Hochschermischer – Wikipedia

Laborausstattung

EIN Hochschermischer dispergiert oder transportiert eine Phase oder einen Inhaltsstoff (flüssig, fest, gasförmig) in eine kontinuierliche Hauptphase (flüssig), mit der sie normalerweise nicht mischbar wäre. Ein Rotor oder Laufrad wird zusammen mit einem als Stator bezeichneten stationären Bauteil oder einer Anordnung von Rotoren und Statoren entweder in einem Behälter mit der zu mischenden Lösung oder in einem Rohr, durch das die Lösung fließt, verwendet, um Scherkräfte zu erzeugen. Ein Mischer mit hoher Scherkraft kann verwendet werden, um Emulsionen, Suspensionen, Lyosole (in Flüssigkeit dispergiertes Gas) und körnige Produkte herzustellen. Es wird in der Klebstoff-, Chemie-, Kosmetik-, Lebensmittel-, Pharma- und Kunststoffindustrie zum Emulgieren, Homogenisieren, Zerkleinern und Dispergieren von Partikeln verwendet.[1]

Arbeitsprinzipien[edit]

Fluid unterliegt einer Scherung, wenn sich ein Fluidbereich mit einer anderen Geschwindigkeit relativ zu einem benachbarten Bereich bewegt. Ein Hochschermischer verwendet ein rotierendes Laufrad oder einen Hochgeschwindigkeitsrotor oder eine Reihe solcher Laufräder oder Inline-Rotoren, die normalerweise von einem Elektromotor angetrieben werden, um das Fluid zu „bearbeiten“, wodurch Strömung und Scherung erzeugt werden. Die Spitzengeschwindigkeit oder Geschwindigkeit des Fluids am Außendurchmesser des Rotors ist höher als die Geschwindigkeit in der Mitte des Rotors, und es ist diese Geschwindigkeitsdifferenz, die eine Scherung erzeugt.

In Kombination mit dem Rotor kann eine stationäre Komponente verwendet werden, die als Stator bezeichnet wird. Der Stator schafft einen engen Spalt zwischen dem Rotor und sich selbst und bildet eine Zone mit extrem hoher Scherung für das Material beim Austritt aus dem Rotor. Die Kombination aus Rotor und Stator wird oft als Mischkopf oder Generator bezeichnet. Ein großer Rotor-Stator-Mischer mit hoher Scherkraft kann eine Reihe von Generatoren enthalten.[2][3]

Zu den wichtigsten Konstruktionsfaktoren gehören der Durchmesser des Rotors und seine Drehzahl, der Abstand zwischen Rotor und Stator, die Zeit im Mischer und die Anzahl der Generatoren in der Reihe. Zu den Variablen gehören die Anzahl der Zahnreihen, deren Winkel und die Breite der Zahnöffnungen.

Batch-High-Shear-Mischer[edit]

Bei einem Batch-High-Shear-Mischer werden die zu mischenden Komponenten (ob nicht mischbare Flüssigkeiten oder Pulver in Flüssigkeit) von oben in einen Mischbehälter geführt, der den Mischer auf einer rotierenden Welle am Boden des Behälters enthält. Ein Batch-High-Shear-Mischer kann ein gegebenes Materialvolumen etwa doppelt so schnell verarbeiten wie ein Inline-Rotor-Stator-Mischer gleicher Leistung; solche Mischer werden weiterhin dort verwendet, wo eine schnellere Verarbeitung nach Volumen die Hauptanforderung ist und der Platz nicht begrenzt ist.[4] Beim Mischen von klebrigen Lösungen kann ein Teil des Produkts im Tank verbleiben und eine Reinigung erforderlich machen. Es gibt jedoch Ausführungen von Batch-High-Shear-Mischern, die den Tank als Teil des Betriebslaufs reinigen.[5] Einige Mischer mit hoher Scherkraft sind so konzipiert, dass sie trocken laufen, wodurch der Reinigungsaufwand im Tank begrenzt wird.[6]

Inline-Hochschermischer[edit]

In einem Inline-Rotor-Stator-Mischer mit hoher Scherkraft ist die Rotor-Stator-Anordnung in einem Gehäuse mit einem Einlass an einem Ende und einem Auslass am anderen enthalten und der Rotor wird durch eine Dichtung angetrieben. Die zu mischenden Komponenten werden in einem kontinuierlichen Strom durch das Generatorfeld gezogen, wobei das Ganze als Kreiselpumpenvorrichtung wirkt. Inline-Hochschermischer bieten eine kontrolliertere Mischumgebung, benötigen weniger Platz und können als Teil eines kontinuierlichen Prozesses verwendet werden. Eine Gleichgewichtsmischung kann erreicht werden, indem das Produkt mehr als einmal durch den Inline-High-Shear-Mischer geleitet wird.[4]

Inline-Pulverinduktion[edit]

Ein für die Pulverinduktion ausgestatteter Inline-Rotor-Stator-Mischer bietet Flexibilität, Leistungsfähigkeit und Tragbarkeit, um mehrere Mischbehälter praktisch jeder Größe zu bedienen. Die einfache Bedienung und der Komfort maximieren den Gerätenutzen weiter und vereinfachen gleichzeitig die Materialhandhabung.[7]

Bei Verwendung mit einer Vakuumpumpe und einem Trichter kann ein Inline-Schermischer eine sehr effektive Möglichkeit sein, Pulver in Flüssigkeitsströme einzuarbeiten. Auch als High-Shear-Pulverinduktoren bekannt, haben diese Systeme den Vorteil, dass der Prozess auf Bodenniveau gehalten wird, anstatt mit schweren Säcken auf Zwischengeschossen zu arbeiten. Pulverinduktionssysteme mit hoher Scherkraft bieten auch eine einfache Austauschbarkeit mit mehreren Tanks.
[8]

High-Shear-Granulatoren[edit]

Ein High-Shear-Granulator ist ein Prozessfeld bestehend aus einem Inline- oder Batch-High-Shear-Mischer und einem Wirbelschichttrockner. Bei einem Granulierungsprozess wird nur der Feststoffanteil der Mischung benötigt. Flüssigkeit wird nur als Verarbeitungshilfe verwendet. Der High-Shear-Mischer verarbeitet das Feststoffmaterial bis zur gewünschten Partikelgröße, und die Mischung wird dann in das Trockenbett gepumpt, wo die Flüssigkeit entfernt wird und das körnige Produkt zurückbleibt.[9]

Ultra-High-Shear-Inline-Mischer[edit]

In einem Ultra-High-Shear-Inline-Mischer erfolgt das High-Shear-Mischen in einem oder mehreren Durchgängen durch eine Rotor-Stator-Anordnung. Der Mischer ist so konzipiert, dass er das Produkt einer höheren Scherung und einer größeren Anzahl von Scherereignissen aussetzt als ein Standard-Inline-Rotor-Stator-Mischer, wodurch eine außergewöhnlich enge Partikelgrößenverteilung erzeugt wird. Mit der Ultra-High-Shear-Technologie sind Partikelgrößen im Submikrometerbereich möglich.[10] Um dies zu erreichen, ist die Maschine mit Statoren mit präzisionsgefertigten Löchern oder Schlitzen ausgestattet, durch die das Produkt von den Rotoren gedrückt wird. Die Rotor-Stator-Anordnung kann auch einen Mechanismus enthalten, durch den der Impuls der Strömung geändert wird (z.[11]

Gleichgewichtsmischung[edit]

High-Shear-Mischer werden in der Industrie verwendet, um Standardmischungen von Zutaten herzustellen, die sich nicht natürlich vermischen. Wenn die gesamte Flüssigkeit aus zwei oder mehr Flüssigkeiten besteht, ist das Endergebnis eine Emulsion; wenn es aus einem Feststoff und einer Flüssigkeit besteht, wird es als Suspension bezeichnet, und wenn ein Gas in einer Flüssigkeit dispergiert wird, ist das Ergebnis ein Lyosol.[12] Jede Klasse kann in Abhängigkeit von der Menge der zugeführten Energie homogenisiert sein oder nicht.

Um eine Standardmischung zu erreichen, wird die Technik des Gleichgewichtsmischens verwendet. Ein Zielmerkmal wird identifiziert, so dass sich das Mischprodukt, sobald es dieses Merkmal erworben hat, danach nicht wesentlich ändert, unabhängig davon, wie lange das Produkt verarbeitet wird. Bei Dispersionen ist dies die Gleichgewichtsteilchengröße. Bei Emulsionen ist dies die Gleichgewichtströpfchengröße. Die Mischmenge, die erforderlich ist, um eine Gleichgewichtsmischung zu erreichen, wird in Tankumschlag gemessen – die Anzahl von Malen, die das Materialvolumen durch die Zone mit hoher Scherung passieren muss.[4]

Anwendungen der High-Shear-Mischtechnologie[edit]

High-Shear-Mischer werden in der gesamten chemischen Prozessindustrie überall dort eingesetzt, wo es notwendig ist, standardisierte Mischungen von Zutaten herzustellen, die sich nicht natürlich vermischen. Diese beinhalten:

  • Arzneimittel, Suspensionszubereitungen und Granulate
  • Papierherstellung, Bleichen und Aufbereitung von Papierzellstoff
  • Lebensmittelzubereitung, Emulsionen für Gewürze, Saucen und Dressings
  • Herstellung von Kosmetika und Toilettenartikeln

Siehe auch[edit]

Verweise[edit]