Welkom bij

---

Inleiding poedermenging

Vind antwoorden op al uw vragen in onze Meng Handboek

Heeft u een vraag of opmerking?

Neem contact op met de auteur via admin@powderprocess.net

---

Sectie samenvatting
1. Basisprincipes van mengen
2. Batchmengen vs. Continu mengen
3. Veelvoorkomende mengers Lintmengers Peddelmengers Trommelmengers Ploegschaarmengers

---

Een mengproces staat centraal in veel bulkvaste-stofprocessen. Poeder- of vaste-stofmenging maakt het mogelijk om een homogeen mengsel te verkrijgen van verschillende componenten en vormt een van de processtappen die de meeste waarde toevoegt. Het homogeen mengen van hoofd- en nevencomponenten en het bereiken van een goede homogeniteit (in de praktijk gemeten aan de hand van een variatiecoëfficiënt , relatief ten opzichte van een van de componenten die als tracer wordt gebruikt) is echter niet eenvoudig. De onderstaande pagina begeleidt u door de belangrijkste industriële mengapparatuur, hun voor- en nadelen, en introduceert ook het concept van continu mengen en batchmengen.

Deze pagina richt zich op droogmenging van vaste stoffen. Mogelijk wilt u meer weten over andere mengtypes via de volgende links: Vaste-stof / vloeistofmenging (slurry) of Vloeistof / vloeistofmenging

1. Basisprincipes van mengen

Froude-getal

Poedermenging is gebaseerd op de beweging van de deeltjes die deel uitmaken van het te mengen recept. De beweging kan van verschillende typen zijn, en verschillende ontwerpen van mengers zullen overeenkomen met verschillende mengprincipes.

Mengers worden vaak geclassificeerd aan de hand van het Froude- getal. Dit dimensieloze getal definieert het mengregime afhankelijk van de waarde ervan.

Froude-getal wordt gedefinieerd in vergelijking 1 [Perry]:

Vergelijking 1 : Froude-getal

Met
R = mengerstraal of straal van de mengerroerder
ω = hoeksnelheid

Het kan worden uitgedrukt in een handigere vorm voor poedermengers met een meng-element in vergelijking 2:

Vergelijking 2 : Froude-getal berekening voor mengers uitgerust met een menggereedschap (lint, peddels, etc.)

Met
u = tipsnelheid van het meng-element
D = diameter van het meng-element

Froude-getal vergelijkt 2 krachten: Fr = (krachten anders dan zwaartekracht – voornamelijk centrifugaalkracht) / zwaartekracht

• Als Fr < 1 betekent dit dat de zwaartekracht sterker zal zijn dan de centrifugaalkrachten, het poeder zal in de menger blijven liggen, bewogen, maar niet in een wolk

• Als Fr > 1 betekent dit dat de centrifugaalkrachten sterker zullen neigen te zijn dan de zwaartekracht: het poeder zal de neiging hebben om in de menger in de lucht te worden opgehangen.

Onder de veelvoorkomende mengers die industrieel worden gebruikt voor poedermenging, stelt onderstaande tabel een classificatie voor volgens Froude- getal

Tabel 1: Mengers geclassificeerd volgens hun Froude- getal en mengprincipe

Fr	Mengklasse	Mengertype	Voordelen	Nadelen
< 1	Diffusie	Type vrije-valmengers V-mengers Dubbelkegelmengers Bakmengers (IBC-mengers) Trommelmengers	Zeer eenvoudig Lage energiebehoefte Zacht mengproces Geen meng-elementen in de apparatuur Betrouwbaarheid Toegankelijkheid voor reiniging	Lange mengtijd Kan geen goede menging bereiken voor poeders met sterk uiteenlopende deeltjesgroottes Segregatie effecten kunnen optreden
< 1	Convectie	Duwstroommenger-type Lintmengers Schroefmengers	Bereiken over het algemeen betere mengresultaten dan diffusiemengers Lage energie-invoer Over het algemeen goedkoper dan peddel- of ploegschaarmengers	Lange mengtijd Mechanische complexiteit Toegankelijkheid voor reiniging Kan product beschadigen bij lange mengtijden
> 1	Convectie	Peddelmengers Pneumatische mengers	Korte mengtijd Zacht mengen Lage energie-invoer Goede toegankelijkheid voor reiniging (sommige ontwerpen hebben uittrekbare assen) Peddelmengers bestaan ook in continue menguitvoering Bij peddelmengers kan vloeistofinjectie worden voorzien	Kosten vergeleken met diffusietrommels / lintmengers Bij vloeistofinjectie: gevoelig voor agglomeratie – vereist dan extra meng-elementen met hogere schuifkracht Bij pneumatisch gegenereerd wervelbed moet aandacht worden besteed aan de risico’s van segregatie door fijne deeltjes die "drijven" aan de bovenkant van de menger
>> 1	Convectie Schuifkracht (shear)	Ploegschaar- Mengers Hoge-schuifkracht meng-elementen	Korte mengtijd Vermindert risico’s van poederagglomeratie, met name bij vloeistofinjectie Bestaan in continue menguitvoering	Hogere poederbreuk Hoge energie-invoer Kosten

Een andere classificatiemethode kan worden voorgesteld op basis van het type proces waarin mengers zijn geïntegreerd: **Batch** of **continu**. Hoewel batchmengers waarschijnlijk het grootste deel van de industriële toepassingen vertegenwoordigen, kunnen bepaalde typen mengers (zoals peddelmengers) ook in continue modus worden gebruikt, wat nuttig is voor specifieke processen.

Mengtijd

De volgende elementen beïnvloeden de mengtijd. Als algemene regel streven mengeroperators naar een zo kort mogelijke mengtijd om de productiviteit van hun lijn te verhogen.

Tabel 2: parameters die de mengtijd beïnvloeden

Bedrijfsparameter	Invloed op mengtijd
Mengvolume	Een hoger mengvolume leidt tot een langere mengtijd Maar het verdubbelen van het volume betekent niet dat de mengtijd ook verdubbelt Voor mengers met Fr > 1 blijft de mengtijd na een bepaald volume bijna constant Opmerking: een menger mag niet overvuld worden, anders kan mengen onmogelijk worden
Mengsnelheid	Een hogere mengsnelheid resulteert meestal in een kortere mengtijd De invloed op het poeder moet echter in overweging worden genomen (poederbreuk)
Froude-getal	Een hoger Fr-getal leidt tot een kortere mengtijd Poederbreuk is een zorgpunt bij Fr >> 1
Type vastestoffen	Hoe meer de deeltjesgroottes van de mengcomponenten verschillen, hoe moeilijker het mengen wordt

De invloed van het Froude-getal en het mengervolume zijn weergegeven in onderstaande grafiek:

Figuur 1: Mengtijd = f(Fr, Volume) [Gericke]

De mengtijd is ook afhankelijk van de volgorde en plaats van toevoegen van de ingrediënten. Met name de positie van micro-ingrediënten is van groot belang. Wanneer micro-ingrediënten aan de zijkant van een menger worden toegevoegd, kan de mengtijd aanzienlijk worden beïnvloed. Als goede praktijk moeten processen zo worden ontworpen dat kleine, minder belangrijke en micro-ingrediënten in het midden van de menger worden geïntroduceerd, in ieder geval in het "actieve" gebied van de menger (bijv. de fluidisatiezone).

2. Batch vs. continu

Het ontwerpen van een mengproces voor vaste stoffen als batch of continu is een vraag die aan het begin van een project wordt gesteld, aangezien de processen sterk verschillende procesapparatuur vereisen.

Het werkingsprincipe is radicaal anders. Bij batchprocessen is er een discontinue volgorde van bereiding, met dosering van ingrediënten, vervolgens laden in de menger, mengen en ten slotte lossen van de menger. Deze sequentie wordt elke keer herhaald wanneer een mengsel moet worden gemaakt. Bij continue processen gebeurt alles gelijktijdig met apparatuur die verschilt van batchapparatuur, doordat ze in staat zijn ingrediënten continu aan de menger toe te voegen. De menger kan de ingrediënten tegelijkertijd verplaatsen en mengen, waardoor continu bedrijf mogelijk is.

De onderstaande tabel vat samen wat elk proces-type inhoudt met betrekking tot belangrijke ontwerpparameters

Tabel 5: vergelijking van batch- en continue mengprocessen

Procesvariabele	Continu	Batch
Capaciteit	Van 10 kg/u tot zeer groot	Van zeer klein tot groot
Mengergrootte (bij gelijkwaardige output)	Kleiner	Groter
Segregatie risico’s	Kleiner	Hoger door stappen na de mengoperatie (plotselinge val van materiaal)
Ruimtebehoefte (bij gelijkwaardige output)	Kleiner	Groter
Flexibiliteit	Lager (continue menger ontworpen voor weinig receptwijzigingen	Hoger (de menginstallatie kan op verzoek starten/stoppen)
Receptcomplexiteit	Lager (beperkt aantal ingrediënten)	Hoger (het proces kan meer ingrediënten verwerken)
Automatisering	Complex voor de regeling van *Loss-In-Weight*-voeders	Over het algemeen eenvoudig
Vereiste medewerkercompetentie	Hoog door de doseersystemen	Lager
Benodigde ruimte	Vergelijkbaar laag	Vergelijkbaar groot

Continue mengprocessen moeten continu worden voorzien van poeder door speciale doseersystemen. Deze doseersystemen bestaan uit *Loss-In-Weight*-voeders. Voeders kunnen de volgende voedingsunits gebruiken: schroeftransportbanden, trillende goten of weegbanden. Elke voeder staat op belastingscellen en moet zijn uitgerust met een geavanceerd regelsysteem om het gewichtsverlies in de tijd te meten, storingen te filteren en de voedersnelheid aan te passen om een ingestelde stroom (kg/u) te handhaven.

Bij een continue mixer beïnvloedt de nauwkeurigheid van de voeder sterk de homogeniteit. Een continue mixer moet zowel radiale als axiale menging kunnen bieden. In principe worden betere resultaten bereikt in plugflow, met minimale axiale dispersie. Als de continue voeder echter niet stabiel is, zal onhomogeniteit optreden aan de uitgang van de mixer. In de praktijk is enige axiale dispersie nodig om onnauwkeurigheden van de voeder te compenseren.

Lage voedernauwkeurigheid betekent dat: axiale dispersie vereist is, dus een groter mengvolume nodig is, en dus een langere mengtijd vereist is.

3. Veelvoorkomende mengers

De volgende veelvoorkomende mengers worden hieronder besproken

Lintmenger (*Ribbon Blender*)

Mengprincipe

(tekening van US Machinery onder licentie *Creative Commons*)

Figuur 2: Lintmenger (*Ribbon Blender*)

Belangrijkste kenmerken

Tabel 3: proceskenmerken van de lintmenger (*Ribbon Blender*)

Menggereedschap	Lint/spiraalband
Froude-getal regime	< 1
Typische mengsnelheden	~50–70 tpm voor kleine mengers, ~10–20 tpm voor grote volumes
Afmeting	Van enkele honderden liters tot meer dan 10.000 l
Typische mengtijd	Meer dan 5 minuten
Impact op het product	Kan ernstig zijn bij lange mengtijden op hoge snelheid
Aantal lagers	2 – menggereedschap niet uitkragend
Bovenklep	Gebout, met afdichting
Uitlaat	1 – meestal rond, sommige ontwerpen hygiënisch
Reinigbaarheid	Beperkt, slechte toegang
Toegang	Over het algemeen deuren aan de bovenkant

Opmerking: sommige lintmengers hebben een uittrekbare as. Dit bevordert de reinigbaarheid, maar compliceert het ontwerp. De spiraalband is hoe dan ook moeilijk schoon te maken.

Dubbelassige peddelmenger

Mengprincipe

Belangrijkste kenmerken

Tabel 4: proceskenmerken van de peddelmenger

Menggereedschap	Peddels
Froude-getal regime	> 1
Typische mengsnelheden	~50 tpm voor een menger van ~1000 l
Afmeting	Van enkele honderden liters tot 5000 l
Typische mengtijd	1 tot 2 minuten
Impact op het product	Mengen is vrij zacht, weinig degradatie van poeder verwacht
Aantal lagers	1 of 2 – menggereedschap kan uitkragend zijn
Bovenklep	Gebout, met afdichting of gelast
Uitlaat	1 of 2 – ronde hygiënische uitvoering mogelijk, klapdeuren mogelijk
Reinigbaarheid	Goed, sommige ontwerpen stellen het verwijderen van de assen toe
Toegang	Deuren aan de zijkant, sommige ontwerpen met deur aan de voorzijde (bij uitkraging)

Trommelmenger

Mengprincipe

Belangrijkste kenmerken

Tabel 5: proceskenmerken van de trommelmenger

Menggereedschap	Container – V-vorm, dubbele kegel, trommel – meestal zonder menggereedschap
Froude-getal regime	< 1
Typische mengsnelheden	25 tpm
Afmeting	Van enkele liters tot 2000 l (bij gemengde containers)
Typische mengtijd	5 tot 15 minuten
Impact op het product	Mengen is vrij zacht (als er geen roerwerk is toegevoegd), weinig degradatie van poeder verwacht
Aantal lagers	De trommel wordt aangedreven door een roterende arm
Bovenklep	Aangeklemd
Reinigbaarheid	Goed wanneer de container klein is, slecht bij grotere afmetingen. Voor grote containers wordt aanbevolen deze toe te wijzen aan één specifiek product (dedicatie).
Toegang	De mixer moet worden beschermd door een veiligheidskooi

Type containerblender

Containers kunnen sterk variëren in grootte. Kleinere blenders werken met drums van enkele liters tot 200 liter. Deze drums zijn vaak vervaardigd uit roestvrijstaal en kunnen worden uitgerust met deflectoren op het bovenste deksel. Deze deflectoren bevorderen het mengen en kunnen resulteren in een verkorting van de mengtijd.

Grotere containers hebben meestal een conische bodem en kunnen variëren van 500 tot 2000 liter. Sommige ontwerpen kunnen worden uitgerust met een roerwerk. Het mengen combineert dan het effect van het roerwerk met het klassieke lawine-effect dat ontstaat door de rotatie van de container.

Bronnen

[Perry] : Perry's 8e Editie, "Vaste Stoffen Mengtechniek", sectie 21-39

[Gericke] : aangepast uit "Verschillende Methodes voor Batch- en Continue Menging van Vaste Stoffen", *Bulk Solids Handling*, H.R. Gericke, 1993