Verschiedene Arten von Mischern

Als Fortsetzung des Artikels über die Mechanismen und Methoden des Mischens behandelt dieser Artikel:

  • Die verschiedenen Arten von Mischern für Pulver und deren spezifische Vor- und Nachteile

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Entdecken Sie die verschiedenen Mischerarten und deren Vor- und Nachteile

Trommelmischer bestehen aus einem Tank, der sich um eine oder mehrere Achsen dreht. In einigen Fällen sind in der Mischkammer Schotten angebracht. Der Fluss der Partikel variiert mit der Drehgeschwindigkeit des Mischers. Die Pulverpartikel werden durch die Schwerkraft in Bewegung gesetzt. Bei niedrigen Geschwindigkeiten gleiten die Pulverpartikel über den Boden, ohne dass eine Mischung stattfindet. Bei hohen Geschwindigkeiten entstehen Zentrifugalkräfte, die das Produkt gegen die Wand drücken, wodurch auch hier keine Mischung erfolgt. Zwischen der Phase, in der die Pulverpartikel über den Boden gleiten, und der Phase, in der die Zentrifugalkräfte dominieren, gibt es zwei andere Phasen, in denen die eigentliche Mischung stattfindet.

Die erste Phase, in der gemischt wird, entsteht, wenn der kritische Winkel der Ruhe durch die Rotation des Mischbehälters überschritten wird. Wenn Pulverpartikel auf eine horizontale Oberfläche gegossen werden, bildet sich ein konischer Stapel. Der interne Winkel zwischen der horizontalen Fläche und dem konischen Stapel ist als kritischer Ruhewinkel bekannt. Dieser Ruhewinkel hängt von verschiedenen Eigenschaften des Pulvers ab, wie z. B. der Schüttdichte, der Oberflächenstruktur, der Form und der Kohäsion zwischen den Partikeln. Wenn dieser Ruhewinkel überschritten wird, fällt das Pulver in Teilen nach unten. Die Mischung entsteht in dieser Phase durch Scherung in den obersten Materialschichten.

Die zweite Mischphase entsteht, wenn die Geschwindigkeit weiter erhöht wird. In dieser Phase fallen die Pulverpartikel schrittweise. Dadurch ändert sich das Mischprinzip von Scherung zu Diffusion. Trommelmischer werden in der Regel in Batchprozessen eingesetzt, es gibt jedoch auch Möglichkeiten, sie als kontinuierliche Mischer zu verwenden.

Durch den Einsatz verschiedener Formen wie V-Formen, doppelte Kegel, Schotten und Bewegungen über mehrere Achsen können chaotischere Ströme in der Mischkammer erzeugt werden.

Die folgenden Typen von Trommelmischern sind auf dem Markt erhältlich:

  • IBC- oder Containermischer
  • Trommelmischer
  • V-Blender
  • Doppelkonusmischer

Die spezifischen Vor- und Nachteile von Trommelmischern sind:

Vorteile

  • Können vertikal befüllt und entleert werden,
  • Erzeugen wenig bis keine Scherkräfte im Produkt,
  • Haben einen niedrigen Energieverbrauch im Verhältnis zum zu mischenden Volumen,
  • Lassen sich gut nass reinigen,
  • Keine Kontamination.

Nachteile

  • Haben lange Mischzeiten,
  • Sind schwer trocken zu reinigen,
  • Es müssen viele Vorkehrungen getroffen werden, um sie in einen Prozessablauf zu integrieren,
  • Homogene Mischungen mit kleinen Zusätzen (< 1 bis 2 %) sind kritisch.

Die spezifischen Vor- und Nachteile von Trommelmischern sind:

Vorteile

  • Vertikal füllen und entleeren,
  • Kurze Mischzeiten,
  • Wenig Scherung,
  • Große Variation im Füllgrad möglich,
  • Keine Wärmeabgabe ins Produkt.

Nachteile

  • Inneninspektion oder Trockenreinigung sind nicht optimal,
  • Schwierig hygienisch und staubdicht in eine Prozesslinie zu integrieren,
  • Abdeckung des Mischers erforderlich aufgrund rotierender Teile,
  • Homogene Mischungen mit kleinen Zusätzen (< 1 bis 2 %) sind kritisch.

Das Prinzip hinter dem Tap-Density-Tester ist das Hausner-Verhältnis. Dabei wird davon ausgegangen, dass stark kohäsive Pulver auch starke gegenseitige Anziehungskräfte besitzen. Diese helfen, die Schwerkraft zu überwinden, sodass die Partikel sich selbst in leeren Räumen stützen können

Convectiemengers kennen eine große Vielfalt an Ausführungen. Die Gemeinsamkeit, die sie alle haben, ist, dass sie aus einer Mischkammer mit einer rotierenden Welle oder Wellen bestehen, die möglicherweise noch mit internen Schaufeln ausgestattet ist. Die rotierende Welle oder Wellen in der Mischkammer sind mit einem oder mehreren Paddeln ausgestattet, die mit der Welle mitrotieren und somit im zu mischenden Produkt arbeiten. Durch die rotierende Welle mit Paddeln, die für Konvektion und Scherung im Produkt sorgen, findet das Mischen statt. Wie auch bei Trommelmischern können Konvektionsmischer sowohl in Batch- als auch in kontinuierlichen Prozessen eingesetzt werden.

Horizontale Konvektionsmischer finden in einer großen Vielzahl von Märkten Anwendung, wie in der Pharmazie, der Lebensmittelindustrie, der Tiernahrung, der Futtermittelindustrie und der Chemie. Die Mischer werden hauptsächlich für Pulver, Körner und Granulate mit relativ geringer Kohäsion eingesetzt. An der rotierenden horizontalen Welle oder den Wellen wird ein spiraliger Riemen, eine Schnecke oder Paddel befestigt, die das zu mischende Produkt in Bewegung versetzen. Dadurch entsteht das Mischen durch Konvektion. Das bedeutet, dass dynamische Bereiche mit Pulverpartikeln durch den Mischer bewegt werden und dadurch gemischt werden. Das bedeutet jedoch nicht, dass in diesen Mischern keine Diffusion und Scherung stattfindet. Wenn die Pulverpartikel wie bei einem Dinnissen Pegasus Dual-Paddle-Mischer bewegt oder fluidisiert werden, werden sie andere Partikel berühren, und jedes Partikel wird aufgrund der Schwerkraft einen anderen Platz im Gemisch einnehmen. Darüber hinaus wird die rotierende Welle einige Pulverpartikel stärker in Bewegung versetzen als andere, wodurch Scherung im Gemisch auftritt. Das Ausmaß, in dem die verschiedenen Mischprinzipien auftreten, wird je nach Mischerart unterschiedlich sein.

Es gibt drei Arten von horizontalen Konvektionsmischern:

  • Doppelwellen-Paddelmischer
  • Pflugscharrmischer
  • Bandmischer
  • Trommelmischer
  • Einzelwellen-Paddelmischer

Die spezifischen Vor- und Nachteile von doppelwellen-Paddelmischern sind:

Vorteile

  • Vertikales Befüllen und Entleeren,
  • Sehr kurze Mischzeiten,
  • Geringe Einbauhöhe,
  • Einseitige Lagerrung für ausziehbare Wellen, um eine einfache und gründliche Reinigung zu ermöglichen,
  • Modelle mit vollständig öffnendem Klappboden für eine vollständige Entleerung des Mischers verfügbar,
  • Modelle mit vollständig öffnender Mischkammer für eine einfache und gründliche Reinigung verfügbar,
  • Schnelle Entleerung des Mischers durch Klappboden,
  • Viele verschiedene Größen erhältlich,
  • Wenig Scherung,
  • Hinzufügen von sehr kleinen Komponenten möglich (< 0,1%).

Nachteile

  • Schlechte Entleerung des letzten Restes von Pulver, wenn Klappböden oder nicht vollständig öffnende Modelle verwendet werden,
  • Dichtungen unter Produkthöhe.

Die spezifischen Vor- und Nachteile von horizontalen Bandmischern sind:

Vorteile

  • Vertikales Befüllen und Entleeren,
  • Geringe Einbauhöhe,
  • Viele verschiedene Größen erhältlich,
  • Günstige Modelle auf dem Markt erhältlich,

Nachteile

  • Schlechte Entleerung des letzten Restes von Pulver,
  • Schwierig zu reinigen,
  • Dichtungen unter Produkthöhe,
  • Lange Mischzeiten,
  • Mittlere Homogenität für kohäsive Pulver,
  • Homogene Mischungen mit kleinen Zusätzen (< 1 bis 2 %) sind kritisch.

Die vertikale Konvektionsmischer lassen sich in 3 Klassen unterteilen:

  • Shear Mischer
  • Planetarische Mischer
  • Vertikale Bandmischer

Shear Mischer sind in der Regel Batch-Mischer mit geringer Kapazität. Die vertikalen Shear Mischer werden insbesondere für Mischungen mit relativ hoher Kohäsion eingesetzt. An der rotierenden vertikalen Achse ist ein Rotormesser oder Schaufeln befestigt, die das zu mischende Produkt in Bewegung versetzen. Dadurch entsteht eine Mischung durch Konvektion. Das bedeutet, dass dynamische Bereiche mit Pulverpartikeln durch den Mischer bewegt werden und sich so vermischen. Eventuell wird dies durch ein rotierendes Messer in der Wand des Mischers ergänzt. Da in diesem Mischer nicht alle Pulverpartikel in Bewegung sind, entstehen dynamische Bereiche im Pulvergemisch, die mit unterschiedlicher Geschwindigkeit aneinander vorbeigleiten. An der Kontaktfläche dieser Bereiche findet Scherung statt. Einzelne Pulverpartikel werden unabhängig voneinander von einem Bereich in den anderen übergehen. Der Geschwindigkeitsunterschied zwischen den verschiedenen dynamischen Bereichen verursacht eine Oberflächenspannung an den Berührungsflächen. Als Folge dieser Oberflächenspannung können die dynamischen Bereiche des Pulvers auseinanderfallen, wodurch Scherung im Mischer erzeugt wird.

Planetarische Mischer haben eine konische Form. In den meisten Fällen ist die Achse am unteren Ende des Mischers mit einem Lager am Boden fixiert. Die Achse oder Achsen mit Schraube drehen sich um ihre eigene Achse. Diese Achse oder Achsen sind an einer planetarischen Achse befestigt, die dafür sorgt, dass die Schraube sich in der Konus dreht. Die Schraube transportiert das Pulver in Richtung der Oberseite des Mischers, wodurch eine Mischung durch Konvektion erzeugt wird. Da in diesem Mischer nicht alle Pulverpartikel in Bewegung sind, entstehen dynamische Bereiche mit Pulver im Mischen, die mit unterschiedlicher Geschwindigkeit aneinander vorbeigleiten. An der Kontaktfläche dieser Bereiche findet Scherung statt. Einzelne Pulverpartikel werden unabhängig voneinander von einem Bereich in den anderen übergehen. Der Geschwindigkeitsunterschied zwischen den verschiedenen dynamischen Bereichen verursacht eine Oberflächenspannung auf den Kontaktflächen. Als Folge dieser Oberflächenspannung können die dynamischen Bereiche des Pulvers auseinanderfallen.

Juul Jenneskens

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Vertikale Bandmischer sind in Einzel- und Doppelwellen-Ausführungen erhältlich. Bei den doppelt ausgeführten Typen überlappen sich die Bänder der Achsen. Durch das Drehen der Achsen wird das zu mischende Produkt in Bewegung versetzt. Dadurch entsteht die Mischung durch Konvektion. Das bedeutet, dass dynamische Bereiche mit Pulverpartikeln durch den Mischer bewegt werden und sich so vermischen. Durch das Prinzip dieses Mischers werden große Geschwindigkeitsunterschiede im zu mischenden Produkt auftreten. In der Nähe des Bodens und des Zentrums der Achse ist die Geschwindigkeit nahezu 0. Bei Doppelwellen-Bandmischern wird es eine Übertragung zwischen dem Produkt, das von der einen Achse in Bewegung versetzt wurde, und dem Produkt, das von der anderen Achse in Bewegung versetzt wurde, geben. In diesem Mischer findet wenig Scherung statt. Flüssigkeiten können mit zusätzlichen Einrichtungen wie Düsen in Kombination mit einem Messerantrieb aufgebracht werden.