Bonbons verschiedener Geschmacksrichtungen und Farben, Schokolinsen, Zutaten für Fertiggerichte oder Müslibestandteile: Sie alle überstehen einen freien Fall durch ein Rohr mit festen Einbauten ohne Schaden und können daher in statischen Mischverfahren zu homogenen Füllungen vermischt werden. Vorausgesetzt, Rohr und Einbauten sind auf das jeweilige Produkt optimiert. Dem Produzenten eines Produkts bietet dies einige Vorteile, denn statische Mischer zeichnen sich besonders durch ihre kompakte Bauweise, den Verzicht auf bewegliche Teile und die kontinuierliche Betriebsweise aus. Als Feststoffmischer – wie dem zweiten Wendelmischer – finden sie für rieselfähige Feststoffe Anwendung. Bei Flüssigkeiten kommen produktschonende Wendelmischer zum Einsatz. Der MX-Feststoffmischer gewährleistet dabei eine gleich bleibende Mischqualität im freien Fall, also ohne zugeführte Energie. In besonderen Fällen kann jedoch ein Vibrator unterstützend wirken. Die erforderliche Anzahl der Mischelemente ist dabei nicht nur von der Viskosität, sondern beispielsweise auch von den Massen- bzw. Volumenverhältnissen der einzelnen Komponenten und dem Verhältnis zwischen deren Viskositäten abhängig. Auch Mischungen mit sehr unterschiedlichen Anteilen, wie Produktverhältnisse zwischen den Komponenten von mehr als 1:1000, sind kein Problem. Die Mischer werden vertikal installiert und über ein oder mehrere Dosiersysteme mit den zu mischenden Komponenten beschickt. Der Produktstrom wird von jedem einzelnen Mischelement in zwei Ströme geteilt und in Rotation versetzt. Die Drehrichtung – rechts- bzw. linksdrehend – des Produktstroms wird an jedem Mischelement umgekehrt und die Komponenten dabei gemischt. Die Integration in eine Anlage ist unproblematisch, da die Ausführung kompakt und leicht zu installieren ist. Bei flüssigen Produkten kommen dagegen horizontale Wendelmischer zur Vermeidung von Inhomogenitäten und Produktschädigungen zum Einsatz. Zu ihren Vorteilen gehören:
- der Abbau von Temperaturgradienten innerhalb des Produktstromes;
- die Verbesserung der Wärmeübertragung;
- die produktschonende Wärmeübertragung;
- das Mischen ohne Toträume und Nestbildung;
- das Homogenisieren von Nahrungsmitteln.
Ob fest oder flüssig: In beiden Fällen erzielt der statische Mischer durch die wechselweise Anordnung von links- bzw. rechtsgängigen Mischelementen eine Rotationsrichtungsumkehr und Stromteilung. Dabei erzeugt das erste Mischelement zwei rotierende Wirbel, welche gleichzeitig radial über den Rohrquerschnitt geführt werden. Beim Auftreffen auf das folgende Mischelement wird jeder der am ersten Mischelement erzeugten Wirbel in zwei Teilströme zerlegt und gezwungen, die Rotation in entgegengesetzter Richtung wirken zu lassen. Dies bewirkt eine komplette und kontinuierliche Durchmischung des Mischguts. So wird die Produkthomogenität in vorausbestimmbarer Güte erzielt, ohne dass radiale Gradienten in Bezug auf Temperatur, Geschwindigkeit und Materialzusammensetzung auftreten.
Mischen im Wärmetauscher
Für den Einsatz des statischen Mischers als Wärmetauscher stehen ebenfalls verschiedene Mischertypen zur Auswahl, die (s. Abbildungsreihe oben) auch miteinander kombiniert werden können. Hier übernimmt, falls erforderlich, am Beginn der Wärmetauscherstrecke der MX-Mischer die intensive Vermischung auf kurzer Strecke, anschließend sorgen die Wendelmischelemente für den Abbau von Temperaturgradienten und für eine Steigerung der Wärmeübertragung. Da sich der Produktstrom rotierend von der Rohrwand wegbewegt, besteht keine Gefahr des Einfrierens bzw. des Überhitzens an der Rohrwandung. Für welchen Mischertyp oder welche Kombination man sich entscheidet, hängt unter anderem von der zur Verfügung stehenden Rohrlänge und von dem zulässigen Druckverlust ab. In jedem Fall sollte die Strömungsgeschwindigkeit möglichst gering sein, um den Druckabfall in Grenzen zu halten. Bei abrasiven und korrosiven Einflüssen kann der Werkstoff den Bedürfnissen angepasst werden. Insgesamt lässt sich sagen, dass der MX-Mischer besonders bei kurzen Mischstrecken, in denen eine Homogenisierung stattfinden soll, gut geeignet ist. Denn aufgrund der konstruktiven Merkmale ist der Druckverlust relativ hoch. Dabei gilt: Ob in geschweißter Ausführung oder in gegossener Version – bei beiden Ausführungen sind hinter den Stegen Toträume vorhanden, die sich in Bezug auf Hygiene und bei der Reinigung negativ auswirken, da dort produktspezifisch die Gefahr eines Produktaufbaus auf der Anströmfläche bei starken Anpresskräften bestehen kann. Der Wendelmischer benötigt dagegen für die gleiche Mischgüte eine längere Strecke. Allerdings ist mit einem geringen Druckverlust zu rechnen; und bei Produktwechseln ist die Reinigung einfach zu handhaben, oder erst gar nicht erforderlich, da er (s. Kasten) auch totraumfrei gestaltet werden kann.
Vorteilhafte Kombinationen vergleichmäßigen Verweilzeiten
Zusätzlich sorgt der Wendelmischer für den gewünschten Plug-Flow-Effekt in Form einer Pfropfenströmung. Dabei wird die Verweilzeit des Produkts, die durch die Reibkraft an der Rohrwandung entsteht, welche im Kernbereich des Produktstroms nicht vorhanden ist, aufgelöst. Der Statische Mischer verhindert also das Entstehen eines parabolischen Strömungsprofils. Der Plug-Flow-Effekt sichert somit ein ausgeglichenes Verweilzeitspektrum innerhalb des Produktstroms. Beide Typen, den MX-Mischer und den Wendelmischer, gibt es als herausnehmbare oder als spaltfrei mit dem Rohr nickelverlötete Ausführung. Bei beiden Ausführungen werden die Mischelemente beim Nachrüsten (auch von Wärmeaustauschern) den vorhandenen Rohr-Maßen angepasst. Die nickelverlötete Mischervariante wird dabei häufig im Wärmetauscher für hochviskose Produkte umgesetzt. Da die statischen Mischerelemente durch reines Nickellot mit der Rohrwand verlötet sind, ergibt sich bedingt durch die hervorragenden Wärmeleiteigenschaften des Nickels ein günstiger Wärmeübergang von der beheizten Rohrwandung zu den Mischelementen. Die Austauschfläche wird dadurch vergrößert, die Mischelemente können auch als Heiz- bzw. Kühlrippen betrachtet werden. Die Wärmekapazität wird somit durch die Mischelemente zur Rohrmitte geführt. Dies vermeidet Produktschädigungen, etwa durch Übertemperierung und nachfolgender Verkrustung an der Rohrwand des Produkts. Die Wärmeübertragung mit nickelverlötet eingebauten Mischelementen kann um das vier- bis achtfache verbessert werden. Die hohe Temperaturhomogenität des Produktes ist auch ein Garant für hochwertige reproduzierbare Qualität. Als Heizmedien können Dampf oder Thermalöl, zum Kühlen diverse Kühlmittel verwendet werden. So ergeben sich – in der geschickten Kombination und Ausführung – für statische Mischer deutlich vielfältigere Einsatzgebiete, als auf den ersten Blick erwartet.☐
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