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Faktoren für eine funktionierende Pulverbefeuchtung im Mischprozess

In nahezu allen Bereichen der Schüttgut-verarbeitenden Industrie werden Pulver mit Flüssigkeiten benetzt.

Dieser Vorgang erscheint trivial. Manchmal sind die Befeuchtungsresultate unbefriedigend. Es entstehen vielleicht Klumpen, die Flüssigkeit ist nicht homogen verteilt oder das Schüttgut hat anschließend schlechte Fließeigenschaften.

Pulverbefeuchtung kann zu ungewollter Verschmutzung des Mischers führen

 

Je nach Viskosität und Klebrigkeit der Flüssigkeit kann es zu unerwünschten Anhaftungen kommen. Diese können sich an der Wandung oder auch an den Mischwerkzeugen bilden.

In der Regel ist es vorteilhaft, wenn der Mischraum einen hohen Füllgrad aufweist. Die trockenen Pulverkomponenten sollten zuerst eingefüllt werden. Das Mischen der Pulverkomponenten ist die Vorstufe des Benetzens. Die Art der Zugabe des flüssigen Materials ist von großer Bedeutung. Hohe Konzentrationsunterschiede sind zu vermeiden. amixon® verwendet Flüssigkeitszugabe-Lanzen, die in den unteren Teil des Mischraumes hineinragen. Der Volumenstrom der Flüssigkeitszugabe sollte sich an zwei Parametern orientieren:

  1. Adsorptionsvermögen des Pulvers
  2. Drehzahl der Mischwerkzeuge. Je schneller das Pulver fließt, desto gleichmäßiger wird die Flüssigkeit im Pulver verteilt.

Ablagerungen und Anhaftungen von Flüssigstoffen sind unbedingt zu vermeiden. Sie sollten nur in Ausnahmefällen toleriert werden, da sie große Probleme verursachen können:

  • Im Endprodukt fehlen genau die Flüssigstoffanteile, die den Mischer verschmutzen.
  • Entstandene Anhaftungen können sich mit jeder Charge vergrößern. Sie können sich beim Mischen lösen und das Mischgut unkontrolliert kontaminieren.
  • Anhaftungen erhöhen die Reibung beim Mischen. Das Mischgut wird ungewollt erwärmt.
  • Stark anhaftende Anbackungen können die Mischwerkzeuge blockieren.

Die beste Methode der Flüssigzugabe während des Mischens kann durch Versuche im amixon®-Technikum ermittelt werden.

Wie Flüssigstoff-affin ist die Pulveroberfläche? Wie ist die Kapillarität des Pulvers beschaffen?

 

Typische Erscheinungsformen verschiedener Flüssigkeiten sind zunächst einmal:

a. Geringe Oberflächenspannung
b. Hohe Oberflächenspannung
c. Rückfließende Flüssigkeit
d. Vorrückende Flüssigkeit
e. Flüssigstoff wird in den Turbolenzbereich des Wirblers injiziert (Einstoffdüse)
f. Flüssigstoff wird mikrofein versprüht und das Pulver wird fluidisiert (Zweistoffdüse)

Querschnitt zweier Partikel mit offenen und geschlossenen Poren

Querschnitt zweier Partikel mit offenen und geschlossenen Poren

Kapillarität des Pulvers und Oberflächenspannung der Flüssigkeit

 

Ist die Oberflächenspannung einer Flüssigkeit niedrig (a), dann möchte die Flüssigkeit die Feststoffoberfläche spontan benetzen. Auch die Kapillaren (5) eines Partikels werden dann penetriert. Je höher (b) die Oberflächenspannung einer Flüssigkeit ist, desto weniger möchte die Flüssigkeit in die Kapillaren der Partikel eindringen. Das gleiche gilt auch für die Hohlräume eines Pulvergemisches. Bei hoher Oberflächenspannung ist die Flüssigstoffverteilung im Pulver nur möglich, wenn Flüssigkeit und Partikel intensiv gemischt und miteinander verrieben werden.

Die homogene Benetzung eines Pulvers ist nicht trivial.

 

Im trockenen Zustand (1) liegt das Pulver als eine Feststoff-Luft-Dispersion vor. Die Hohlräume zwischen den Partikeln sind ungleichmäßig und verändern sich beim Mischen ständig. Wird eine Flüssigkeit ins bewegte Mischgut hineingegossen, dann muss die Luft aus den Hohlräumen verdrängt werden. Die Flüssigkeit verteilt sich als dünne Flüssigkeitsschicht um jede Einzelpartikel. Sie wird Adsorptionsschicht (1) genannt. Die adsorbierte Flüssigkeit haftet fest und kann nur thermisch entfernt werden. Nimmt der Flüssiganteil während des Mischens zu, sammelt sich die Flüssigkeit an den Berührungsstellen der Partikel in so genannten Brücken und (2) Zwickeln. Die „Zwickelflüssigkeit“ kann die Partikel aneinander binden. So kann eine Agglomeration (Aufbaugranulation) beginnen. Mit zunehmendem Flüssiganteil werden größere Freiräume (3) zwischen den Feststoffpartikeln mit Flüssigkeit angefüllt. Sind alle von dem Partikelsystem gebildeten Kapillaren mit Flüssigkeit ausgefüllt, erfolgt die (4) Sättigung. Das Schüttgut wird zu einer Suspension.

Ist die Oberflächenspannung der Flüssigkeit niedrig und die Affinität zwischen Flüssigkeit und Feststoff besonders groß, dann kann eine sogenannte Flash-Absorption stattfinden. Der verfügbare Flüssigstoff wird unmittelbar vom Feststoff absorbiert. Das führt oft zu ungewollten Agglomeraten. Aber ein verlängerter Mischvorgang kann die Flüssigstoffverteilung nur schwerlich verbessern. In Fällen hoher Affinität zwischen Pulver und Flüssigkeit sollte die Flüssigstoffzugabe (wie in Abbildung f gezeigt) gleichbleibend langsam, dosierend und versprühend während des Mischens erfolgen. Die Versprühung unterhalb des Schüttgutlevels verbessert meistens die Selbstreinigung des Mischers.

 

Partikelsystem, das während des Mischens benetzt wird

Partikelsystem, das während des Mischens benetzt wird

Im amixon® Technikum können die verschiedenen Benetzungsverfahren getestet werden.

Im amixon® Technikum können die verschiedenen Benetzungsverfahren getestet werden.

Ist es noch zeitgemäß, praktische Mischversuche in Mischern durchzuführen?

 

Heutzutage kann man doch die Eigenschaften von Flüssigkeiten und Schüttgütern komfortabel analysieren.  In der Tat können wir heute schnell und genau Charakteristika von Flüssigkeiten und auch Pulvern analysieren. Leider aber sind disperse Systeme aus verschiedenen Pulvern zu komplex, als dass man deren Vermischung oder sogar deren Befeuchtung simulieren könnte. Auf absehbare Zeit wird der Rechenaufwand viel teurer als der praktische Versuch sein.

Im amixon® Technikum werden verschiedenste Benetzungsverfahren nahezu täglich angewandt. Gerne führen wir Ihnen diese Verfahren anhand Ihrer Originalprodukte vor und zeigen, wie Ihre benetzten Pulver anschließend aussehen und fließen.

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