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Befeuchten und thermisches Behandeln von Pulvern und Granulaten

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06.09.2017 Betreiber sehen sich oft mit Prozessen konfrontiert, in denen sie (scher-)empfindliche Schüttgüter verarbeiten müssen. Der für solche Fälle konzipierten Gentle Touch Misch- und Verarbeitungstechnik liegt ein rotierender Behälter zugrunde, um Pulver und Granulate mit Schwerkraft schonend zu mischen und dieses Prinzip auf andere Anwendungen wie Befeuchtung mit flüssigen Hilfsmitteln und thermischer Behandlung zu übertragen.

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Entscheider-Facts für Betreiber

  • Das vorgestellte Verfahren ermöglicht eine schonende Mischung mit geringem Energieeinsatz bei entmischungsfreier Entleerung für zahlreiche Anwendungsfälle in der chemischen Industrie.
  • Dies gilt sowohl für Verfahren mit kombinierter und integrierter Aufbringung von Flüssigkeiten als auch mit thermischer Behandlung – insbesondere, wenn die Produkte bruch- oder temperaturempfindlich sind.
  • Die Mischer und Verarbeitungsanlagen lassen sich für Nutzvolumen von 10 bis 25.000 l einsetzen und sowohl kontinuierlich als auch chargenweise betreiben.

Das Prinzip

Der Mischer besteht aus einem Eintritt, einem Behälter oder einer Trommel in horizontaler Bauform und einem feststehenden Austritt. Das Produkt gelangt dabei über den Eintritt in eine langsam rotierende Trommel. Während des Mischprozesses fließt das Produkt in Längs- und Querrichtung über speziell ausgerichtete und gefertigte Schaufeln. Der Mischer hebt die Partikel an, die dann auf eine Schaufel hinabgleiten und dann schließlich in einem sich endlos bewegenden Produktbett verbleiben. Von dort fließen sie zurück zum Eintrittsbereich und erwarten dort den nächsten Durchlauf. Rotation und Schwerkraft mischen das Produkt völlig willkürlich, wobei alle Partikel in ständiger Bewegung sind. Diese Technik ermöglicht eine Homogenisierung innerhalb weniger Minuten. Nach Öffnung des Austritts gleitet das Produkt über die Schaufeln aus der Mischtrommel in einen Vorlagebehälter oder in die nächste Verarbeitungsstufe. Da das Produkt aufgrund des die ganze Zeit über rotierenden Behälters in ständiger Bewegung ist, minimieren sich die Entmischungsgefahren. Die Entleerungsrate liegt normalerweise bei über 99,8 %.

Vorteile des Verfahrens

Die Technologie ermöglicht einen schonenden Mischprozess, welcher besondere Vorteile für bruchempfindliche und temperatursensible Pulver oder Granulate hat. Die Mischer haben eine platzsparende horizontale Bauform, geringe Wartungskosten und sind leicht zu reinigen. Außerdem erreichen die Systeme kurze Mischzeiten und hohe Homogenisierungen bei minimalem Energieeinsatz (üblicherweise weniger als 1,5 W/kg). Es gibt keine inneren beweglichen Teile und Mischwerkzeuge – und folgerichtig keine Scherkräfte, die das Produkt mechanisch oder thermisch belasten. Das Innere der Mischtrommel ist totraumfrei und ermöglicht folglich eine einfache Reinigung. Die Füllrate kann zwischen 10 und 100 % der maximalen Chargengröße liegen, welche je nach Mischergröße zwischen 10 und 25.000 l variiert. Zur Erleichterung der Reinigung kann der Hersteller den Mischer mit verfahrbaren Eintritten und Austritten, CIP/WIP-Systemen oder extra großen Reinigungsklappen ausstatten. Die Mischer lassen sich sowohl chargenweise als auch kontinuierlich betreiben.

Flüssigkeitsdosierung auf Pulver und Granulate

Bei der Anwendung einer Flüssigkeitseinspritzung zum Imprägnieren, Einweichen, Aromatisieren, Einfärben, Benetzen oder Beschichten von Produkten beaufschlagt der Mischer das sich dabei ständig in Bewegung befindliche Produktbett mit einem Sprühnebel oder einem definiert aufgebrachten Flüssigkeitsstrahl. In jeder Sekunde wird neues Pulver oder Granulat dem Flüssigkeitssprühnebel oder Strahl ausgesetzt. Die Dosierrate der Flüssigkeit kann dabei variieren und hängt von dem eingesetzten Sprühsystem und dem jeweiligen Düsentyp ab. Flüssigkeitsdosierungen sind deshalb in einem Spektrum von 0,01 bis 60 % möglich. Einphasen-Düsen bringen einen Bereich von 5 bis 60 (Gewichts-)% auf, Zweiphasen- (Zerstäubungs-) Düsen einen Bereich von üblicherweise 0,1 bis 5 % und Ultraschalldüsen von 0,01 bis 1,0 % Flüssigkeitsanteil. Damit ist es möglich, ohne Produktverlust exakt die tatsächlich erforderliche Flüssigkeitsmenge homogen über das Produkt zu verteilen.

Thermische Verfahrensschritte

Ursprünglich war das System ein reines Mischverfahren, jedoch kamen im Laufe der Zeit mehr und mehr Funktionen hinzu: neben der Flüssigkeitseinspritzung dann auch solche wie Trocknen, Heizen, Desinfizieren, Kühlen oder Gefrieren. Dadurch hat der Mischer sich zu einem Reaktionsmischer beziehungsweise Reaktionsbehälter weiterentwickelt. Wegen der Rotation des Behälters und der speziellen Formgebung der Schaufeln befindet sich das gesamte Produkt innerhalb des Behälters immer in einer „sanften Phase“. Den Reaktor kann der Anwender im Bedarfsfall auch mit Inertgas und unter Vakuum oder leichtem Druck betreiben. Der Schlüssel des rotierenden Reaktionsbehälters ist das Durchführen der Verfahrensschritte ohne Nebenwirkungen: Das Pulver oder Granulat fließt sanft während der Verarbeitung oder des Verfahrensschrittes durch den Behälter. Die Verfahrensschritte können gleichzeitig oder hintereinander erfolgen. Der Reaktionsbehälter kann – geeignet für Dampfbeheizung bis 8 bar (170 °C), Heißwasser bis 120 °C oder Thermoöl – mit doppelwandig ausgeführtem Behälter und / oder Schaufeln gefertigt werden. Alternativ ist es auch möglich, Heißluft bis 350 °C unmittelbar in die Mischtrommel in Gegenrichtung zum Produktlauf einzuleiten.

Praxisbeispiel: Einweichen von Compounds

Für die Isolierung elektrischer Kabel kommen spezielle, vernetzte Polymere zum Einsatz. Die von den Kabel- und Drahtfirmen eingesetzten Rohmaterialien sind spezielle Compounds, welche in dem Material absorbierte Vernetzungsmittel enthalten. Diese Hilfmittel werden aktiv, wenn die Compounds wieder aufgeheizt und extrudiert werden. Um zusätzliche Vernetzungsmittel (Peroxide) in den Pellets nach erfolgter Extrusion zu vernetzen, hat ein führender Hersteller von Extrusionslinien einen Nachmisch-Schritt – oder besser ein nachträgliches „Einweichen“ – unter Einsatz der Gentle-Touch-Technologie eingeführt. Schlüsselfunktionen sind dabei die Temperaturführung, die vorsichtige Handhabung des Vernetzungsmittels und die Integrität der Pellets. Der Einsatz des Verfahrens ermöglicht das Einhalten dieser wichtigen Anforderungen. Typisch für die Konfiguration des Nachbehandlungsprozesses sind die Mischtrommel mit Wassermantel zur Temperaturkontrolle, die Temperatur kontrollierte Flüssigkeitsdosierung und die Beaufschlagung mit Inertgas. Für einige Abstufungen sind die Reinheitsanforderungen an die Produkte so hoch (weniger als 1 ppm Fremdstoffe), dass Spezialdichtungen erforderlich sind, um dem Risiko auch nur kleinster Mengen von in den Misch- und Einweichbehälter eindringendem Dichtungsmaterial zu begegnen.

Praxisbeispiel: Talkumieren von Elastomeren

Zum Verbessern der Gleitfähigkeit in der späteren Weiterverarbeitung und Montage werden Dichtungselemente aus Elastomeren mit dem System mit Talkum bepudert oder mit Silikon-Öl benetzt. Wesentliche Anforderungen sind die Bedienungssicherheit, ein nahezu vollständiges Entleeren, ein einfaches und vollständiges anschließendes Reinigen sowie ein störungsfreies Befüllen, ohne dass die Formlinge sich beispielsweise im Eintritt verhaken oder verblocken. Besondere Anforderungen an die Konzipierung des Systems ergeben sich daraus, dass das Talkum in sehr feinkörniger Pulverform anfällt und deshalb zu starker Staubentwicklung neigt. Für die Zugabe des Silikonöls ist üblicherweise ein Zwei-Phasen-Injektor vorgesehen. Die Zugabe des Talkumpulvers dagegen erfolgt direkt mit dem Trägermaterial über den Produkteintritt und verteilt sich unmittelbar danach homogen in der Mischtrommel, da die Befüllung immer bei bereits drehender Mischtrommel erfolgt. Das System zieht das Mischgut von Beginn an kontinuierlich vom Eintritt in das Innere der Trommel. Dadurch entfallen in der Regel zusätzliche Dosiervorrichtungen (beispielsweise Venturi-Düsen).

Viel Effizienz, wenig Rückstände

Das Produkt lässt sich einwandfrei im Mischer bewegen, Rückstände und Verkantungen treten nicht auf. Tendenzen zu Pulverrückständen und zum Aufbau von Nestern gibt es während des gesamten Mischprozesses nicht. Durch die gegenüber herkömmlichen Verfahren verbesserte und beschleunigte Homogenisierung ist es möglich, die benötigte zuzuführende Talkum- oder Ölmenge signifikant zu reduzieren. Damit minimiert sich zugleich auch die anschließende Entsorgung von Rückständen. Nach dem Entleeren werden die Formteile üblicherweise nahezu rückstandsfrei entladen; es verbleiben nur einzelne Partikel und eine geringe Talkumpuderschicht an Schaufeln und Innenwand der Mischtrommel. Diese kann das Personal leicht mit einem Lappen reinigen. Hierfür kann der Hersteller extra große Wartungs- und Beobachtungsklappen mit Gasdruckzylinder-Unterstützung vorsehen, um den Zugang ins Innere und den Reinigungsvorgang zu erleichtern. Den verbleibenden Rest an Silikon-Öl minimiert das System dadurch, dass es so ausgelegt ist, dass die Injektion erst ab einem gewissen Füllstand erfolgt und da Schwanenhals und Düse des Injektors so ausgerichtet sind, dass die Aufgabe der Flüssigkeit auf das Produkt und nicht auf die Schaufeln oder die Behälterinnenwand erfolgt. Durch das Verteilen in feine Tropfen absorbiert das Trägerprodukt das Öl, sodass sich auch hierdurch Rückstände minimieren.

Powtech 2017 Halle 4 – 456

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Heftausgabe: September 2017

Über den Autor

Bastiaan Soeteman, Geschäftsführender Inhaber Lindor Products, und Dr. Michael Kaiser, Vertrieb Deutschland Lindor Products
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