Vom Batch zur Kontifertigung: Neue Prozessfenster und Fertigungsstrategien

In der Spezialchemie- und Pharmaindustrie sind Batchverfahren insbesondere aufgrund der geringen Produktionsmengen bei großer Produktvielfalt bislang weit verbreitet. Die kontinuierliche Produktion unter Einsatz mikroverfahrenstechnischer Komponenten stellt gerade fĂŒr geringe Produktionsmengen eine Alternative zu konventionellen Batchverfahren dar.

WĂ€hrend die in Batchverfahren verbreitet eingesetzten RĂŒhrkessel die Handhabung von kritischen Einsatzstoffen wie feststoffhaltigen oder hochviskosen Medien erleichtern, ist ihr Einsatz jedoch gleichzeitig mit einem großen Produktinhalt der Anlagen sowie einem hohen Anfall an ReinigungsabwĂ€ssern verbunden. Weiterhin wirken sich lange Prozesszeiten und QualitĂ€tsschwankungen von Batch zu Batch nachteilig auf die Wirtschaftlichkeit der Produktion aus.

Eine kontinuierliche Produktion unter Einsatz mikroverfahrenstechnischer Komponenten stellt gerade fĂŒr geringe Produktionsmengen eine Alternative zu  konventionellen Batchverfahren dar. Mikrokomponenten weisen interne Geometrien mit Abmessungen im Mikrometerbereich auf und zeichnen sich durch einen sehr guten WĂ€rmeĂŒbergang, einen geringen Produktinhalt und ein großes OberflĂ€chen-zu-Volumen VerhĂ€ltnis aus. Dies erlaubt eine sehr kontrollierte ProzessfĂŒhrung.

Am Beispiel einer Farbenproduktion wurde am Institut fĂŒr Chemische und Thermische Verfahrenstechnik der Technischen UniversitĂ€t Braunschweig die Umstellung eines Batchprozesses auf ein kontinuierliches Herstellungsverfahren unter Nutzung mikroverfahrenstechnischer Komponenten untersucht. Ein statischer Mikromischer bewirkte einen hohen Energieeintrag am Mischungspunkt und damit eine verbesserte ProduktqualitĂ€t gegenĂŒber der batchweisen Herstellung. Mit Hilfe eines MikrowĂ€rmeĂŒbertragers konnte außerdem eine WĂ€rmeintegration durchgefĂŒhrt werden, was zur Senkung des Energiebedarfs um 85 % beitrug [1].

FĂŒr die Fertigung mehrerer Ă€hnlicher Farben auf einer Anlage war eine Kampagnenfahrweise vorgesehen, bei der nach Erreichen der gewĂŒnschten Produktionsmenge ein Produktwechsel eingeleitet wird. Untersuchungen ergaben, dass bei der Mikrokontianlage aufgrund des geringen Anlageninhaltes von ca. einem Liter kein Zwischenreinigungsschritt notwendig ist. Der beim Produktwechsel entstehende Farbverschnitt kann der nachfolgenden Tinte hinzugegeben werden, ohne die ProduktqualitĂ€t zu beeintrĂ€chtigen. Auf diese Weise konnte der SpĂŒl- und Abwasseranfall um 95 % gegenĂŒber dem konventionellen Verfahren gesenkt werden [2]. Eine ökologische Bewertung zeigte, dass das neu entwickelte Verfahren dadurch ökologisch vorteilhaft gegenĂŒber dem Batchverfahren ist.

AusgewÀhlte Veröffentlichungen:

[1] Grundemann, L., Fischer, N., Scholl, S.: From macro batch to micro-contimanufacturing: a new eco-friendly production process for writing ink employing micro-process engineering, Chem. Eng. Technol. 32 (2009) 11: 1748-1756, DOI: 10.1002/ceat.200900309

[2] Grundemann, L., Fischer, N., Scholl, S.: Cleaning waste minimization for multiproduct plants: transferring macro batch to micro conti manufacturing, J. Cleaner Prod., 24 (2012): 92-101, DOI: 10.1016/j.jclepro.2011.11.010

Verschiedene per Mikroreaktionstechnologie produzierte Farben

Projektthema:
Vom Batch zur Kontifertigung: Neue Prozessfenster und Fertigungsstrategien durch Mikroproduktionstechnologie

ProjektdurchfĂŒhrung:
Technische UniversitÀt Carolo-Wilhelmina zu Braunschweig
Institut fĂŒr Chemische und Thermische Verfahrenstechnik
Langer Kamp 7
38106 Braunschweig
Tel. 0531/391-2780
Fax 0531/391-2792
s.scholl@tu-braunschweig.de
www.ictv.tu-bs.de

Projektbeteiligte:
Pelikan PBS-Produktionsgesellschaft mbH & Co. KG
Pelikanstraße 11
31228 Peine OT Vöhrum
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