Walzenkompaktoren: Grundprinzipien und Technologieübersicht

Walzenpressen werden zur Verarbeitung von Schüttgütern (Pulver, Granulate) eingesetzt, um eine trockene Granulierung durch Kompaktierung durchzuführen. Sie können typischerweise eine kompaktierte Materialbahn erzeugen, die später gemahlen wird, auch wenn einige Modelle spezielle Walzen besitzen, deren Form die Herstellung von Briketts ermöglicht. Diese Seite konzentriert sich auf das Design von Walzenpressen, die Mechanismen hinter der Agglomeration des Materials, das durch einen Walzenkompaktor geht, und die verschiedenen Anwendungen dieser Technologie.

1. Was ist eine Kompaktier-Walzenpresse?

Walzenkompaktoren, die zur Kompaktierung von Pulvern verwendet werden, arbeiten alle mit gegenläufig rotierenden Walzen, die durch ein mechanisches oder hydraulisches System in Position gehalten werden. Dieses System übt typischerweise eine Kraft auf eine der Walzen aus, die als "schwebende Walze" bezeichnet wird.

Das Material wird zwischen die beiden Walzen eingeführt, um kompaktiert zu werden. Die Kompaktierung kann zwischen zwei glatten Walzen erfolgen, wodurch eine kompaktierte Materialbahn erzeugt wird. Die Walzen können jedoch auch eine spezifische Form aufweisen, die die Herstellung von kompaktierten Pulverstücken ermöglicht.

Wenn eine Materialbahn erzeugt wird, wird diese oft anschließend gemahlen, um ein granuliertes Produkt zu erhalten, das verkauft oder weiterverarbeitet werden kann (z. B. zur Herstellung von Tabletten in einer Tablettenpresse). Daher wird die Maschine oft als Walzenpress-Granulatorbezeichnet.

2. Wie haftet das Pulver zusammen, wenn es durch eine Presse geht?

Wenn das Pulver zwischen die beiden Walzen gelangt, wird es dem Druck der Walzen ausgesetzt, was zu einer trockenen Agglomeration des Materials führt. Diese trockene Granulierung wird durch verschiedene Mechanismen ermöglicht, die auf Partikelebene das Zusammenhalten des Materials bewirken:

• Bildung fester Brücken zwischen Partikeln durch
• Chemische Reaktionen
• Schmelzen oder Sintern
• Adsorptionsschichten
• Nichtvalente Assoziationen
• Molekulare, elektrische, magnetische Kräfte zwischen Partikeln (z. B. Van-der-Waals-Kräfte)
• Verzahnung

Wie bei ähnlichen Kompaktierungsprozessen (z. B. Tablettenpressen) wird das Pulver zunächst umgelagert, verdichtet, dann durch den Druck zerkleinert und verformt. Der enge Kontakt, der durch diese Kompression entsteht, ermöglicht die Bildung von Bindungen zwischen den Partikeln.Nach der Kompression dehnt sich das Material in der Regel etwas wieder aus. Die folgende Grafik veranschaulicht diese strukturellen Veränderungen des Pulvers in Abhängigkeit vom Druck während des Kompressionsprozesses.

Grafik 1: Die Mechanismen der Druckagglomeration mit den verschiedenen Stufen und deren Auswirkungen auf das Material [Pietsch]

3. Funktionsprinzip von Kompaktier-Walzenpressen?

Die Kompression des Pulvers erfolgt in folgenden Schritten [Pietsch]:

• Pulverzufuhr, Verdichtung und Zwangszuführung zu den Walzen: Das zu kompaktierende Schüttgut wird durch ein Pulverhandhabungssystem (z. B. unter Verwendung von pneumatischer Förderungoder einfacher Schwerkraftzufuhr) zur Presse transportiert und dann in einen Trichter eingeführt, der direkt über den Walzen angebracht ist. Dieser Trichter ist oft mit einem oder mehreren Schneckenförderern ausgestattet, die eine Zwangszuführung des Materials in den Spalt zwischen den Walzen ermöglichen. Die Schnecken ermöglichen den Aufbau von Druck, verdichten das Material und verbessern die Zufuhr zu den Walzen.

Abbildung 2: Zwangszuführung von Pulver in den Walzenspalt mit einem Schneckenförderer

• Entlüftung des Pulvers: Während das Pulver verdichtet wird, nimmt die Porosität ab, was bedeutet, dass weniger Platz für Luft vorhanden ist. Die Luft muss daher während der ersten Verdichtungsschritte direkt über den beiden Walzen aus dem Pulver entweichen. Wenn die Entlüftung nicht ordnungsgemäß erfolgt, kann dies nach der Kompression zu schweren Qualitätsmängeln führen, da die Luft nach dem Durchgang durch den Spalt zwischen den beiden Walzen plötzlich expandieren und das Agglomerat zerstören kann.
• Kompression: Die gegenläufige Rotation der Walzen zieht das Material in den zentralen Bereich zwischen den beiden Walzen, verdichtet es und führt es schließlich in den Walzenspalt, wo die eigentliche Kompressionsarbeit beginnt. Ein Einzugswinkel hilft, diesen Bereich zu definieren. Beim Durchgang durch den Walzenspalt passiert das Material schließlich den Bereich zwischen den beiden Walzen, wo es einem sehr hohen Druck ausgesetzt wird. Dieser hohe Druck ermöglicht es, das Pulver ausreichend zu kompaktieren, um es zu agglomerieren.
• Austrag: Der Hochdruckbereich zwischen den beiden Walzen ist tatsächlich sehr klein. Unmittelbar nach der Kompaktierung wird das Material durch die gegenläufig rotierenden Walzen weggedrückt. Direkt nach dem Austrag ist eine Ausdehnung der kompaktierten Materialbahn zu beobachten.

4. Anwendungen von Kompaktier-Walzenpressen

• Pharmazeutika (generell spezielle hygienische Ausführungen)
• Chemikalien / Düngemittel / Waschmittel
• Natriumcarbonat, Natriumchlorid, Natriumsulfat, Natriumnitrat, Ammoniumchlorid, Eisensulfat, Calciumchlorid, Gießereiadditive
• Natriumsulfat, Natriumchlorid, Carbonate, Natriumcyanid, Kaliumcyanid, Eisensulfat, Kaliumbromid, Borsäure, Harnstoff (zur Brikettherstellung)
• PK-, NPK-Dünger, Kaliumchlorid, Kaliumsulfat, Ammoniumsulfat, Kaliumnitrat, Phosphat, Pottasche-Schlacke
• Stahl
• Drehspäne
• Abfallmaterialien oder Nebenprodukte
• Bergbau, Erz- und Mineralienindustrie
• Uranoxid, Chromoxid, Eisenoxid, Zinkoxid
• Kalk, Dolomit, Magnesia
• Nickelerzstaub
• Tonerde, Bauxit, Kalk, Dolomit, Gips, Kaolin (Porzellanerde), Magnesia, Flussspat, Farbpigmente, Schwefel (zur Brikettherstellung)
• Metalloxide (Wälzoxide), Seltenerdoxide, Zirkoniumhydroxid, Ferrolegierungen, Molybdäntrioxid, Zirkonsand (zur Brikettherstellung)
• Kohle
• Katalysatoren
• Polymere
• Getrockneter Klärschlamm

5. Hersteller von Kompaktier-Walzenpressen

Walzenpressen reichen von kleinen Maschinen für die Pharmazie bis hin zu sehr schweren Systemen für die chemische Industrie, Düngemittelherstellung und den Bergbau. Daher ist es entscheidend, Produkte eines Unternehmens auszuwählen, das über fundierte und nachgewiesene Erfahrung verfügt, um zuverlässige, leistungsstarke und wartungsfreundliche Maschinen zu liefern. Zu diesen Unternehmen zählt Sahut-Conreur (sahutconreur.com).

Quelle

[Pietsch] Agglomerationsverfahren (Phänomene, Technologien, Ausrüstung), Pietsch, Wiley-VCH, 2004