Partikelgrößenmessung Inline-Partikelgrößenmessung zur kontinuierlichen Bestimmung der Partikelgrößenverteilung

Redakteur: M.A. Manja Wühr

Wie sich der Qualitätsfaktor Partikelgrößenverteilung direkt überwachen lässt, ist zentrale Frage vieler Mahlprozesse. Der vorliegende Artikel stellt die kontinuierliche Messung der Partikelgröße im Mahlprozess und die Visualisierung der Messergebnisse als mögliche Lösung vor.

Anbieter zum Thema

Frewitt testet Inline-Partikelgrößenmessung. (Bild: Bilder: Frewitt)
Frewitt testet Inline-Partikelgrößenmessung. (Bild: Bilder: Frewitt)

Die Partikelgrößenverteilung eines Pulvers – gleichgültig, ob es sich um Mineralsalze, Laktose, Wirkstoffe, Proteine oder Pigmente handelt – ist entscheidend für viele seiner Eigenschaften. Ein feines Pulver kann aufgrund seiner höheren Oberfläche schneller reagieren und ist in der Lage, an größere Mengen anderer Verbindungen (Medikamente) zu adsorbieren; ein körniges Pulver hat ein besseres Fließverhalten und ist beständiger gegen das Zusammenbacken.

Die Messung der Partikelgrößen durch Probenahme des Mahlguts und anschließende Siebanalyse im Labor liefert zwar genaue Ergebnisse, Veränderungen im Prozess können aber selbst bei kurzen Analyseintervallen nicht rechtzeitig erkannt werden. Deshalb entschloss man sich bei Frewitt, eine neue Inline-Messmethode auf Herz und Nieren zu prüfen. Auf zwei Mühlen wurden mit Mineralsalz und Plazebo Versuche an einer Messsonde durchgeführt.

Schattensignale auswerten

Das Prinzip der untersuchten Inline-Messung basiert auf einem erweiterten Ortsfilter, der Schattensignale einzelner Partikel in auswertbare Größeninformationen umsetzen kann. Dazu werden die Geschwindigkeit und Flugzeit der Partikel durch faseroptische Elemente gemessen. Die Bewegung der Partikel wird dabei auf eine Empfangsoptik projiziert.

Einzelpartikel können mit einer Messrate von bis zu mehreren tausend Partikeln pro Sekunde erfasst werden. Die Partikelgröße berechnet ein Messrechner, der in Echtzeit die komplette Partikelgrößenverteilung im Bereich von 50 bis 6000 µm liefern kann. Die Gesamtzahl der klassierten Partikel wird in einem Ringspeicher konstant gehalten, wodurch eine gleitende, ständig aktualisierte Partikelgrößenverteilung zur Verfügung steht. Damit kann die Partikelgrößenverteilung lückenlos verfolgt und dokumentiert werden.

Im Unterschied zu anderen Inline-Methoden wird hier kein mathematisches Partikel-Modell zugrundegelegt, sondern jedes Partikel wird direkt anhand seiner Sehnenlänge charakterisiert.

Die Versuche mit der Inline-Partikelgrößenmesssonde wurden auf der HammerWitt-Lab und der ConiWitt-200 der Firma Frewitt durchgeführt. Bei der HammerWitt-Lab handelt es sich um eine Hammermühle (Schlagbeanspruchung) für die Produktzerkleinerung von kleinen Mengen, mit einer maximalen Drehzahl von 7000 U/min. Der Rotor ist bei dieser Mühle einseitig gelagert und kann entweder auf die Schneidseite (für faserige Produkte) oder die Schlagseite (für harte Produkte) gedreht werden. Die ConiWitt-200 ist eine konische Siebmühle (Scherbeanspruchung) mit einer maximalen Drehzahl von 1800 U/min und eignet sich für die Desagglomeration und das Feinvermahlen von Nass- und Trockenpulvern. Sowohl bei der HammerWitt-Lab als auch bei der ConiWitt-200 wurde die Sonde zur Messung der Partikelgrößen am Auslauf, quer zur Strömungsrichtung, montiert.

Messergebnisse

Auf der HammerWitt-Lab wurden mit Sieben von Maschenweiten zwischen 0,5 und 2,0 mm insgesamt neun Einzelversuche gefahren, die in Abb. 1 mit „Test number“ bezeichnet sind. Die Messergebnisse sind als Verteilungskurve angegeben; das hat den Vorteil, dass man nicht nur eine Aussage über die mittlere Partikelgröße, sondern auch Informationen über die kleinsten und vor allem größten Partikel in der Probe erhält.

Als mess- und vergleichbare Größen wurden die so genannten D10-, D50- und D90-Werte ermittelt. D90 ist ein wichtiger Parameter, der für das Maß der größten Partikel steht. Als Beispiel: In Abb.1 liegt der Wert D90 im Fall der Testnummer 1 bei 200 µm. Das heißt im Klartext, dass 90 Prozent der Partikel kleiner als 200 µm sind. Bei diesem Messverfahren sind die Werte als volumetrische Durchmesser (D(v)) ausgewertet, was bedeutet, dass der Messende daraus erkennt, wie die Masse der Substanz auf die Partikel verteilt ist. Das Resultat: Die Messergebnisse der Inline-Sonde bestätigen die der Siebanalyse vom Labor (Abb. 1).

Die ConiWitt-200 wurde um 11:03 Uhr bei einer Rotordrehzahl von 5 m/s gestartet. Bevor die Rotordrehzahl von 5 auf 14 m/s erhöht wurde, betrug die Partikelgröße von D90 etwa 250 µm und die von D50 etwa 90 µm. Nachdem die Rotordrehzahl von 5 auf 14 m/s erhöht wurde, fiel die Partikelgröße bei D90 auf 100 µm und die von D50 auf nur noch 70 µm. Mit der Konsequenz, dass die Partikelgrößenverteilung ist viel enger und dadurch das Mahlgut homogener (Abb. 2).

Fazit

Die intelligente Inline-Partikelgrößenmessung macht die kontinuierliche Bestimmung der Partikelgrößenverteilung in Echtzeit möglich und ist aufgrund der einfach aufzubereitenden und aussagekräftigen Visualisierung von Prozessdaten allen Prozessbeteiligten von großem Nutzen. Zeitersparnis und Informationsgewinn sind damit gewährleistet, sowohl im kontinuierlichen wie auch im Batch-Prozess.

* Die Autorin ist Laborleiterin Prozessanalysen bei Frewitt SA, Granges-Paccot/Schweiz.

Jetzt Newsletter abonnieren

Verpassen Sie nicht unsere besten Inhalte

Mit Klick auf „Newsletter abonnieren“ erkläre ich mich mit der Verarbeitung und Nutzung meiner Daten gemäß Einwilligungserklärung (bitte aufklappen für Details) einverstanden und akzeptiere die Nutzungsbedingungen. Weitere Informationen finde ich in unserer Datenschutzerklärung.

Aufklappen für Details zu Ihrer Einwilligung

(ID:20755390)