Rührwerk für flüssige Medien

Rührwerk mit passender Mischtechnik

Die Rühraufgabe kann in einphasigen und in mehrphasigen Systemen erfüllt werden. Um beim Homogenisieren den Energieverbrauch zu reduzieren bzw. die Produktivität zu steigern, gilt es zu klären, ob die Mischzeit ein limitierender Faktor ist. Für niedrigviskose Flüssigkeiten liegt die Mischzeit in der Größenordnung von Minuten und darunter und ist daher oftmals unkritisch.
Anders sieht es beim hochviskosen Mischen aus. Hier bestimmt die Rheologie des Mediums den Mischvorgang und es bedarf spezieller, meist wandgängiger Rührsysteme, um für den Prozess geeignete Mischzeiten zu erreichen.

Mischtechnik – Rührerformen

Was ist dabei zu beachten?

• Viskosität / Rheologie des Mediums
• Geometrie des Behälters

Der Leistungseintrag des Rührsystems, insbesondere beim Scale-Up Lieferprogramm umfasst unterschiedliche Mischtechnik wie Planetenrührwerke oder Zentralrührwerke als auch Horizontalmischer und Behälterrührwerke. Es deckt dadurch nahezu alle Anwendungsbereiche der Mischtechnik ab. Auch setzen wir bei Bedarf gerne Sonderlösungen um.

Mischtechnik  -Anlagentechnik

 

Planetenrührwerke gibt es entweder als Standardmaschine oder in maßgeschneiderten Systemen für den Labor- und Produktionsbereich. Dabei betragen die Behältervolumina von ca. 2 Liter bis über 15.000 Liter. Wir bieten Planetenrührwerke als Vakuumplanetenrührwerke, Doppelplanetensysteme und in vielen weiteren Varianten an.
Zur Reduzierung der Reinigungsaufwands bieten wir für alle Ausführungen von Mischbehälter auch entsprechende PE Inliner zur Vermeidung einer aufwändigen Reinigung an.

 

Planeten Rührwerk

Die Rührwerkzeuge laufen auf einer Kreisbahn und sie drehen sich zusätzlich um die eigene Achse, so dass selbst bei niedrigen Drehzahlen eine gute Durchmischung gewährleistet ist. Hierdurch wird auch ein besonders produktschonendes Vermischen möglich.

Überdies verhindert ein Wandabstreifer das Anhaften von Produkt an der Behälterwand und Wärmeübertragungsprozesse können optimal ablaufen.

Einsatzbereich eines Planetenrührwerks

Eingesetzt werden Planetenmischer überwiegend im mittel- bis hochviskosen Bereich.
Dissolver-Planetenrührwerke (Planetendissolver) sind sehr vielseitig einsetzbar. Sie verfügen über zwei separate Antriebe. Dadurch wird der Betrieb, eines langsam laufenden Planetenrührwerkzeugs unabhängig vom hochtourigen Dissolver möglich. Beide Drehzahlen lassen sich stufenlos einstellen und ermöglichen somit eine besondere Behandlung des Mischguts.

Vorteile

Mit Hilfe des Dissolvers können gezielt hohe Scherkräfte auf das Produkt ausgeübt werden. Das Planetenrührwerkzeug bewirkt somit eine gute Vermischung selbst in Prozessschritten mit höchster Viskosität. Außerdem läuft ein Wandabstreifer mit, der das Produkt in Richtung Behältermitte fördert.

Rührwerksformen für verschiedene Medien und Anforderungen Alternativen zum Planetendissolver

Anstatt eines Dissolvers können natürlich auch andere Schnellläufer wie z.B. Schrägblattrührer eingesetzt werden. Oft kombiniert man auch einen Schrägblattrührer und einen Dissolver; der Schrägblattrührer sorgt dann für eine Strömung in Richtung Dissolver.

Mischtechnik – Technikum

Unser Technikum ist mit unterschiedlichen Maschinentypen und Extras ausgestattet und steht zur Lösungsfindung nach Vereinbarung zur Verfügung. Alle Mischer und Rührwerke verfügen über eine umfangreiche Ausstattung.
Falls erforderlich legen wir für den Explosionsschutz die Rührwerksanlage für verschidene ATEX – Zonen aus.

Durchlaufmischer

Mit einem Durchlaufmischer werden Ausgangsprodukte kontinuierlich und automatisch gemixt. Dieses Verfahren der Mischtechnik eignet sich für verschiedene Anwendungsszenarien (z. B. für Farben und Klebstoffe).

Grundbegriffe zur Bestimmung geeigneter Rührwerke

Rühren / Mischen

Die Abgrenzung zwischen Rühren und Mischen ist nicht ganz eindeutig. Wenn die flüssige Komponente überwiegt liegt ein Rührprozess vor, diskontinuierlich oder kontinuierlich arbeitende Mischer. Allgemein überwiegen die diskontinuierlichen Maschinen, die in einer bestimmten Mischzeit eine durch die Maschinengröße bestimmte Charge vermischen. Kontinuierliche Mischsysteme (Durchlaufmischer) werden hauptsächlich für das Vermischen niedrig- bis mittelviskoser Medien eingesetzt; als Beispiel können die statischen Mischer und Durchlaufmischer genannt werden.

Dynamische / Statische Mischer

Dynamische Mischer sind Systeme mit bewegten Mischorganen oder bewegten Behältern. Statische Mischer sind kontinuierliche Systeme, bei denen durch feststehende Einbauten in einem Rohr oder Kanal eine Vermischung durch Ausnutzung der Strömungsenergie des Fluids (Flüssigkeit / Gas) herbeigeführt wird.

Kneter

Wenn ein hochviskoses Mischgut während der Vermischung zusätzlich durch Normalkräfte sich verformt, spricht man vom Kneten. Ein Planetenrührwerk kann bei Einsatz entsprechender Rührwerkzeuge (z. B. Planetenrührwerkzeug F5 als Doppelplanetensystem) als Kneter arbeiten.

Homogenisator

Die Herbst Homogenisatoren sind sogenannte Zahnkranzdispergiermaschinen, die aus einem mit hoher Drehzahl umlaufenden Rotor und einem feststehenden Stator bestehen, beide sind geschlitzt. Oft besitzen Rotor und Stator mehrere konzentrisch ineinander geschachtelte Zahnkränze. Hochdruck-Homogenisatoren arbeiten dagegen ohne bewegte Bauteile; bei ihnen wird die Flüssigkeit wird unter hohem Druck durch enge Bohrungen gepresst.

Grundrühraufgaben für das Rührwerk

Homogenisieren

Unter Homogenisieren versteht man in der Rührtechnik das Vermischen von ineinander löslichen Flüssigkeiten bis zu einem bestimmten Homogenitätsgrad (Mischgüte) oder das Aufrechterhalten der Homogenität für die Durchführung einer Reaktion. Die zu vermischenden Flüssigkeiten können sich dabei z. B. in der Konzentration, der Farbe oder der Temperatur unterscheiden. Die für die Vermischung benötigte Zeit wird als Misch- oder Homogenisier Zeit bezeichnet.

Die Emulsionen bestehen aus der kontinuierlichen (zusammenhängenden) Phase in der die disperse Phase in Form von feinen Tröpfchen verteilt ist und dem Emulgator, der an der Phasengrenzfläche wirkt. Erfahrungsgemäß endet schon nach kürzester Zeit eine Entmischung statt, wenn man Öl mit Wasser vermischt. Abhilfe schaffen sogenannte Emulgatoren, die als Vermittlungsstop zwischen den beiden Phasen dienen. Die Wirkungsweise von Emulgatoren ist wie folgt:

Der fettliebende Teil (hydrophob) fühlt sich der Öl- bzw. Fettphase zugeneigt, der wasserliebende Teil (hydrophil) der Wasserphase. Der nur an der Phasengrenzschwäche wirkende Emulgator stellt das Bindeglied zwischen den beiden Systemen dar. Der Emulgator ist umso wirksamer, je feiner Öl und Wasser ineinander gemischt werden.

Beispiele für Emulsionen im Lebensmittelbereich sind u. a.:

Öl in Wasser-Emulsionen

• Dressings
• Mayonnaise
• Milch, Joghurt, Käse
• Sahne
• Speiseeis

Wasser in Öl-Emulsionen

• Butter
• Margarine
• Streichfette, Brotaufstriche

In der Praxis hat man es häufiger mit Öl in Wasser-Emulsionen zu tun. Welcher Emulsionstyp sich ausbildet hängt nicht unbedingt vom prozentualen Anteil der beiden Phasen ab, sondern vielmehr von der Art des eingesetzten Emulgators.

Für den Emulsionsaufbau werden zuerst Wasserphase, Ölphase und Emulgator mit dem Planeten- oder Zentralrührwerk im Rührbehälter vermischt und eine relativ instabile Rohemulsion entsteht. Nach diesem Voremulgieren muss ein erhöhter mechanischer Energieeintrag stattfinden, um am Ende eine stabile Feinemulsion vorliegen zu haben. Hierzu werden u. a. als Rührwerk Rotor-Stator-Systeme (Homogenisatoren) eingesetzt. Durch den engen Scherspalt zwischen Rotor und Stator werden die für die Tropfenzerkleinerung notwendigen hohen Scherspannungen aufgebracht. Aufgrund von Dichteunterschieden kann es zu einer Sedimentation bzw. Aufrahmung kommen. Bei einer Aggregation lagern sich Tropfen der dispersen Phase aneinander und bei der Koaleszens vereinigen sich mehrere kleine Tropfen zu einem großen Tropfen. Am Ende dieser drei Mechanismen steht der Bruch der Emulsion, der eine Phasentrennung bedeutet.

Begasen der Mischbehälter im Rührwerk

Ziel des Begasens einer Flüssigkeit ist die Vergrößerung der Phasengrenzfläche zwischen der Flüssigkeit und dem Gas. In der Regel ist die Flüssigkeit die kontinuierliche Phase (=zusammenhängende Phase) und das Gas die disperse Phase (=verteilte Phase).

Grundsätzlich unterscheidet man zwischen Selbst- und Fremdbegasung. Bei der in der praktischen Anwendung überwiegenden Fremdbegasung wird z. B. durch eine Ringbrause das Gas in den Rührbehälter geleitet; das Rührorgan muß den Gasstrom in kleine Blasen zerteilen und in der Flüssigkeit gleichmäßig verteilen.

Wärmeaustausch

Für viele verfahrenstechnische Prozesse ist eine kontrollierte Wärmeführung von größter Bedeutung. Durch das ungünstige Verhältnis von Wärmeübertragungsfläche zu Behältervolumen lassen sich oft nur geringe Wärmemengen pro Zeiteinheit übertragen. Verbessern lässt sich die Wärmeübertragung durch ein geeignetes Rührorgan; es hat die Aufgabe, durch die erzeugte Strömung an der Wärmeübertragungsfläche (Behälterwand) das Rührgut so zu beeinflussen, das der Wärmeübergangskoeffizient und damit der Wärmedurchgangskoeffizient verbessert werden.

Reinigung Rührwerk

Anlagen mit Rührwerk Produktionsanlagen müssen sorgfältig gereinigt und desinfiziert werden. Im Folgenden soll die Reinigung am Beispiel der Molkereitechnik erläutert werden. Kommt Milch mit Oberflächen von Behältern, Rohrleitungen und anderen Prozessausrüstungen, die nicht einwandfrei gereinigt wurden, in Berührung, wird sie infiziert; Milch ist ein ausgezeichneter Nährboden für Mikroorganismen. Man unterscheidet zwischen physikalischer und chemischer Sauberkeit einer Anlage, bei der alle Schmutzablagerungen und Rückstände auf der Oberfläche entfernt werden und biologischer Sauberkeit, bei der alle lebenden Mikroorganismen entfernt bzw. abgetötet werden.

Es ist einfacher eine biologische Sauberkeit zu erzielen, wenn die Oberflächen zuvor physikalisch und chemisch gereinigt worden sind. Die meisten Reinigungsprozesse können in drei Phasen eingeteilt werden:

• Ablösen des Schmutzes von der zu reinigenden Oberfläche
• Dispergieren des gelösten Schmutzes im Reinigungsmittel
• In-Schwebe-Halten des gelösten Schmutzes.

In den letzten Jahren wurde die manuelle Reinigung durch die mechanische und in vielen Fällen durch die automatisierte Reinigung ersetzt. Diese Reinigung ist als CIP-Reinigung bekannt. In diesem Zusammenhang muss auch die Molchtechnik erwähnt werden, mit der u. a. hochviskose Flüssigkeiten und pastöse Medien nahezu restlos aus Rohrleitungssystemen entfernt werden können. Dazu wird ein annähernd kugelförmiger Körper, der sogenannte Molch, durch das Leitungssystem gepresst, z. B. mit Hilfe von Druckluft. Der Molch schiebt dabei die Produktreste in der Rohrleitung vor sich her, die an besonderen Stellen des Systems entnommen werden können.

CIP-Reinigung

Bei der CIP-Reinigung zirkulieren das Spülwasser und die Reinigungsmittellösungen durch Tanks, Rohrleitungen und Prozesslinien, ohne dass, wie bei der manuellen Reinigung, ein Zerlegen der Prozessanlagenteile notwendig ist. Durch eine hohe Fließgeschwindigkeit der Reinigungsmittellösungen in Rohrleitungen, Wärmetauschern, Pumpen, Ventilen, Mischern usw. wird auf den Oberflächen der Anlagen eine hohe Schubspannung und somit ein mechanischer Reinigungseffekt zum Lösen.