Vakuummisch- und Trocknungstechnologie: Ein zweiter Blick

23. Januar 2020

Obwohl es heutzutage oft vorausgesetzt wird, ist das Vakuum eine der wichtigsten zugrunde liegenden Prozessvariablen bei einem Mischvorgang. Die Vakuumtechnologie im Kontext des Mischens und Trocknens hat seit ihrer Einführung in den 1970er Jahren eine entscheidende Rolle gespielt. Wird ein Produkt einem 29-Zoll-Hg-Vakuum oder tiefer ausgesetzt, führt dies häufig zu einer Vielzahl dramatischer Auswirkungen. Vakuum ermöglicht beispielsweise eine deutlich schnellere Integration von Additivphasen wie Duftstoffen, Geschmacksrichtungen, Farben und sogar APIs. Es verdampft Feuchtigkeit und Lösungsmittel bei viel niedrigeren Temperaturen und hinterlässt hitzeempfindliche Komponenten unbeschädigt. Eine entlüftete Umgebung kann eine bessere Wechselwirkung zwischen einzelnen Partikeln fördern, was zu einer effizienten Homogenisierung führt. Bei anderen Produkten ist eine Desoxidation erforderlich, um empfindliche Inhaltsstoffe zu konservieren und unerwünschte chemische Reaktionen oder mikrobielles Wachstum zu verhindern. Das Mischen und Trocknen unter Vakuum findet in einem breiten Spektrum der Feststoffverarbeitung statt. Hier besprechen wir vier grundlegende Misch- und Trocknungssysteme und die Vorteile, die sie in Verbindung mit Vakuum bieten.

Bandmixer: Ein klassischer Ansatz Der Bandmischer nutzt das Prinzip der großräumigen Zufallsbewegung und demonstriert insbesondere das konvektive Hochgeschwindigkeitsmischen zwischen Feststoff-Feststoff-Mischsystemen. Ein Bandmischer besteht aus einem U-förmigen horizontalen Trog und einem Rührwerk, das aus inneren und äußeren spiralförmigen Bändern besteht, die das Material in entgegengesetzte Richtungen bewegen. Die Bänder rotieren mit einer Geschwindigkeit von bis zu etwa 300 Fuß/Minute und bewegen Materialien sowohl radial als auch seitlich. Das rotierende Element kann auch durch ein Rührwerk im Paddeldesign ersetzt werden, um bröckelige Zutaten schonender zu handhaben. Bandmischer haben eine flexible Höhe, optional längere Beine für den Materialtransfer auf mehreren Ebenen oder ein kürzeres Design für Ladesysteme mit niedrigem Profil.

Einfach im Design und hochgradig skalierbar für sehr große Chargenvolumina – über 500 Kubikfuß – wird der Bandmischer am häufigsten zum einfachen Mischen frei fließender Pulver sowie zur rudimentären Einarbeitung einer flüssigen Phase in eine feste Mischung unter atmosphärischen Bedingungen verwendet. Wenn der Bandmischer für Vakuum ausgelegt ist und mit einem Heizmantel rund um den Trog ausgestattet ist, ist er eine gute Option für die schnelle Entfernung von Feuchtigkeit aus Pulvern oder Pellets, insbesondere im großen Maßstab. Grundlegende Einschränkungen dieses klassischen Designs bestehen darin, dass sie je nach Anwendung typischerweise mit mindestens 30–40 % der Nennkapazität für eine effektive Mischung betrieben werden müssen und aufgrund der horizontalen Ausrichtung eine vollständige Entleerung nicht ohne weiteres möglich ist.

Klicken Sie hier, um Informationen zur bevorstehenden internationalen Konferenz/Ausstellung für Pulver und Schüttgüter zu erhaltenVertikalmixer: Wenn Sie hoch hinaus wollen Vertikale oder „Kegelschnecken“-Mischer werden zwar in einer begrenzten Anzahl von Branchen zum einfachen Fest-Fest-Mischen unter Umgebungsbedingungen eingesetzt, werden jedoch überwiegend für Vakuumtrocknungsanwendungen eingesetzt. Der Mixvorgang der sich langsam drehenden Schnecke des Vertikalmixers ist weitaus sanfter als der eines Bandmixers. Die von oben getragene Mischschnecke umkreist eine konische Behälterwand, während sie sich dreht und das Material sanft nach oben hebt. Die Materialien werden zur obersten Chargenebene in Richtung Rand des Behälters gefördert und bewegen sich dann langsam zurück in die Mitte, während sie sich mit den Materialien vermischen, die von der umlaufenden Schnecke nach oben bewegt werden. Aufgrund der niedrigen Geschwindigkeitsanforderungen benötigt diese Maschine unter anderen Mixoptionen den geringsten Strom.

Wenn die Stellfläche knapp ist, sollten Sie über einen Vertikalmixer nachdenken, da dieser nur eine geringe Stellfläche benötigt. Aufgrund ihrer konischen Geometrie sind Vertikalmischer in der Lage, eine 100-prozentige Entladung zu erreichen und effizient mit Chargen von nur 10 % des maximalen Betriebsvolumens zu arbeiten. Der Hauptnachteil dieser Konstruktion kommt jedoch zum Vorschein, wenn versucht wird, Schüttdichten über 100 lb/cu ft zu verarbeiten. Vertikalmischer eignen sich am besten für die Dosierung von Anwendungen mit geringer Dichte in kleinerem Maßstab. Geometrisch gesehen handelt es sich hierbei um eine Planetenkonstruktion, da sich der Orbitalarm und die rotierende Schnecke um ihre eigene Achse drehen. Es ist besonders wichtig, einen zuverlässigen Hersteller zu wählen, da die Getriebebaugruppe des Orbitalarms mechanisch komplex ist und daher schwierig und teuer zu reparieren ist. Wählen Sie einen vertikalen Mixer ohne Dichtungen oder Lager, die in das Produkt eingetaucht sind (dh die Schneckenkonstruktion ist am unteren Ende nicht unterstützt), um die Wartung zu vereinfachen.

Stabmixer: Sanft geht’s Der Taumelmixer eignet sich hervorragend für Formulierungen mit äußerst geringen Wirk- oder Zusatzstoffen. Es ist auch ideal für die Verarbeitung hochwertiger und heikler Anwendungen mit geringen Scheranforderungen. Da es sich im Wesentlichen um ein rotierendes Gerät handelt, gibt es den Taumelmixer in verschiedenen Geometrien, am häufigsten sind V-förmige oder Doppelkegel-Konfigurationen. Der Behälter ist teilweise mit Produkt beladen und rotiert mit Betriebsgeschwindigkeiten im Bereich von 5 bis 25 U/min. Der Taumelmixer mischt nach dem Diffusionsmechanismus: Chargenmaterialien fallen herab und verteilen Partikel auf einer frisch freigelegten Oberfläche, während sich das Gefäß entlang einer horizontalen Achse dreht.

Der in der Pharmaindustrie weit verbreitete Stabmixer wird oft in einer hygienischen Konstruktion komplett aus Edelstahl angeboten. Die Behältergeometrie ermöglicht eine 100-prozentige Produktentleerung. Zu den Optionen zur Prozessoptimierung gehören Vakuumdesign, Heizmantel und ein Verstärkerstab zum Desagglomerieren von Klumpen.

Der Taumelmischer kann problemlos Schüttdichten von bis zu etwa 400 lb/cu ft verarbeiten, bei Hochleistungsausführungen sind jedoch auch 700 lb/cu ft möglich. Diese kostengünstige und skalierbare Maschine ist eine wertvolle Wahl für viele Anwendungen. Im Vergleich zu anderen Mixern mit gleicher Kapazität nimmt er jedoch eine größere Stellfläche ein. Es muss mit einem Sicherheitsgeländer ausgestattet sein und erfordert einen großen sicheren Bereich, der nur dem Mixer vorbehalten ist. Schließlich ist das Trocknen in einem Standmixer schwierig. Stellen Sie sicher, dass der Hersteller Erfahrung mit der Vakuumversiegelung hat und den Standmixer unter Berücksichtigung der Sicherheit konstruiert.

Zylindermixer/Trockner: Erhöhen Sie die Hitze Zylindrische Mischer/Trockner sind für eine äußerst effiziente und zuverlässige Trocknung durch die Kombination aus gründlichem Mischen, tiefem Vakuum und einem Leitblechmantel, der den gesamten Zylinder und die Endplatten umgibt, konzipiert und ermöglichen eine strenge Temperaturkontrolle. Diese Maschinen eignen sich für ein breites Spektrum an Futtermitteln, von frei fließenden Pulvern und Pellets bis hin zu feuchten Granulaten und pastösen Materialien. Dank ihrer Form, die von Natur aus ein tiefes Vakuum ermöglicht, erfüllen diese Mixer sehr hohe Temperaturanforderungen von bis zu 500 °F. Die Finite-Elemente-Analyse (FEA) ist häufig erforderlich, um sehr genaue Toleranzen zu berechnen, um die Wellenausdehnung während der Verarbeitung bei hohen Temperaturen auszugleichen. Das Getriebe und alle Lager befinden sich außerhalb der Trockenkammer und sind nicht der gleichen Temperatur wie die zu verarbeitenden Materialien ausgesetzt. Im Zylinder wird das Produkt mit einem Band-, Paddel- oder Kombinationsband-/Paddelrührwerk gemischt.

Zu den Nachteilen gehören kleinere Massenladeanschlüsse aufgrund der Priorität der vollständigen Ummantelung sowie Probleme bei der Reinigung und Zugänglichkeit. Insgesamt ist dieser Konkurrent jedoch für die anspruchsvollsten Heiz- und Trocknungsanwendungen geeignet.

Doppelte Planetenmischer: Ein überraschender Kandidat Obwohl Doppelplanetenmischer für ihre Fähigkeit zum Mischen viskoser oder dilatanter Materialien bekannt sind, eignen sie sich tatsächlich auch zum Mischen trockener, dichter und nicht frei fließender Feststoffe. Vielleicht wissen nicht viele Ingenieure, dass sich dieser vertikal ausgerichtete Wechseldosenmischer hervorragend zum Mischen und Trocknen von Metallpulvern und sogar zur Herstellung von Granulat eignet. Heutzutage typische Doppelplanetenmischer sind fast immer vakuumfähig. Es mischt das Produkt, indem es zwei identische Klingen um ihre eigene Achse dreht, während sie um eine gemeinsame Achse kreisen. Die Klingen berühren praktisch jeden Punkt der Charge nach nur 36 Umdrehungen und bewegen kontinuierlich neue Materialien von den Seitenwänden in die Mitte des Behälters, was eine hocheffiziente Wärmeübertragung und schnelle Trocknung gewährleistet.

Doppelplanetenmischer können in sehr kleinen Kapazitäten gebaut werden – bereits ab einem halben Pint. Zu den Designgrenzen gehören niedrigere Betriebstemperaturen um 400 °F und eine maximale Kapazität von 1.000 Gallonen. Auch die Kosten sind im Vergleich zu herkömmlichen Mixern und Trocknern höher.

Erwägen Sie die Verarbeitung in einem Topf in einem Doppelplanetenmischer, um mehrere Ziele zu erreichen: Pulver mischen; geschmolzene Feststoffe; Feststoffe gründlich mit einer kleinen Menge Flüssigkeit bestreichen; Schlämme und Pasten mischen; Bereiten Sie scherempfindliche Gele, fasergefüllte Mischungen oder Schleifmittel vor; teigartige Materialien kneten; überschüssige Feuchtigkeit aus einem Granulat entfernen; Verwandeln Sie nasse Pasten unter Vakuum in rieselfähige Pulver – alles in einer Maschine. Insbesondere in der Forschungs- und Entwicklungsphase kann der vielseitige Doppelplanetenmischer die offensichtlicheren Mixer-/Trockneroptionen bei weitem übertreffen.

John Ross ist seit drei Jahren bei Charles Ross & Son Co., Hauppauge, NY. Das Unternehmen stellt Misch-, Misch-, Trocknungs- und Dispergiergeräte her, die entweder in Standard- oder kundenspezifischen Ausführungen erhältlich sind, um spezifische Verarbeitungsanforderungen zu erfüllen. Für weitere Informationen rufen Sie 631-234-0500 an oder besuchen Sie www.mixers.com. Hier sind weitere Artikel, die Sie interessieren könnten:How to Find the Right Mixer for Your ApplicationPowder Mixing Challenges and How to Overcome ThemMixer Selection: 3 Tips for SuccessBenefits of Tumble Blenders and Dryers 51, 51);">Mischstrategien für Anwendungen mit hohem Feststoffgehalt

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