Prozesszeit der RMC-Dispergiermaschine gegenüber Rührwerkstechnik

Die Prozesszeit der RMC-Dispergiermaschine gegenüber Rührwerkstechnik fällt in der Regel zugunsten der RMC aus, wenn Pulver schnell eingezogen, benetzt, aufgelöst und dispergiert werden muss. Ein konventionelles Rührwerk bewegt vor allem das gesamte Behältervolumen, während die RMC das Produkt inline durch eine konzentrierte Prozesszone führt, in der Pulver und Flüssigkeit intensiv miteinander in Kontakt kommen. Die tatsächliche Zeitersparnis wird jedoch nicht durch die Drehzahl oder Motorgröße bestimmt, sondern durch den langsamsten Schritt zwischen Pulverzufuhr und Freigabe der Charge.

Innerhalb der Rmixx-Maschinenlinie ist die RMC faktisch eine Inline-Pulverauflösemaschine: Die Anlage kombiniert Pulvereintrag, Benetzen, Auflösen und Dispergieren in einem kontrollierten Produktstrom. Dadurch ist der Vergleich mit einem Rührwerk relevanter als lediglich ein Vergleich der Mischintensität. Die bessere Frage lautet nämlich nicht, wie schnell sich eine Maschine dreht, sondern wann Ihr Produkt tatsächlich die Produktspezifikation erfüllt.

Die Prozesszeit umfasst mehr als die Laufzeit des Motors

Die Prozesszeit ist die Gesamtzeit von der Dosierung des ersten Rohstoffs bis zu dem Zeitpunkt, an dem das Produkt für den nächsten Prozessschritt oder die Qualitätsfreigabe bereit ist. Bei Pulver-Flüssigkeits-Prozessen umfasst diese Zeit unter anderem Dosieren, Benetzen, Deagglomerieren, Auflösen oder Hydratisieren, Homogenisieren, Entlüften, Probenahme und gegebenenfalls Nachbearbeiten.

Ein Vergleich ausschließlich auf Grundlage der Mischzeit vermittelt daher häufig ein falsches Bild. Ein Rührwerk muss nach dem Einschütten möglicherweise noch lange laufen, um schwimmende Pulverinseln, Wandablagerungen oder teilweise benetzte Agglomerate zu beseitigen. Ein Inline-System kann hingegen eine kurze aktive Verarbeitungszeit haben, während sich eine produktspezifische Hydratations- oder Reaktionszeit anschließend nicht weiter verkürzen lässt.

Messen Sie nur die Zeit zwischen dem Ein- und Ausschalten des Antriebs oder auch die Zeit für das Einschütten des Pulvers, Nachspülen, Entlüften und QC-Korrekturen? Nur die zweite Messung zeigt, welche Technologie tatsächlich den kürzesten Chargenzyklus ermöglicht.

Bestandteil des Zyklus RMC Inline-Pulverauflösemaschine Konventionelle Rührwerkstechnik
Pulverzufuhr Das Pulver wird kontrolliert in einen Flüssigkeitsstrom eingezogen. Das Pulver wird meist auf oder nahe der Flüssigkeitsoberfläche zugegeben.
Anfängliche Benetzung Ein großer Teil der Pulveroberfläche kommt direkt mit der Flüssigkeit in Kontakt. Die Benetzung hängt stark vom Vortex, von der Einfüllstelle und der Oberflächenströmung ab.
Deagglomeration Lokale Schubspannung und Turbulenz brechen schwach gebundene Agglomerate auf. Die Bulk-Umwälzung verteilt das Produkt, liefert jedoch nicht immer eine ausreichende lokale Scherung.
Homogenisierung Erfolgt inline oder durch Rezirkulation über den Behälter. Erfolgt vollständig im Behälter und hängt von der Behältergeometrie und dem Strömungsmuster ab.
Nachbehandlung Kann begrenzt bleiben, wenn das Pulver direkt ordnungsgemäß verarbeitet wird. Kann bei Klumpen, Wandablagerungen, Schaum oder einer breiten Partikelgrößenverteilung länger dauern.

Wo die RMC bei der Pulververarbeitung Prozesszeit einspart

Die RMC verkürzt vor allem die physikalischen Schritte, die bei offener Pulverzufuhr nacheinander stattfinden. Bei einem herkömmlichen Rührwerk muss das Pulver zunächst durch die Flüssigkeitsoberfläche gezogen werden, anschließend benetzt werden und danach aus dem Bulk erneut in eine wirksame Mischzone gelangen. In der RMC werden diese Arbeitsschritte räumlich näher zusammengebracht.

  1. Die Flüssigkeit wird der Prozesszone zugeführt. Ein stabiler Flüssigkeitsstrom ist erforderlich, um das Pulver kontrolliert mitzunehmen und trockene Ansammlungen in der Zuführung zu vermeiden.

  2. Das Pulver wird in den Flüssigkeitsstrom eingetragen. Dadurch muss das Pulver nicht erst von der Behälteroberfläche in die Flüssigkeit gezogen werden.

  3. Die primäre Benetzung erfolgt unmittelbar. Flüssigkeit dringt zwischen die Pulverpartikel ein, wodurch die Wahrscheinlichkeit sinkt, dass ein trockener Kern in einer nassen Außenschicht eingeschlossen wird.

  4. Agglomerate werden Schubspannung ausgesetzt. Geschwindigkeitsunterschiede in der Prozesszone helfen dabei, schwach gebundene Partikelcluster auseinanderzuziehen und erneut über die Flüssigphase zu verteilen.

  5. Das behandelte Produkt strömt zum nachfolgenden Prozess weiter. Je nach Rezeptur erfolgt dies in einem Durchgang oder durch Rezirkulation, bis der festgelegte Endpunkt erreicht ist.

Der Vorteil entsteht somit nicht dadurch, dass das gesamte Behältervolumen überall derselben hohen Scherung ausgesetzt wird. Die RMC konzentriert die benötigte Energie dort, wo Pulver und Flüssigkeit aufeinandertreffen. Dadurch wird verhindert, dass ein großer Teil der Mischenergie für Produkt aufgewendet wird, das bereits ausreichend homogen ist, während schlecht benetzte Agglomerate an anderer Stelle im Behälter weiter zirkulieren.

Die Funktionsweise und Ausführung der RMC Inline-Pulverauflösemaschine müssen daher stets auf die Pulvereigenschaften, die Flüssigphase und die gewünschte Endqualität abgestimmt werden. Insbesondere Benetzbarkeit, Schüttdichte, Löslichkeit und die Veränderung der Viskosität während der Dosierung beeinflussen die erreichbare Prozesszeit.

“Kunden konzentrieren sich häufig zu sehr darauf, wie schnell das Pulver von der Flüssigkeitsoberfläche verschwindet. Die eigentliche Verzögerung liegt in eingeschlossenen trockenen Kernen, die erst später beim Absieben zutage treten.”

Bart Brouwer
Vertriebsleiter

Ein wichtiger Unterschied in der Praxis wird erst sichtbar, sobald eine Rezeptur weniger fehlertolerant wird. Ein Pulver, das an der Außenseite schnell hydratisiert, kann bei zu schnellem Einschütten auf die Oberfläche eine Gelhaut um einen trockenen Kern bilden. Eine längere Rührzeit beseitigt einen solchen Klumpen nicht automatisch, da das Agglomerat die wirksame Mischzone passieren und dort zudem einer ausreichenden Schubspannung ausgesetzt sein muss.

Warum ein Rührwerk lange laufen kann, ohne das Problem zu lösen

Ein Rührwerk kann eine ausgezeichnete Bulk-Umwälzung erzeugen, doch die Bewegung des Bulks ist nicht dasselbe wie Dispergieren. Das Rührelement erzeugt ein Strömungsmuster im Behälter; die lokal verfügbare Schubspannung hängt anschließend vom Typ des Rührelements, seiner Position, der Behältergeometrie, dem Flüssigkeitsstand und der Rheologie des Produkts ab.

Bei einem niedrigviskosen Produkt kann die Strömung turbulent sein und das gesamte Volumen gut erreichen. Mit steigender Viskosität nimmt die Strömung eher einen laminaren Charakter an, und es können Zonen entstehen, in denen nur wenig Produktaustausch stattfindet. Die Mitte des Behälters kann sich dann sichtbar bewegen, während das Produkt an der Wand, am Boden oder in Ecken unzureichend ausgetauscht wird.

Strömt Ihr Produkt tatsächlich entlang der Wand und des Bodens, oder sehen Sie hauptsächlich Bewegung um die Rührwelle? Bei unzureichender Behälterumwälzung verlängert eine zusätzliche Laufzeit die Prozesszeit, ohne die Ursache zu beseitigen. Eine andere Rührergeometrie, ein Leitstrahlmischer, angepasste Behältereinbauten oder eine Kombination mit einer Inline-Behandlung können dann wirksamer sein.

Ein zweiter Irrtum besteht darin, dass ein tieferer Vortex automatisch einen schnelleren Prozess bedeutet. Ein Vortex kann Pulver nach unten ziehen, aber auch Luft mitreißen. Diese Luft kann Schaum, Volumenfehler, Oxidation, Kavitationsanfälligkeit oder eine längere Entlüftung verursachen, wodurch eine schnellere Pulverzufuhr zu Beginn gerade zusätzliche Zeit am Ende der Charge kostet.

Wer die Unterscheidung zwischen Mischen, Deagglomerieren und Zerkleinern klar beibehalten möchte, kann die Prozessprinzipien unter der Bedeutung des Dispergierens nachlesen. Diese Unterscheidung verhindert, dass ein Rührproblem mit mehr Scherung bekämpft oder ein Dispergierproblem fälschlicherweise durch eine längere Mischzeit akzeptiert wird.

Die Viskositätsspitze bestimmt häufig den tatsächlichen Vergleich

Die Prozesszeit sowohl einer RMC als auch eines Rührwerks wird stark von dem Zeitpunkt beeinflusst, an dem die Viskosität während der Charge ansteigt. Verdickungsmittel, Gummen, Stärken und andere hydratisierende Rohstoffe können die Flüssigphase bereits während der Dosierung verändern. Dadurch verändern sich gleichzeitig der Pulvereintrag, die Wärmeübertragung, die Behälterumwälzung und die Belastung des Mischsystems.

Wissen Sie, in welcher Phase Ihrer Charge die Viskosität ihren Höchstwert erreicht? Wenn die Flüssigkeit zu früh eindickt, kann sich die Aufnahme des verbleibenden Pulvers verlangsamen und die Strömung durch Rohrleitungen oder die Prozesszone verändern. Die Dosierreihenfolge, Flüssigkeitstemperatur, Vordispergierung und Konzentration während des Eintrags sind dann mindestens ebenso wichtig wie der gewählte Maschinentyp.

Eine RMC kann die Bildung schlecht benetzter Klumpen begrenzen, aber keine grundsätzlich ungünstige Rezepturreihenfolge korrigieren. Wenn ein Hydrokolloid direkt in eine bereits stark viskose Phase eingebracht wird, kann selbst eine intensive lokale Dispergierung zu einem unzureichenden Bulk-Transport führen. Umgekehrt kann ein gut gewähltes Rührwerk bei einem leicht löslichen Pulver und einer niedrigviskosen Flüssigkeit die geforderte Qualität ohne zusätzlichen Inline-Schritt erreichen.

Die Beziehung zwischen Strömung, Scherung und Produktverhalten wird unter hoher und niedriger Viskosität näher erläutert. Insbesondere bei thixotropen Produkten muss die Viskosität unter Prozessbedingungen beurteilt werden; eine Labormessung im Ruhezustand beschreibt nicht immer, was Pumpe, Rohrleitung und Mischer während der Produktion erfahren.

Dispergierzeit, Auflösezeit und Hydratationszeit sind nicht dasselbe

Ein schneller verschwundener Pulverklumpen bedeutet nicht automatisch, dass die Charge chemisch oder funktionell fertig ist. Beim Dispergieren werden Partikel verteilt und Agglomerate aufgebrochen, beim Auflösen wird ein Stoff auf molekularer Ebene in die Flüssigphase überführt, und die Hydratation benötigt Zeit für die Flüssigkeitsaufnahme und den Strukturaufbau. Die RMC kann die ersten beiden Kontakte deutlich verbessern, eine intrinsische Hydratations- oder Reaktionszeit bleibt jedoch produktspezifisch.

Ist Ihre Charge fertig, sobald keine Klumpen mehr sichtbar sind, oder erst, wenn Viskosität, Partikelgrößenverteilung, Konzentration und Stabilität innerhalb der Spezifikation liegen? Die richtige Antwort ist der festgelegte QC-Endpunkt. Die visuelle Homogenität ist als Prozessbeobachtung nützlich, jedoch nicht immer als Freigabekriterium ausreichend.

Diese Unterscheidung erklärt, warum zwei Lieferanten bei derselben Rezeptur zu unterschiedlichen Prozesszeiten kommen können. Die eine Messung endet, wenn das Pulver eingezogen wurde, die andere nach vollständiger Hydratation und eine dritte erst nach der Entlüftung und Freigabe der Probe. Ein fairer Vergleich verwendet dieselben Rohstoffe, dieselbe Dosierreihenfolge, Anfangstemperatur, Chargenbedingungen und Endkriterien.

Wann Rührwerkstechnik die bessere und einfachere Wahl bleibt

Eine RMC ist nicht automatisch die richtige Lösung für jede Charge. Ein konventionelles Rührwerk eignet sich gut, wenn die Aufgabe hauptsächlich aus Bulk-Homogenisierung, Wärmeverteilung, dem Suspendieren bereits benetzter Partikel oder dem Mischen von Flüssigkeiten besteht, die sich leicht miteinander vermischen.

  • Ein Rührwerk ist häufig geeignet, wenn sich das Pulver schnell und vollständig auflöst, ohne Gelhaut, Staubproblem oder Agglomeratbildung.

  • Ein Rührwerk bleibt erforderlich, wenn der Behälterinhalt während der Lagerung oder Reaktion kontinuierlich homogen und thermisch gleichmäßig bleiben muss.

  • Eine Inline-Pulverauflösemaschine ist weniger naheliegend, wenn grobe, empfindliche oder faserige Bestandteile nicht durch eine konzentrierte Prozesszone geführt werden dürfen.

  • Ein Versuch ist erforderlich, wenn das Produkt stark nicht-newtonsch, thixotrop, schaumempfindlich oder hinsichtlich seines Benetzungsverhaltens unbekannt ist.

  • Eine Kombination aus Rührwerk und Inline-Verarbeitung ist häufig sinnvoller, wenn sowohl eine vollständige Behälterumwälzung als auch eine intensive lokale Pulverbehandlung erforderlich sind.

Bei einer Kombination erfüllt jedes Gerät eine eigene Funktion. Der Behältermischer verhindert Totzonen und hält die Charge gleichmäßig, die RMC übernimmt den Pulvereintrag und die anfängliche Verarbeitung, und eine RMZ kann eingesetzt werden, wenn eine weitere Inline-Dispergierung oder Emulgierung erforderlich ist. Die kürzeste Prozesszeit ergibt sich dann aus der richtigen Aufgabenverteilung und nicht aus einer einzigen Maschine, die alle Prozessschritte gleichzeitig ausführen muss.

Eine sinnvolle Wahl beginnt beim gewünschten Endpunkt

Die Wahl zwischen einer RMC und Rührwerkstechnologie muss auf der anspruchsvollsten Prozessanforderung basieren. Allein das Chargenvolumen oder die aktuelle Laufzeit reichen nicht aus, da dasselbe Volumen bei zwei Rezepturen ein völlig unterschiedliches Strömungs- und Benetzungsverhalten aufweisen kann.

Beurteilen Sie zunächst die Pulvereigenschaften

Schlecht benetzbare, stark staubende oder schnell hydratisierende Pulver profitieren eher von einem kontrollierten Inline-Eintrag als leicht lösliche kristalline Stoffe. Auch ein großer Dichteunterschied zwischen Pulver und Flüssigkeit kann Sedimentation oder Aufschwimmen verursachen. Die Pulverzufuhr muss daher gemeinsam mit der nassen Prozesszone ausgelegt werden.

Legen Sie das Qualitätskriterium messbar fest

Definieren Sie im Voraus, ob der Grenzwert durch die Abwesenheit von Agglomeraten, vollständige Auflösung, Viskosität, Emulsionsbild, Stabilität oder eine andere Produktspezifikation bestimmt wird. Ohne diesen Endpunkt kann eine kurze Prozesszeit lediglich bedeuten, dass die Maschine früher gestoppt wurde. Die Charge kann dann später dennoch ausfallen oder eine Nachbearbeitung erfordern.

Berücksichtigen Sie die gesamte Anlage

Rohrleitungsdurchmesser, Armaturen, Pumpenverhalten, statische Höhe, Trichterkonstruktion, Behältergeometrie und Rücklaufposition beeinflussen die Funktionsweise eines Inline-Prozesses. Auch bei einem Rührwerk bestimmen Flüssigkeitsstand, Strombrecher, Rührerposition und Wandabstand, ob das gesamte Behältervolumen umgewälzt wird. Die Maschine kann technisch geeignet sein, während die umgebende Anlage die Prozesszeit begrenzt.

Beziehen Sie Reinigung und Produktwechsel in die Berechnung ein

Eine kurze Produktionszeit ist wenig wert, wenn Pulverreste in einem Trichter, einer Rohrleitung oder einer schwer zugänglichen Behälterzone einen hohen Reinigungsaufwand verursachen. In der Lebensmittel-, Kosmetik- und Pharmaindustrie müssen Hygienic Design, Entleerbarkeit, Materialauswahl und die Eignung für CIP oder SIP im Gesamtzyklus berücksichtigt werden. Dasselbe gilt für Inspektion und sichere Wartung.

Abhängig von diesen Kriterien kann die Prozesslösung aus einer Behälterumwälzung ohne Lufteintrag, einer Inline-Pulveraufnahme oder einer zusätzlichen Rotor-Stator-Behandlung bestehen. Die relevanten Rmixx-Maschinen sind daher nicht nur auf die Kapazität, sondern vor allem auf die einzelnen Funktionen Mischen, Einziehen, Auflösen und Dispergieren abgestimmt.

Für Pulver, die kontrolliert zugeführt werden müssen, bietet auch der Artikel über das Inline-Einziehen von Pulvern zusätzliche Anhaltspunkte. Darin steht der Weg des Pulvers im Mittelpunkt, während beim Vergleich mit Rührwerkstechnik gerade der vollständige Chargenzyklus entscheidend ist.

So vergleichen Sie Prozesszeiten, ohne Äpfel mit Birnen zu vergleichen

Ein zuverlässiger Vergleich wird mit demselben Produkt, denselben Rohstoffen und demselben Qualitätskriterium durchgeführt. Eine theoretische Berechnung kann eine Richtung vorgeben, sagt jedoch nicht immer die Kombination aus Benetzung, Rheologie, Lufteintrag und Hydratation im Produktionsmaßstab voraus.

  1. Erfassen Sie den aktuellen Zyklus für jeden Prozessschritt. Zeichnen Sie die Zeiten für Befüllen, Dosieren, Mischen, Dispergieren, Warten, Entlüften, Probenahme und Korrigieren separat auf.

  2. Bestimmen Sie, wo die erste Abweichung entsteht. Prüfen Sie, ob die Verzögerung bei der Pulveraufnahme, Klumpenbildung, Viskositätsentwicklung, unzureichenden Behälterumwälzung oder erforderlichen Ruhezeit beginnt.

  3. Verwenden Sie identische Endkriterien. Vergleichen Sie keine optisch glatte RMC-Probe mit einer vollständig hydratisierten Probe aus der bestehenden Anlage.

  4. Beurteilen Sie auch Nebenwirkungen. Erfassen Sie Lufteintrag, Schaum, Wandablagerungen, Produktverlust, Staubbildung und Reinigbarkeit.

  5. Übertragen Sie den Versuch auf die Produktionskonfiguration. Berücksichtigen Sie bei der Maßstabsvergrößerung Rohrleitungsverlauf, Rezirkulation, Pulverzufuhr, Behältergeometrie und die erwartete Viskositätsentwicklung.

Insbesondere die Maßstabsvergrößerung erfordert Vorsicht. Dasselbe Verhältnis zwischen Produktvolumen und Antriebsleistung garantiert weder ein gleiches Strömungsmuster noch eine gleiche Verweilzeit oder Scherhistorie. Ein Versuch mit dem tatsächlichen Produkt zeigt, ob die RMC den begrenzenden Schritt beseitigt oder ob sich der Engpass auf die Hydratation, Behälterumwälzung oder Kühlung verlagert.

RS Contracting kann Versuche in Coevorden oder beim Kunden vor Ort durchführen. Für einen aussagekräftigen Versuch sind eine repräsentative Rezeptur, die aktuelle Arbeitsweise, relevante Sicherheitsinformationen und messbare Akzeptanzkriterien erforderlich; über den Kontakt mit einem Prozessspezialisten kann bestimmt werden, welcher Aufbau der Produktionssituation am nächsten kommt.

Häufig gestellte Fragen zur RMC und Rührwerkstechnik

Ist eine RMC immer schneller als ein Rührwerk?

Nein. Eine RMC ist in der Regel schneller, wenn Pulvereintrag, Benetzung oder Agglomeratabbau den begrenzenden Prozessschritt darstellen. Bei leicht löslichen Stoffen, einfachen Flüssigkeitsmischungen oder Prozessen mit einer festen chemischen Reaktions- oder Hydratationszeit kann ein Rührwerk ebenso geeignet sein. Ein Produktversuch mit gleichen Endkriterien liefert den zuverlässigsten Vergleich.

Kann eine RMC das Rührwerk im Behälter vollständig ersetzen?

Das hängt von der Funktion des Behälters ab. Wenn die Rezirkulation ausreicht, um das gesamte Volumen homogen zu halten, kann eine Inline-Lösung einen großen Teil der Verarbeitung übernehmen. Für die Wärmeübertragung, lang andauerndes Suspendieren, Reaktionen oder die Umwälzung viskoser Produkte im Behälter bleibt häufig ein Rührwerk oder Leitstrahlmischer erforderlich. Beide Maschinen können sich daher ergänzen.

Warum bleiben Klumpen bestehen, wenn das Rührwerk lange genug läuft?

Ein Klumpen mit einer benetzten Außenschicht und einem trockenen Kern kann mechanisch stabil genug sein, um eine gewöhnliche Bulk-Umwälzung zu überstehen. Eine längere Rührzeit hilft nur, wenn das Agglomerat wiederholt eine Zone mit ausreichender Schubspannung passiert. Bei Totzonen, hoher Viskosität oder luftigen, schwimmenden Klumpen geschieht dies nicht zuverlässig, sodass ein gezielter Pulvereintrag oder eine Dispergierung erforderlich sein kann.

Welche Zeit muss ich bei einem Praxistest messen?

Messen Sie die gesamte Zeit vom Beginn der Rohstoffzufuhr bis zum Erreichen des vereinbarten Qualitätskriteriums. Unterteilen Sie diese in Dosieren, Benetzen, Dispergieren, Hydratisieren, Entlüften, Probenahme und eine etwaige Korrektur. Erfassen Sie außerdem Produkttemperatur, Viskositätsentwicklung, Schaum und Reinigung, damit ein schnellerer Mischschritt nicht zulasten einer anderen Prozessphase geht.

Die kürzeste Prozesszeit ergibt sich aus dem richtigen Mechanismus

Gegenüber konventioneller Rührwerkstechnik bietet die RMC vor allem dann einen Prozesszeitvorteil, wenn Pulveraufnahme, direkte Benetzung und Deagglomeration die Charge verzögern. Der konzentrierte Inline-Prozess verhindert, dass Pulver zunächst lange durch den Behälter zirkulieren muss, bevor es wirksam verarbeitet wird. Dadurch kann sich auch die Reproduzierbarkeit zwischen den Chargen verbessern.

Ein Rührwerk bleibt die logische Wahl für Bulk-Umwälzung, Wärmeverteilung und einfache Mischaufgaben und kann neben der RMC weiterhin erforderlich sein. Vergleichen Sie Maschinen daher nicht nur anhand ihrer Laufzeit, sondern beurteilen Sie die gesamte Kette bis zur Produktspezifikation. Erst wenn der tatsächliche Engpass bekannt ist, kann festgestellt werden, ob die RMC-Technologie die Prozesszeit verkürzt oder ob eine andere Misch- oder Prozessanpassung eine größere Wirkung hat.

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