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Oct 12, 2023

So erhalten Sie die beste Mischung: Pulverinduktionstechniken

Erin Dillon, Medien- und Marketingkoordinatorin, Charles Ross & Son Co. | 23. Januar

Erin Dillon, Medien- und Marketingkoordinatorin, Charles Ross & Son Co. | 23. Januar 2023

Aufgrund der durch die Pandemie verursachten Unterbrechungen der Lieferkette und gestiegener Rohstoffpreise werden Hersteller im Jahr 2023 Kosteneinsparungen und Effizienz priorisieren. Eine zentrale Frage, die Kunden immer wieder stellen, ist, wie sie pulverförmige Inhaltsstoffe schnell und effektiv in Flüssigkeiten einbringen können. Die Schwierigkeiten bei der Kombination trockener und nasser Komponenten bringen mehrere Einschränkungen mit sich. Ein Anliegen ist die Minimierung von Staub und die Vermeidung von Gefahren durch die Luft. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, eine gleichmäßige Mischung zu erzeugen – sei es eine Dispersion oder eine Lösung – durch Anwendung der entsprechenden Scherkraft. Die Einarbeitung hydrophober Pulver in ein wässriges Vehikel stellt eine weitere Komplexitätsebene dar, da sie einer Austrocknung widerstehen und hartnäckige Agglomerate bilden, die auch als „Fischaugen“ bekannt sind.

Bediener entwickeln Workarounds, um ihre Mischziele zu erreichen, z. B. den zeitaufwändigen Prozess des Siebens von Pulvern und der langsamen Zugabe zur Charge oder das schnelle Hinzufügen von Pulvern und das Scheren der Charge, um Agglomerate aufzubrechen. In extremen Fällen greifen Bediener zu einer Überdosierung der Feststoffe und zum Aussieben der unvermeidlichen Klumpen, die auch nach einer übermäßig langen Mischdauer undispergiert bleiben. Dieser Prozess ist nicht nur mühsam, sondern verschwendet auch teure Rohstoffe und Energie und beeinträchtigt gleichzeitig die Integrität der Formulierung zwischen den Chargen.

Bei bestimmten Verdickungsbestandteilen kann es bei zu langsamer Pulverdosierung mitten im Prozess zu einem unkontrollierten Viskositätsaufbau kommen, der die vollständige Einarbeitung der restlichen Feststoffe verhindert. Wenn andererseits Pulver unter turbulenten Strömungsbedingungen zu schnell in die Oberfläche einer Charge eingebracht werden, ist der Prozess anfällig für Staubbildung und schwebende Pulver. Außerdem könnte aggressives Mischen bereits hydratisierte Partikel überfordern. Längeres intensives Mischen kann zu einem dauerhaften Viskositätsverlust oder anderen unerwünschten rheologischen Eigenschaften führen.

Zusätzlich zu den zuvor beschriebenen Problemumgehungen haben einige Hersteller Ejektorsysteme eingeführt, um die Pulvereinbringung in die Flüssigkeit zu verbessern. In diesen Systemen wird Flüssigkeit mit hoher Geschwindigkeit in eine Venturi-Kammer und dann in einen Inline-Mischer gepumpt. Das in der Venturi-Kammer erzeugte Vakuum zieht Pulver aus einem Überkopftrichter in den Ejektor, wo es sich dem Flüssigkeitsstrom anschließt. Die Pulver- und Flüssigkeitsströme werden dann von einer Rotor-/Statorvorrichtung gemischt, die den Strom stromabwärts antreibt. Während diese Konfiguration die mit Batch-Systemen verbundenen Staub- und Schwebeprobleme beseitigt, weist sie Nachteile auf. Zum einen erfordert das System mit drei in Reihe geschalteten separaten Geräten typischerweise einen erheblichen Wartungsaufwand. Das Ausbalancieren der Leistung von Pumpe, Eduktor und Mischer ist häufig schwierig und die Ausfallzeiten sind bei vielen Anwendungen recht hoch. Die gravierendste Einschränkung hängt mit den inhärenten Betriebsbeschränkungen des Venturi- oder Eduktors zusammen, da es sehr häufig zu Verstopfungen kommt. Das System ist launisch und erfordert viel Erfahrung und Aufmerksamkeit des Bedieners, um ordnungsgemäß zu funktionieren. Da die Fördergeschwindigkeit des Eduktors durch das Vakuum bestimmt wird, das durch einen sich schnell bewegenden Strom erzeugt wird, ist sie auch stark viskositätsabhängig. Die Effizienz des Eduktors nimmt mit steigender Viskosität stetig ab, bis sie schließlich zum Stillstand kommt.

Wenn große Pulvermengen in großen Mengen zugegeben werden müssen oder wenn schwer zu dispergierende Feststoffe selbst mit einem Hochgeschwindigkeitsmesser zu lange brauchen, um vollständig zu benetzen, ist ein Rotor-/Statormischer mit integrierter Pulverinduktionsfunktion eine Überlegung wert .

Ein Beispiel ist das Ross Solids/Liquid Injection Manifold (SLIM) System. Es führt Pulver wie Quarzstaub, Kalziumkarbonat, Gummi, Stärke und Pigmente direkt in der Zone mit hoher Scherung in die flüssige Phase ein und fördert so eine sofortige Benetzung. Dispersionen und Lösungen werden im Vergleich zu herkömmlichen Methoden, bei denen Pulver auf eine gerührte Charge gegeben werden oder ein Eduktor verwendet wird, in kürzerer Zeit hergestellt. Mithilfe eines speziell entwickelten Rotor-/Stator-Mischers erzeugt die SLIM-Technologie ein intensives Vakuum in der Zone mit hoher Scherung und saugt Pulver in einen Flüssigkeitsstrom ein – trockene und nasse Materialien werden genau an der Stelle kombiniert, an der intensives Mischen stattfindet, nicht in einem vorgeschalteter Eduktor. Dadurch kann der SLIM große Feststoffmengen ohne Verstopfungen oder Agglomerate verarbeiten. Ein weiterer Vorteil ist der relativ staubfreie Betrieb – Betreiber berichten von einer deutlichen Reduzierung der Schwebeteilchen im Mischbereich.

Der Rotor/Stator-Generator des SLIM-Systems zieht eine große Menge Pulver (gelb dargestellt) in die Zone mit hoher Scherung, wo es gleichzeitig mit dem Flüssigkeitsstrom (blau) kombiniert und vermischt wird.

1.000-Gallonen-Multirührmischer mit Inline SLIM und Rezirkulationsleitungen. Nach dem Zuführen einer anspruchsvollen pulverförmigen Zutat über den SLIM geben die Bediener zusätzliche Rohstoffe durch die Mischerabdeckung ein, damit die Sägezahnblätter sie bei steigender Chargenviskosität verteilen können. Das fertige Produkt ist ein Schmelzklebstoff in medizinischer Qualität.

Die SLIM-Technologie ist auch in der Batch-Konfiguration verfügbar. Chargenmischer mit hoher Scherung (manchmal auch Homogenisatoren genannt) mit einem Rotor/Stator-Mischkopf werden üblicherweise zum Benetzen von Pulvern und zur Herstellung feiner Dispersionen verwendet. Der Vierblattrotor läuft mit Spitzengeschwindigkeiten von etwa 3.000–4.000 Fuß/Minute innerhalb eines festen Stators mit engen Toleranzen. Dadurch wird eine mechanische und hydraulische Scherung erzeugt, indem Produktbestandteile in den Rotor gezogen und radial durch Statoröffnungen ausgestoßen werden. Für eine verbesserte Effizienz kann dieser Mischertyp mit einer integrierten Pulverinduktionsfunktion geliefert werden. Die Charge SLIM bringt beispielsweise Feststoffe unter die Oberfläche, eliminiert schwimmende Pulver und fördert die sofortige Dispersion.

Batch-SLIM-Designs auf einem Lift zur Verwendung mit mehreren Behältern (links) und fest an einem Tank montiert (rechts)

Erin Dillon ist Medien- und Marketingkoordinatorin bei Charles Ross & Son Co. (Hauppauge, NY). Für weitere Informationen rufen Sie 631-234-0500 an oder besuchen Sie mixers.com.

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