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Nassvermahlung von fließfähigen Stoffen

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12.03.2009 Nach dem Rotor-Stator-Prinzip arbeitende Mühlensysteme haben sich in Chemie- und Pharmaprozessen längst bewährt. Der hohe Scherenergieeintrag sorgt für Effizienz, und die Investitionskosten sind vergleichsweise niedrig. Weiterentwicklungen zielen nun auf bessere Restentleerungs- und Reinigungseigenschaften.

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Entscheider-Facts Für Betreiber


  • Anlagen zur Nassvermahlung lassen sich in offene und geschlossene Systeme einteilen. Bei offenen Systemen wird das zu mahlende Produkt meist über einen Trichter zugeführt. Bei geschlossenen Systemen gelangt das Produkt über Rohrleitungen in die Mahleinheit.
  • Im Vergleich zu geschlossenen Systemen sind Reinigungsprozesse bei offenen Systemen deutlich aufwendiger.
  • Offline-Modelle werden in der Regel manuell mit entsprechenden Lösemitteln gereinigt. Inline-Systeme eignen sich dagegen für vollautomatische Reinigungsvorgänge mit Cleaning in Place (CIP), Sterilisation in Place (SIP) und Drying in Place (DIP).
  • Bei der Konzeption des Innenraums der Zahnkolloidmühle MZ wurde besonders darauf geachtet, Toträume wie Spalten, Ecken und Nuten zu eliminieren, in denen sich Produktrückstände sammeln können.

Bei der Verarbeitung von flüssigen, halbfesten und festen Formen für die Pharma-, Kosmetik-, Lebensmittel- und chemische Industrie kommen in der Regel verschiedenste Zerkleinerungsaggregate zum Einsatz. In der Chemie werden Mühlensysteme unter anderem zur Herstellung von Lacken, Textilfarben, Schmierfett, Papierstreichmassen, Pflanzenschutz- und Düngemitteln benötigt. Neben der Zerkleinerung der Produktmasse generiert der Mahlvorgang gezielt bestimmte Produkteigenschaften wie zum Beispiel Vergrößerung der Oberfläche, Aktivierung von Oberflächenpotenzialen, Deckkraft von Farbpigmenten, Glanz, Aussehen, Verhinderung von Sedimentation oder einer Phasenteilung.

Produktabhängig: Trocken- oder Nassvermahlung

Generell wird beim Zerkleinern von Substanzen zwischen der Nass- und der Trockenvermahlung unterschieden. Trocken vermahlen werden Pulverformen wie zum Beispiel Farbpigmente, Titandioxyd oder auch Puderzucker. Dagegen werden Bitumen, Schmierfette, Papierstreichmassen, Farben und Lacke nass vermahlen, dispergiert oder emulgiert. Welche Technologie angewandt wird, hängt von den physischen und chemischen Eigenschaften der zu verarbeitenden Rohstoffe ab. Die Nassvermahlung hat den Vorteil, dass Staubentwicklung während des Mahlvorgangs ausgeschlossen werden kann, weshalb hierbei auch keine Abluft- und Filteranlagen benötigt werden. Im Vergleich zum Trockenmahlen gestalten sich Produktzuführung und Dosierung beim Nassmahlen daher wesentlich einfacher.

Die Anlagen zur Nassvermahlung lassen sich in offene und geschlossene Systeme einteilen. Bei offenen Systemen wird das zu mahlende Produkt meist über einen Trichter zugeführt. Bei geschlossenen Systemen gelangt das Produkt über Rohrleitungen in die Mahleinheit. Dabei wird es entweder gravimetrisch aus einem Vorlagebehälter in die Mühle gefördert oder dem Mahlwerk mittels einer Pumpe kontinuierlich zugeführt. Hochviskose bis halbtrockene Stoffe, beispielsweise Druckfarben, werden häufig in offenen Systemen wie Walzenstühlen verarbeitet. Diese Anlagen bestehen aus zwei oder mehreren großen Walzen, in die das Produkt von oben einfließt, bevor es zwischen den Walzen verrieben wird.
Beim Einsatz von offenen Systemen ist jedoch zu beachten, dass aufgrund der starken Wärmeentwicklung während des Mahlvorgangs stets Flüssigkeit verdunstet. Bei der Verdunstung von Lösemitteln müssen die Emissionswerte daher streng kontrolliert werden. Zudem wird bei offenen Systemen häufig Umgebungsluft unerwünscht in das Produkt eingearbeitet. Im Vergleich zu geschlossenen Systemen sind Reinigungsprozesse bei offenen Systemen deutlich aufwendiger. Offline-Modelle werden in der Regel manuell mit entsprechenden Lösemitteln gereinigt. Inline-Systeme eignen sich dagegen für vollautomatische Reinigungsvorgänge mit Cleaning in Place (CIP), Sterilisation in Place (SIP) und Drying in Place (DIP).

Zerkleinerung nach dem Rotor-Stator-Prinzip

Die Mühlentechnologie dieses Herstellers ist je nach Modell sowohl Offline als auch Inline erhältlich. Gemeinsamer Nenner der Lochscheiben-, Zahnkolloid-, Korundscheiben- oder Ringspaltmühlen ist die Funktionsweise nach dem Rotor-Stator-Prinzip. Das System basiert bei den Zahnkolloidmühlen auf einem schnell laufenden konischen Rotor mit äußerer Verzahnung und einem darüber gestülpten ringförmigen Stator mit innerer Verzahnung. Dabei dreht sich der Rotor innerhalb des Stators mit einer Geschwindigkeit von bis zu 50m/s um die eigene Achse, wobei je nach Produktviskosität eine Energiedichte von 105 bis 107J/m3 erreicht wird.

Der Produkteinzug der Zahnkolloidmühlen MZ erfolgt über eine schraubenförmige Zuführlasche am Rotor. Der konische Mahlspalt lässt sich über den in der Höhe verstellbaren Stator regulieren. Zusätzlich kann die Feinheit der Partikelgrößen über die Verzahnung von Rotor und Stator (grob-, normal- oder kreuzverzahnt) sehr genau eingestellt werden. Je nach Art der Verzahnung und Größe des Mahlspalts sind für Emulsionen Tröpfchengrößen bis 1 µm möglich. Die Geschwindigkeit des Mühlenrotors ist stufenlos regelbar, so dass die auf die Produkte wirkenden Prall-, Druck- und Scherkräfte optimal eingestellt werden können.

Zahnkolloidmühlen: einfach in der Bedienung, effizient im Ertrag

Die Zahnkolloidmühlen der Serie MZ werden zum Zerkleinern von flüssigen und hochviskosen Suspensionen und Emulsionen eingesetzt und sind in unterschiedlichen Ausführungen erhältlich: vom Labormodell mit einem Produktdurchsatz von 100 bis 1000Litern pro Stunde bis zum Industriemodell mit einem Durchsatz von 4000 bis 40000l/h. Mit Gefälle verlegte Rohrleitungen ermöglichen eine optimale Restentleerung; eine konische Mahlraumgestaltung verhindert, dass wertvolle Produktmasse in der Maschine zurückbleibt. Um die extrem belasteten Mahlwerkzeuge vor Abnutzung und Verschleiß zu schützen, sind die Rotor- und Statorelemente aus abriebfestem, rostfreiem Stahl oder in gehärteten Speziallegierungen gefertigt.

Bei der Konzeption des Mühleninneren wurde besonders darauf geachtet, Toträume wie Spalten, Ecken und Nuten zu eliminieren, in denen sich Produktrückstände sammeln können. Aseptische O-Ring Abdichtungen schließen sämtliche verschraubten Maschinenteile zur Produktseite hin ab und verhindern somit versteckte Ablagerungen. Eine Kontamination der darauf folgenden Chargen kann somit ausgeschlossen werden. Die Mühlen erfüllen die strengen Vorgaben der Good-Manufacturing-Practices (GMP). Durch ihre Effektivität und den vergleichsweise geringen Investitionsbedarf eignen sich Zahnkolloidmühlen für eine Vielzahl chemischer Zerkleinerungsprozesse.

Heftausgabe: März 2009
Hans Brogli,  Product Manager Romaco FrymaKoruma

Über den Autor

Hans Brogli, Product Manager Romaco FrymaKoruma

Hans Brogli, Product Manager Romaco FrymaKoruma

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