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Homogenisieren

Unter Homogenisierung von Schüttgütern versteht man die gleichmäßige Verteilung von Korngröße, Feuchte, Farbe und Temperatur einer bereits vorhandenen Mischung oder Schüttung.

Homogenisiersilos haben in der Mitte eine vertikale Mischschnecke. Damit können gut fließende, trockene Kunststoffgranulate homogenisiert werden.

Kegelschneckenmischer und Gyraton Mischer gehören zu den präzise arbeitenden Großmischern. Beide haben orbital bewegte Mischwerkzeuge. Sie arbeiten schonend und mit minimalem Energieaufwand. Sie erzeugen sehr hohe Mischqualitäten.

Pneumatische Silomischer arbeiten ohne Mischwerkzeug. Das Mischgut wird durch das einströmende Gas verwirbelt. Die zu mischenden Materialien müssen feinkörnig, fluidisierbar, trocken und monodispers sein. Alle Komponenten müssen eine sehr ähnliche Schüttdichte aufweisen. Auf diese Weise können beispielsweise mehrere hundert Tonnen Zement homogenisiert werden. Das zugeführte Gas erzeugt viel Staub. Leistungsfähige Filter reinigen den Staub und führen das Gas aus dem Silo ab.

Chargenmischer sind wesentlich kleiner. Sie arbeiten mit höheren Drehzahlen als Großmischer. Sie können die Korngröße von Pulvern verändern. Sie können Klumpen desagglomerieren. Sie können kleine Flüssigkeitsmengen im Pulver verteilen. Sie können feinste Partikel agglomerieren. Der spezifische Energieeintrag von Chargenmischern ist deutlich höher als der von Großmischern.

Freifallmischer: Hier mischt ein asymmetrisch gestalteter Behälter, indem er sich langsam um eine horizontale Achse dreht. Die Mischgüter vollziehen im Mischer ein Überwerfen und Gleiten. Häufig sind im Mischraum Einbauten wie Schaufeln und Leitbleche vorhanden. Freifallmischer benötigen längere Mischzeiten. Sie mischen in der Regel schonend. Sie sind jedoch nur für frei fließende und staubarme Güter einsetzbar. Freifallmischer sollten nicht eingesetzt werden, wenn die Güter anhaftend sind oder sich die Schüttdichten/Partikelgrößen der Komponenten stark unterscheiden.

 

Prinzipiell teilen die Begriffe „Homogenisieren“ und „Mischen“ in der Schüttguttechnik dieselbe Bedeutung. In der Praxis jedoch wird häufig unterschieden: Mischen bedeutet zumeist die genaue Verteilung kleiner Komponenten in einer größeren Komponente. Die Definition von Homogenisieren hingegen bezieht sich unter anderem auf die Gleichverteilung von Partikelgrößen, Feuchtigkeit, Farbe und Temperatur einer bereits bestehenden Mischung oder eines Haufwerkes.

Im Gegensatz zum desagglomerierenden Mischen erfolgt das Homogenisieren in der Regel schonend mit möglichst geringem Energieeintrag. Im Idealfall bleiben Partikelform und -größe erhalten. Soll ein Rohstoff im industriellen Maßstab verarbeitet oder modifiziert werden, muss das Ausgangsmaterial möglichst homogen sein. Zur Homogenisierung können Homogenisiersilos oder alternativ Gyratonmischer oder Kegelschneckenmischer eingesetzt werden.

Besondere Anwendungsgebiete sind die:

  • Grundstoffaufbereitungen
  • Gewürzaufbereitungen,
  • Instantsuppenmischungen
  • Pharmazie und Kosmetik
  • Backmischungen
  • Lebensmittelstabilisatoren
  • Tablettenmassen für Brausetabletten
  • Cappuccino Mixturen
  • Babynahrung
  • Dessertmischungen
  • Instant-Drink-Mischungen
  • Pflanzenschutzpräparate, die in Wasser aufgelöst werden
  • Metallpulver
  • Hochleistungskeramik
  • Nanostrukturierte Werkstoffe
  • Nanostrukturierte Wirkstoffe
  • Baustoffzusätze
  • Oleochemische Produkte
  • Kunststoffstabilisatoren
  • ......

Um Schüttgüter wirtschaftlich und hygienisch mischen zu können, wurden interessante Verfahren entwickelt. In der Praxis haben sich die Werkzeuge MultiPlane®, SinConvex®, SinConcave® und Gyraton® etabliert.


Vertikal-Chargenmischer: Ein rotierendes Helix-Mischwerkzeug setzt den Homogenisierungsprozess im Vertikalzylinder in Gang: Entlang der Apparatewand wird das Mischgut zunächst nach oben transportiert, um oben, im Zentrum des Mischraumes, wieder nach unten zu strömen. Dieser Strömungsvorgang ist universell und weitgehend unabhängig von den Fließeigenschaften aller beteiligten Komponenten.
 

Horizontal-Chargenmischer: Ein rotierendes Pflugschar-Mischwerkzeug rotiert in einem horizontalen Zylinder und verwirbelt das Mischgut ähnlich wie in einer Wirbelschicht. Anstelle von Pflugscharen können auch Beckerschaufeln, Helixsegmente oder Paddel eingesetzt werden.

 

Beispiel eines komplexen Mischprozesses aus dem betrieblichen Alltag:

  1. Im ersten Schritt werden die Grundstoffe wie Getreidederivate, Dextrose, Stärke, Salz, Eipulver, Stabilisatoren und Aromen homogen vermischt.
  2. Im zweiten Schritt werden flüssige Zutaten wie Oleoresine, Lecithine, Flüssigwürze, Gewürzextrakte zugegeben. Alle flüssigen Zutaten müssen homogen und agglomeratfrei im Pulver verteilt sein.
  3. Danach wird das Mischwerkzeug gestoppt.
  4. Im vierten Schritt werden zerbrechliche Komponenten in den Mischer gegeben. Dies sind z.B. Sichtgewürze, Zwiebelringe, gefriergetrocknete Fleischzubereitungen, Trockenfrüchte, Gemüse und grobe Kräuter.
  5. In der fünften Stufe erfolgt eine kurze Homogenisierung. In der Branche spricht man von „Unterheben“ mit minimalem Energieeintrag.
  6. Im Schritt sechs wird die Instantsuppe aus dem Mischer ausgetragen und zur Verpackungsanlage transportiert. Dabei darf das Produkt nicht entmischt werden.

Im Idealfall ist die Instantsuppe ...

  • ideal homogen
  • staubfrei
  • entmischungsfrei
  • frei fließend.
  • Grobe Stücke wie Nudeln, Kartoffeln, Croutons, Trockenfrüchte, Zwiebelringe, Sichtgewürze erscheinen natürlich, frisch und unbeschädigt.
  • Das fertige Produkt bleibt kühl. Der Mischer hat das Produkt nicht erwärmt. Dadurch verlängert sich die Haltbarkeit.
  • Das fertige Produkt löst sich bei Kontakt mit heißem Wasser schnell und homogen auf
  • und schmeckt köstlich.

 

Produkt- und Verfahrensentwicklung

In der Praxis muss die Entwicklung einer neuen Rezeptur in ständiger Abstimmung mit der Verfahrensentwicklung erfolgen. Was im 1-Liter-Maßstab gut funktioniert, muss bei Chargen von 100 Litern oder 3000 Litern nicht unbedingt genauso gut funktionieren. Häufig treffen sich Lebensmitteltechnologen und Verfahrensingenieure für Mischtechnik im Technikum der Mischerhersteller. Dort werden Versuche durchgeführt. Mischprozesse werden optimiert. Das Ziel ist ein perfektes Endprodukt und nachhaltige Wirtschaftlichkeit. Ein weiteres Ziel ist es, Ressourcen zu schonen und den CO2-Fußabdruck zu minimieren.

Präzisionsmischer, Vakuum-Mischtrockner und Synthesereaktoren werden in den verschiedensten Industriezweigen eingesetzt. Entsprechend werden sie für die jeweiligen Branchen konstruiert und gefertigt:

  • PHARMAZEUTIK,
  • SYNTHESECHEMIE,
  • PULVERMETALLURGIE,
  • NANOSTRUKTURIERTE KERAMIK,
  • LEBENSMITTEL,
  • DIÄTETIK,
  • OLEO- UND KUNSTSTOFFINDUSTRIE