Vom Batch zur Kontifertigung: Neue Prozessfenster und Fertigungsstrategien

Während die in Batchverfahren verbreitet eingesetzten Rührkessel 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 Reinigungsabwässern verbunden. Weiterhin wirken sich lange Prozesszeiten und Qualitätsschwankungen von Batch zu Batch nachteilig auf die Wirtschaftlichkeit der Produktion aus.

Eine kontinuierliche Produktion unter Einsatz mikroverfahrenstechnischer Komponenten stellt gerade für geringe Produktionsmengen eine Alternative zu  konventionellen Batchverfahren dar. Mikrokomponenten weisen interne Geometrien mit Abmessungen im Mikrometerbereich auf und zeichnen sich durch einen sehr guten Wärmeübergang, einen geringen Produktinhalt und ein großes Oberflächen-zu-Volumen Verhältnis aus. Dies erlaubt eine sehr kontrollierte Prozessführung.

Am Beispiel einer Farbenproduktion wurde am Institut für Chemische und Thermische Verfahrenstechnik der Technischen Universität 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 Produktqualität gegenüber der batchweisen Herstellung. Mit Hilfe eines Mikrowärmeübertragers konnte außerdem eine Wärmeintegration durchgeführt werden, was zur Senkung des Energiebedarfs um 85 % beitrug [1].

Für die Fertigung mehrerer ähnlicher Farben auf einer Anlage war eine Kampagnenfahrweise vorgesehen, bei der nach Erreichen der gewünschten 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 Produktqualität zu beeinträchtigen. Auf diese Weise konnte der Spül- und Abwasseranfall um 95 % gegenüber dem konventionellen Verfahren gesenkt werden [2]. Eine ökologische Bewertung zeigte, dass das neu entwickelte Verfahren dadurch ökologisch vorteilhaft gegenüber dem Batchverfahren ist.

Ausgewählte 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

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

Projektdurchführung:
Technische Universität Carolo-Wilhelmina zu Braunschweig
Institut für Chemische und Thermische Verfahrenstechnik
Langer Kamp 7
38106 Braunschweig
Tel. 0531/391-2780
Fax 0531/391-2792
s.scholl@tu-braunschweig.de
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Projektbeteiligte:
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31228 Peine OT Vöhrum
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