vakuum-Dispergierzone, jetzt allerdings bereits komplett von Flüssigkeit umhüllt. Im Inneren ist noch eine unbenetzte Zone, die ein wenig Luft enthält. Unter Vakuum dehnt sich die Luft erneut aus. Die intensive Scherung unter Vakuum sorgt wiederum für das Abtrennen überschüssiger Luft und fürdie vollständige äußere Benetzung der verbliebenen Rumpfagglomerate. Sofort danach gelangt die Dispersion wieder unter maximalen Überdruck. Implosionsartig zerfallen auch die Rumpfagglomerate. Auf diese Weise werden auch stark agglomerierte Pulver vollständig dispergiert. www.prozesstechnik-online.de Suchwort: cav0917ystral Halle 3A, Stand 717 AUTOR: DR.-ING. HANS JOACHIM JACOB Process- and Application Engineering, Ystral 14 cav 09-2017
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