Mischen mit Luftblasen
Von Craig Johnston

In kleinen Mengen sind Flüssigkeiten, die die Tendenz haben, sich zu trennen, leicht zu mischen. Zum Beispiel kann eine Dose mit Farbe geschüttelt werden - und eine Flasche Salatsoße kann man ebenso schütteln, bevor man sie über den Salat gießt. Aber größere Flüssigkeitsbehälter verlangen industrielle Mischlösungen.

Vor zwanzig Jahren stand ein Ingenieur aus Seattle/USA vor der Aufgabe, Lachseier schonend aber wirksam in großen Becken zu mischen. Er wusste, dass mechanische Mischer die zerbrechlichen Eier zerquetschen würden.

Seine Lösung sah so aus: Pressluft sollte impulsartig am Boden des Beckens eingelassen werden und somit große Blasen erzeugen. Während die Blasen nach oben stiegen mischten sie die Eier in der Flüssigkeit so sanft, dass sie nicht beschädigt wurden.

Der Ingenieur, Dick Parks, ließ dieses Verfahren weltweit mehrfach patentieren, und seine Firma, PULSAIR liefert heute pneumatische Mischer rund um den Globus, um damit Treibstoffe, Schmiermittel, Nahrungsmittel, Wein, Farben, Abwasser und eine unzählige Anzahl weiterer Flüssigkeiten zu mischen.

Abbildung 1: Pulsair bubble

Keine sich bewegende Mechanik im Tank

Viele industrielle Mischanwendungen laufen 24 Stunden am Tag an sieben Tagen pro Woche. Ausfälle können deswegen sehr teuer werden - nicht nur wegen der Kosten für Teile und Reparaturarbeiten, sondern auch besonders wegen der Stilllegungszeit, die dadurch verursacht wird, dass der Tank geleert werden muss und dabei das Produkt möglicherweise verloren geht.

Einer der Hauptvorteile des PULSAIR-Mischverfahrens ist die Tatsache, dass im Tankinneren keine Teile sind, die sich bewegen. Dies bedeutet: es kann Nichts brechen, was einen Prozessstillstand zur Folge hätte und was dazu führen würde, das der Behälter entleert werden müsste.

Abbildung 2: Akkumulatorenplatte

In der Tat sind die einzigen Teile im Tank neben flachen Platten, die "Akkumulatorplatten" genannt werden und die die Blasen formen, die Leitungen, um die Luft zu den vorgenannten Platten zu führen. Außerhalb des Tanks benötigt man einen Kompressor und das PULSAIR-Equipment, das die Luftimpulse steuert. "Das Pulsair System ist an jede Behältergröße anpassbar," sagt Parks. "Wir können kleine Behälter wie 150 l-Fässer genauso mischen wie einige der größten Tanks der Welt." Und das ist wörtlich gemeint: Pulsair wird verwendet, um zwei Tanks mit einem Durchmesser von 27 m und einem Inhalt 11.000 m 3 Treibstoff in der Petronas-Raffinerie in Kuala Lumpur zu mischen. Pulsair mischt auch einen Behälter mit 34 m Durchmesser und 300 Tonnen Inhalt, in dem Rotwein gärt (Lindemans Weinkellerei, Karadoc, Australien). Zur Weinherstellung und in anderen sauerstoffempfindlichen Mischprozessen kann Pulsair auch mit Stickstoff oder anderen Gasen statt mit Umgebungsluft betrieben werden.

Wie einfach Blasen Flüssigkeiten mischen können

Als Parks das PULSAIR-System entwickelte, war das Einblasen von Luft in Mischanwendungen eigentlich nichts Neues gewesen. Aber dieses ständige Blasen, bekannt als Belüften, benötigt sehr viel Energie und tendiert dazu, Sauerstoff in der Flüssigkeit zu lösen.

Parks fand heraus, dass in dem Moment, wenn er eine Blase durch die Flüssigkeitssäule nach oben treibt, die Flüssigkeit oberhalb der Blase nach oben verdrängt wird und unterhalb ein Sog entsteht. Wenn die Blase sich an der Oberfläche entspannt, setzt sich die Bewegung der von ihr nach oben gezogenen Flüssigkeit an der Oberfläche fort zum Behälterrand hin und ändert dort ihre Richtung, nämlich an der Tankwandung entlang nach unten. Aufgrund der Beobachtung, dass das entstandene Bewegungsmoment sehr groß ist, kam Parks zur Erkenntnis, dass es energiesparender ist, mit der Generierung der nächsten Blase zu warten bis die Bewegung im Tank wesentlich nachgelassen hat.

Und auch wenn es widersinnig scheint: Pulsair erhöht nicht den Sauerstoffeintrag in der Flüssigkeit, da die Blasen eine relativ kleine Oberflächen im Bereich der Blasen haben. Und wie oben bereits erwähnt: Pulsair kann auch mit Stickstoff oder anderen Gase verwendet werden, um Flüssigkeiten zu mischen, die sauerstoffempfindlich sind.

Die Entwicklungsabteilung bei Pulsair begann damit, den Prozess weiter zu perfektionieren. Man fügte hochentwickelte Steuergeräte hinzu, um die Luftmenge für jede einzelne Blase zu messen. Durch das Kontrollieren von Luftdruck, Dauer der Pulse und ihrer Häufigkeit kann man die Mischparameter variieren, um verschiedenste Prozessanforderungen bei gleichzeitiger Reduzierung der Energiekosten zu erfüllen.

Der Schlüssel zur Formung der Blasen ist Pulsairs Akkumulatorenplatte (siehe Abbildung 2), eine Platte aus Metall oder einem anderen Material mit einem Durchmesser von 15 cm bis zu 55 cm, die horizontal am Boden des Tanks befestigt wird. Wenn Luft unter das Zentrum der Akkumulatorenplatte gepulst wird, strömt sie um die Kanten der Platte herum und formiert sich oberhalb der Platte zu einer Blase.

Ein zusätzlicher Vorteil des Luftpulses, der aus der Akkumulatorenplatte herausdrückt, ist, dass er eine horizontale Druckwelle am Boden des Tanks erzeugt und Feststoffe aufwirbelt, die sich am Boden abgesetzt haben. Pulsair ist somit das einzige System, das den Mischprozess direkt am Boden des Tanks beginnt. Somit kann man mit dem Mischen direkt beginnen sobald der Tank befüllt und das Medium außerdem gemischt halten bis der Tank nahezu vollständig entleert ist.

Die Akkumulatorenplatte und die Rohrleitungen im Tank können aus Stahl, rostfreiem Edelstahl, Aluminium, Glasfaser, PVC oder anderen Materialien je nach Materialverträglichkeit des Mediums wählen. Bei einigen Pulsairanwendungen kann man auf die Akkumulatorenplatten verzichten und den Puls direkt in den Boden des Tanks einbringen.

Abbildung 3:Schema Pulsair

Das Mischen größerer Tanks

Pulsairs Mischeigenschaften variieren je nach Tankform und Tiefe, aber als allgemeingültige Daumenregel kann man sagen, dass die Mischwirkung am größten innerhalb eines Radius von 15 cm um die Akkumulatorenplatte herum ist. Für große Tanks verwendet Pulsair deswegen mehrere Akkumulatorenplatten in fester Anordnung. Im vorgenannten Weintank mit 34 m Durchmesser beispielsweise verwendete Pulsair 29 Stück seiner 55 cm-Akkumulatorenplatten. Um eine Centerplatte in der Mitte des Tankes herum wurden drei konzentrische Kreise angeordnet. Statt alle Platten gleichzeitig zu pulsen werden sequentiell bestimmte Plattengruppen angesteuert um ein Maximum an Mischwirkung und Energieeinsparung zu erzielen.

Die Steuerung des Pulsierens im Mischsystem kann entweder über einen Pulsair-Controller erfolgen oder durch die Integration der Pulsair-Software in ein vorhandenes Leitsystem.

Pulsairs Touchscreen-Controller können sowohl einen einzelnen Tank als auch komplette Tankfarmen steuern. Dabei kann jeder Tank individuell parametriert werden, um mit Mischzyklen zu starten und zu beenden und sie entsprechend den Prozessanforderungen an zu passen.

Die Touchscreen-Controller sind durch ihre Modulbauweise erweiterbar und erlauben es somit auch, zunächst nur einen einzelnen Tank zu überwachen und dann nach und nach um weitere Tanks zu ergänzen.

Pulsair kann mit einer rein pneumatischen Steuerung geliefert werden, sodass es in explosiven Umgebungen problemlos eingesetzt werden kann.

Nicht nur für Weinhersteller ist ein weiteres Merkmal des Pulsair sehr nützlich: für jede Charge können die Mischparameter und die Sequenzen verfolgt und dokumentiert werden. Dies versetzt den Anwender in die Lage, eine besonders gut gelungene Charge zu duplizieren.

Tragbare Mischsysteme

Für die Notwendigkeit manueller, tragbarer Mischer hat Pulsair tragbare Mischsysteme für verschiedene Anwendungen entwickelt.

Zum Mischen von 150 l-Tanks und anderen kleinen Behältern brachte Pulsair den "5-55 Drumstick" auf den Markt. Der "Drumstick" hat eine kleine Akkumulatorenplatte, die es ihm erlaubt, durch ein kleines Handloch eingeführt zu werden.

Die für den Industriestandard entwickelten Liefercontainer können mit dem "10-55 Totestick" mit einem optionalen Akkumulatorenplatten"geweih" auch entlang des Behälterrandes aufgemischt werden. Sowohl der Drumstick als auch der Totestick können also zum Mischen kleinerer Tanks verwendet werden.

Für größere Behälter wie Tankwagen und Eisenbahntankwagen entwickelte Pulsair eine andere Reihe von tragbaren Mischmaschinen, die PTM -2000 Serie. Die PTM -2000 Serie mischt Volumen von 19 m 3 bis 110 m 3 . Wenn der Tankinhalt, zusätzlich zum Mischen auch beheizt werden muss, kann warme Luft oder Dampf zum Pulsen verwendet werden um die Erwärmung zu beschleunigen.   Abbildung 6: tragbarer Mischer PTM-2000

Anwendungen weltweit

Seit seiner Einführung vor über 20 Jahren ist Pulsair ein bevorzugtes Mischsystem überall in der Welt geworden. Zusätzlich zu den zuvor erwähnten Treibstoff- und Weinapplikationen wird Pulsair zum Mischen einer großen Vielfalt von Produkten eingesetzt.

In den Niederlanden verwendet Loder Croklaan das Pulsairsystem, um Palmöl zu mischen. In Deutschland mischt Stora Enso in der Papierherstellung die Fasertanks. In den USA wird Pulsair von Greensboro, NC für drei separate Mischprozesse in der Abwasserbehandlung eingesetzt.

Saucenhersteller, Farbhersteller, Schmiermittellieferanten, chemische Fabriken und viele andere Anwender von flüssigen Mischprozessen verwenden Pulsair, das heute in über tausend Anlagen rund um den Globus herum im Einsatz ist.

Fallbeispiel

Nicht nur Werksleiter sind überzeugt vom Pulsair Mischsystem; auch die Kaufleute lieben es. Die Fallstudie eines Herstellers von Schmiermitteln in Texas, USA, zeigt warum.

Der Kunde hat einen 315 m 3 -Tank, in dem er Additive und neutrale Öle mischt, die als Basis für andere Schmiermittel dienen. Er muss die Charge jeweils um 9.00 Uhr vormittags zur Weiterverarbeitung bereit haben.

Vor der Installation von Pulsair verwendete der Kunde ein 22 kW starkes, seitliches Rührwerk und eine 73 kW Zirkulationspumpe um den Tankinhalt während des Mischen zu rezirkulieren. Außerdem wurde ein Boiler verwendet um das Öl für bessere Mischergebnisse zu erwärmen.

Pulsair ersetzte das Rührwerk und die Pumpe durch einen 11 kW Kompressor und reduzierte die Leistung des Boilers um die Hälfte. Die Energieeinsparungen betrugen fortan über 80 %.

Der Einsatz des mechanischen Rührwerks erforderte eine Belegschaft von zwei Männern, die mit der Arbeit um Mitternacht beginnen mussten, um den Tank rechtzeitig zu mischen. Mit Pulsair liegt der Arbeitsbeginn bei 5.00 Uhr morgens und damit reduzieren sich auch die Arbeitskosten um mehr als die Hälfte.

Alles in allem gelingen mit Pulsair in diesem Fall Einsparungen von mehr als EUR 260,00 je Tag. Somit liegt die Kostenreduzierung in nur einem Jahr bei fast EUR 70.000,00 und übersteigt damit um ein Vielfaches die Investitionskosten für das Pulsairmischsystem.

Blasen mischen wirksam

Pulsair ist einen langen Weg gegangen seit Dick Parks seine ersten Versuche machte um Lachseier zu mischen. Heute haben Kunden in aller Welt eine der zuverlässigsten, wirksamsten und sparsamsten Mischtechnologien für ihre persönlichen Mischanwendungen im Einsatz.