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Kolloidale Mischtechnik bei der Aufbereitung von Suspensionen

Bei einem Kolloid (griechisch „Kolla“ = Leim und „Eidos“ = Form) handelt es sich um mikroskopisch kleine Teilchen, die innerhalb eines Mediums in größtmöglicher Verteilung ( Entropie) vorliegen. Man spricht von einer kolloid-dispersen Phase, wenn die Teilchen eine max. Größe von ca. 0,1 - 0,001 mm aufweisen. Im Allgemeinen liegen diese Teilchen als Feststoffkomponente für ein Mischprodukt in dieser feinen Form nicht vor, sondern bilden Cluster und Klumpen. Die Aufgabe einer kolloidalen Mischtechnik ist es damit, diese Festststoffteilchen während des Mischvorgangs voneinander zu trennen und in der Suspension gleichmäßig zu verteilen.

Vorteile der kolloidalen Mischtechnik

Je nach Anforderung an die Suspension ist eine optimale chemische Reaktion (z.B. Hydration einer Zementsuspension) oder eine größtmögliche physikalische Reaktion (z.B. Quellen einer Bentonitsuspension) erforderlich. Beide Vorgänge werden durch eine kolloidale Mischtechnik entscheidend beschleunigt bzw. in Ihrem Ergebnis qualitativ verbessert. Bei Injektionssuspensionen hat die größte Körnung der Feststoffbestandteile Auswirkung auf die Eindringtiefe ins Erdreich bzw. Fels. Auch hier ist ein kolloidaler Aufschluss von z.B. Microzementen von entscheidender Bedeutung.

Grundsätzlich unterscheidet man zwischen zwei Mischverfahren, die  Chargen-, oder Batchmischung und die kontinuierliche Mischung. Mit einer Chargenmischung wird immer eine durch das Volumen des  Mischbehälters bestimmte Menge an Produkt hergestellt. Die Herstellung  einer größeren Menge erfolgt durch das Wiederholen der Einzelmischungen. D.h. beim Chargenmischvorgang wird der Mischerbehälter zuerst mit den  Ausgangstoffen befüllt, die Komponenten werden homogenisiert und  vermischt, der Mischbehälter wird wieder entleert. Die Chargenmischung  unterliegt einer Taktzeit dieser Vorgänge, die durch die Leistung der  Dosierorgane, dem Volumen des Mischbehälters, der Mischzeit und Entleerzeit  bestimmt sind. Die Mischleistung wird durch das Zusammenspiel dieser  Parameter bestimmt.

Bei einem kontinuierlichen Mischvorgang werden die Ausgangsstoffe zusammen gleichzeitig  durch den Mischbehälter geführt. Dosieren,  Homogenisieren, Mischen und Entleeren finden gleichzeitig und ununterbrochen statt. Der kolloidale Aufschluß findet während der Verweilzeit der Komponenten im Mischer statt. Die eingesetzten Scherkräfte im Mischer, das Durchsatzvolumen des Mischraumes und die erforderliche Aufschlussqualität bestimmen die Mischleistung.

Funktionsweise kolloidaler Aufschluss der Feststoffpartikel

Der Aufschluss wird durch die Anwendung großer Scherkräfte im Mischraum erzeugt. Die spezielle Form der Mischwerkzeuge eines Kolloidalmischers zielt darauf ab, jedes Teilchen im Mischprodukt so oft wie möglich mit hoher Relativgeschwindigkeit an einer Scherkante vorbei zu führen. Eine optimale Voraussetzung dafür ist die vorherige, gründliche Homogenisierung der Mischkomponenten untereinander.

Das sich das Mischprodukt je nach Fortschritt des Mischvorgangs in Viskosität und Konsistenz verändert, stellen sich hier höchste Anforderungen an das Zusammenspiel zwischen Mischraum und Mischwerkzeugen.

Funktionsweise kontinuierliche, vollautomatische Mischanlage

Im Folgenden wird beispielhaft die Funktionsweise einer vollautomatischen, kontinuierlichen Kolloidal- Mischanlage beschrieben:

Eine vollautomatische Kontimischanlage von MAT - Mischanlagentechnik erreicht genaue Dosierergebnisse bei hoher Mischleistung. Die Feststoffkomponente wird zunächst über eine Förderschnecke 2 in den Feststoffpufferbehälter 3 eingebracht bis dieser seinen maximalen Füllstand erreicht hat. Eine min/max Füllstandsonde 6 im Suspensionsbehälter steuert Start und Stop des Mischvorganges.

Die Flüssigkomponente (z.B. Wasser) wird kontinuierlich mit möglichst konstantem Druck und Durchflussleistung durch einen Durchflussmesser 1 in den Mischraum eingeleitet. Die Durchflussleistung der Flüssigkomponente bildet die Leitgröße für die Feststoffdosierung.

Eine SPS-Steuerung erhält ein Signal über die Durchflussmenge Flüssigkomponente (= Leitgröße) und errechnet anhand des hinterlegten Mischrezepts den dazugehörigen Feststoffanteil in Masse pro Zeiteinheit. Die Zellradschleuse 4 wird angesteuert und geregelt, um den errechneten Feststoffanteil in den Mischraum 5 einzutragen. Eine Waage am Feststoffpufferbehälter 3 kontrollieren permanent den tatsächlichen Austrag bzw. Eintrag in den Mischraum und regeln über die SPS die Drehzahl der Zellradschleuse. Bei „max“-Signal der Füllstandsinde im Suspensionsbehälter stoppt der Mischvorgang und die Steuerung stellt die Mischanlage auf Standby.

 

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Zusammenspiel von Mischraum und Mischwerkzeugen
Zusammenspiel von Mischraum
und Mischwerkzeugen


Funktionsprinzip der kontinuierlichen Kolloidal-Mischanlage
Funktionsprinzip der kontinuierlichen
Kolloidal-Mischanlage





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