5 Trends der mechanischen Verfahrenstechnik

Prozessintensivierung

Zukunftsweisende Technologien in der Verfahrenstechnik setzen auf Prozessintensivierung und damit auf die effizientere Nutzung der in einem Prozess eingesetzten Zeit, Energie und Rohstoffe. Beim Mischen und Dispergieren mit neuen optimierten Verfahren sind die Unterschiede hinsichtlich erforderlicher Energie, volumenspezifischer Leistung oder auch neu geschaffener Phasengrenzflächen gegenüber konventionellen Technologien wie Rührwerken, Injektoren oder Dissolvern enorm.

Beim außerhalb des Behälters betriebenen Dispergierer Ystral Conti-TDS des Misch- und Dispergiertechnik-Spezialisten ystral konzentrieren sich etwa die Prozesse des Benetzens und Dispergierens in einer Dispergierzone mit einem effektiven Volumen von nur etwa einem viertel Liter. Verglichen mit einem im Behälter betriebenen Dissolver erzeugt der Dispergierer eine etwa 30.000-fach höhere volumenspezifische Leistung. Diese konzentrierte Leistung ist entscheidend für den Dispergiererfolg. Über ein Rotor-Stator-System baut die Conti-TDS zugleich tausendfach höhere Scherkräfte auf. Die Verweilzeit ist extrem kurz, sodass auch nur ein Bruchteil der Energie im Vergleich zum Dissolver benötigt wird.

Schadstofffreie Prozessführung

Neue Erkenntnisse zu Gesundheitsgefahren beim Handling von Pulvern und Flüssigkeiten, striktere Vorgaben zur Arbeitssicherheit, steigende Hygieneanforderungen und nicht zuletzt der Einsatz sensibler Elektronik machen eine staub-, gas- und aerosolfreie Prozessführung unumgänglich.

Konventionelle Technologien können insbesondere bei Gemischen aus Stäuben und Dämpfen Gesundheitsgefahren für den Bediener nicht ausschließen, weil die Pulverstoffe in einem offenen Prozess auf die Flüssigkeitsoberfläche im Behälter gebracht werden. Vermeiden lassen sich Gesundheitsgefahren und Risiken mit Pulvereintragssystemen, bei denen die Pulver staubfrei direkt in die Flüssigkeit eingesaugt werden.

Weniger beziehungsweise keine Biozide

In ganz unterschiedlichen Branchen verfolgen Hersteller das Ziel, Biozide in ihren Produkten zu reduzieren oder komplett zu vermeiden – aus vielerlei Gründen, etwa weil Biozide im Handling kritisch sind, unerwünschte Effekte im Endprodukt mit sich bringen oder von kritischen Verbrauchern schlichtweg abgelehnt werden. Ein Biozidverzicht ist möglich, wenn das Produkt im Herstellungsprozess nicht mit Keimen – insbesondere Keimen aus der Umgebungsluft – belastet wird. 

Durch einen geschlossenen Prozess mit einem Pulvereintrag unterhalb des Flüssigkeitsspiegels und den Einsatz von Sterilfiltern kann eine Keimbelastung im Produkt stark reduziert oder gänzlich vermieden werden. Lotionen, Shampoos oder Babypflegeprodukte können auf diese Weise komplett ohne Konservierungsstoffe hergestellt werden, Farben und Lacke behalten trotz strengerer Biozid-Grenzwerte ihr Umweltlabel.  

Flexible Modularisierung der Fertigungstechnik

Angesichts variabler Anforderungen, variabler Batchgrößen und immer häufigerer Produktwechsel wird ein flexibles Maschinen- und Anlagendesign zunehmend wichtig. Hersteller müssen in der Lage sein, auftrags- und anwenderorientiert eine Vielzahl an Produktvarianten und neu entwickelten Produkten zu fertigen. Während bei einem starren Design Maschinen und Anlagen bei einer Prozessumstellung komplett ausgetauscht werden müssen, reichen bei modularen Systemen punktuelle Anpassungen aus.

Bei Anlagen von ystral werden nach dem Baukastenprinzip physische Module, aber auch Steuerungsmodule flexibel miteinander kombiniert und können den Anforderungen entsprechend angepasst oder erweitert werden. Auf der Maschinenebene setzt ystral aus wenigen Teilen bestehende Umrüstsätze ein, um eine universelle Basismaschine an neue Anforderungen anzupassen.

Twin-Tank statt Single-Tank

Eine Doppeltankanlage eignet sich zur kontinuierlichen Herstellung eines Produktes: Während im einen Behälter produziert wird, wird im zweiten Behälter das fertige Produkt abgepumpt. Sobald dieser Behälter leer ist, wird umgeschaltet. Bei ystral wird das Twin-Tank-Prinzip aber auch zur Steigerung der Anlagenkapazität eingesetzt, da der Dispergierer YSTRAL Conti-TDS nur für den Pulvereintrag und die Dispergierung genutzt, für andere Prozessschritte wie das Spülen, Befüllen und Abpumpen jedoch nicht benötigt wird. Durch die abwechselnde Nutzung der Conti-TDS an zwei identischen Prozessbehältern lassen sich die Stillstandzeiten der Maschine minimieren. ystral erreicht mit dem Twin-Tank-Konzept eine Steigerung der Anlageneffektivität um bis zu 100 % bei minimalem zusätzlichem Platzbedarf – benötigt wird lediglich ein zweiter mit dem Dispergierer verrohrter identischer Prozessbehälter mit Leitstrahlmischer.

Trends gehen immer nur in eine Richtung

Die Veränderungen in der Verfahrenstechnik sind vielfältig und weisen nicht immer nur in eine Richtung: Während beispielsweise bei bestimmten Anwendungen oder Branchen wie der pharmazeutischen Industrie die Entwicklung zu einer Verringerung der Batchgrößen geht, verändern sich andere Branchen eher in Richtung größerer Outputmengen und kontinuierlicher Inline-Prozesse. Davon unabhängig werden sich am Markt künftig diejenigen prozesstechnischen Lösungen durchsetzen, die eine Senkung der Produktionskosten, eine Verkürzung der Fertigungszeiten, eine Verbesserung der Anlageneffektivität, einen geringeren Energiebedarf und einen effizienteren Rohstoffeinsatz ermöglichen.