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Verfahrenstechnik 9/2020

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Verfahrenstechnik 9/2020

TOP-THEMA I

TOP-THEMA I SCHÜTTGUTTECHNIK Konti vs. Batch Welches Dosierverfahren ist das Richtige? Autor: Dipl.-Ing. Bernhard Hüppmeier, Geschäftsentwicklung, Brabender Technologie GmbH & Co. KG, Duisburg Bei der Auswahl eines geeigneten Verfahrens für die individuelle Dosier- und Wägetechnik ist ein tiefes Prozess- und Materialverständnis für das Dosieren von Feststoffen und Flüssigkeiten von Vorteil. Für die industrielle Dosiertechnik besitzen Batch- und Konti-Verfahren als zuverlässige Methoden gleichermaßen ihre Berechtigung. Die Wahl des richtigen Systems hängt aber immer von der individuellen Situation und den eigenen Produktionszielen ab. Deshalb lohnt es sich, diese vor der Investition in eine neue Produktionsanlage sorgfältig und unvoreingenommen zu analysieren. Als Entscheidungsgrundlage werden dazu in der Regel u. a. Kriterien wie die zu dosierenden Materialien und ihre Eigenschaften, die Rezeptur, die Prozesszeiten und die Produktionsmenge herangezogen. Kontinuierliche Prozesse eignen sich grundsätzlich besser bei hohen Durchsatzleistungen oder Massenproduktionen mit wenig Rezepturwechseln. Je länger der Be- trieb läuft, desto höher die Wirtschaftlichkeit. Aber auch bei häufigen Rezepturwechseln lassen sich die Stillstandzeiten reduzieren – insofern genügend Dosierwaagen für die verschiedenen Materialien zur Verfügung stehen. In diesem Fall werden die nicht benötigten Dosierwaagen aus der Rezeptur abgewählt, und der Produktionsprozess kann direkt wieder anfahren. Batch-Systeme sind für das Verarbeiten begrenzter Produktionsmengen mit vielen Rezepturen im Allgemeinen von Vorteil. Zusätzlich wird zwischen der addierenden und subtrahierenden Verwiegung unterschieden. Bei der addierenden Verwiegung werden alle Komponenten nacheinander in einen verwogenen Behälter dosiert und das Gewicht addiert. Bei der subtrahierenden Verwiegung kann jede Komponente direkt aus einer separaten Dosierwaage parallel in den Prozess dosiert werden. Lieber genau und schnell … Bei der kontinuierlichen Verfahrensweise werden gravimetrische Dosierdifferenzialwaagen eingesetzt. Die Dosiergenauigkeit ist bei hochauflösenden, digitalen Wägezellen hoch, und auch Kleinstmengen lassen sich ohne Vormischungen mit Kleinstdosierern dosieren. Bei diesem Verfahren können alle Komponenten parallel dosiert werden. Vormischungen sind zwar möglich, erfordern aber zusätzliche Transportwege – ein Risiko für Entmischungen. Die Regelung beim Konti-Verfahren ist aufgrund der meist benötigten Kurzzeitgenauigkeit und der Befüllphase aufwändiger und durchgehend notwendig. Nur so lassen sich Störungen in der Anlage vermeiden und eine 01 16 VERFAHRENSTECHNIK 09/2020 www.verfahrenstechnik.de

SCHÜTTGUTTECHNIK I TOP-THEMA 03 02 hohe Prozess sicherheit gewährleisten. Die Befüllung muss genau abgestimmt werden, da keine Gewichtsentnahmekontrolle bei der Nachfüllung stattfindet. Damit Staubgemische vermieden werden, kann an jeder Waage separat entlüftet werden. Bei höheren Durchsatz-Produktionsleistungen bleiben die Waagen, im Vergleich zu großen Chargen beim Batchprozess, relativ klein. Nicht benutzte Waagen können in der Steuerung einfach abgewählt werden. Wenn die Dosierer für einfache Reinigung konstruiert sind, lassen sich Produktwechsel schnell durchführen. Da die Dosierung direkt in die Verarbeitungsmaschine wie Mischer, Extruder oder Kneter erfolgt, wird in der Regel auch weniger Personal benötigt. … oder ungenau und langsam? Das Batch-Verfahren mit volumetrischer Dosierung basiert auf einzelnen, nacheinander geschalteten Dosierern und charakterisiert sich durch einen langsamen, zeitintensiven Ablauf mit Vormischungen. Volumetrische Dosierer dosieren in eine addierende Behälterwaage. Da die Behälterwaage in der Regel auf die größte Charge ausgelegt ist, können bei Kleinstchargen keine hohen Genauigkeiten mehr erreicht werden. Die Regelung bei der diskontinuierlichen Dosierung ist einfacher, da sich Start- und Endgewicht genau einhalten lassen. Ein Produktwechsel ist ebenso aufwändig und zeitintensiv wie die Reinigung, wodurch lange Stillstandzeiten entstehen. 01 Kontinuierliches Dosierverfahren: Hier werden alle Produkte kontinuierlich in die Verarbeitungsmaschine dosiert und direkt verarbeitet 02 Batch-Verfahren mit addierender Verwiegung: Ein Transport-Container mit Behälterwaage sammelt von den volumetrischen Dosierern die jeweils benötigten Mengen ein; am Ende wird der Container auf ein Mischsystem aufgesetzt, das die dosierten Produkte mischt und entleert 03 Batch-Verfahren mit subtrahierender Verwiegung: Drei Dosierdifferenzialwaagen dosieren verschiedene Zusatzprodukte in einen Container, wobei bereits ein Vormischeffekt entsteht; der Masterbatch wird zum Batchmischer gefahren und dort dem Hauptprodukt beigefügt Durch die vielen manuellen Arbeiten ist die Prozesssicherheit niedriger, der Personalaufwand ist höher, und die vielen Verarbeitungsschritte verursachen Produktverlust. Deshalb ist es unbedingt notwendig, die richtige Kalibrierung vorzunehmen. Die Dosierung erfolgt erst in der Behälter waage, dann in der Verarbeitungsmaschine, dem sogenannten Batchmischer. Das Batch-Verfahren mit volumetrischer Dosierung eignet sich bestens für das Dosieren von kleinen Produktionsmengen, auch wenn durch Restmaterial im Gerät Produkt verloren geht. Ohne Produktverluste Beim Batchverfahren mit gravimetrischer Dosierung kommen subtrahierende Waagen für eine gravimetrische Dosierung zum Einsatz. Das bedeutet, dass alle Komponenten parallel dosiert werden können, was gegenüber addierenden Systemen zeitsparender ist. Dank seiner hochauflösenden, digitalen Wägezellen handelt es sich beim Batch-Verfahren mit gravimetrischer Dosierung um ein hochgenaues Verfahren. Es kann auch Anwendung für Kleinstmengen ohne Vormischungen finden, wenn Kleinstdosierer verwendet werden. Vormischungen sind grundsätzlich möglich, bergen aber durch die zusätzlichen Transportwege zur Anlage die Gefahr von Entmischungen. Die Regelung ist einfacher, da Start- und Endgewicht genau eingehalten werden können. Für die Befüllung gilt: Das Produkt, das die Waage verlässt, ist immer verwogen und wird erst nach der Befüllung dosiert – auch wenn eine Mehrfachbefüllung während eines Batches notwendig ist. Wie beim Konti-Prozess wird das separate Entlüften an jeder Waage bevorzugt, damit kein Staubgemisch anfällt. Trotz der notwendigen manuellen Arbeiten, die das Batch-Verfahren mit sich bringt, gibt es bei der gravimetrischen Batch-Dosierung eine hohe Prozesssicherheit ohne Produktverluste, denn die Dosierung erfolgt direkt in die Verarbeitungsmaschine, den Batchmischer. Der Trend beim Dosieren verlagert sich immer mehr zur kontinuierlichen Verfahrensweise, z. B. für Anwendungen in der Pharmaindustrie, der Autoreifenherstellung, der Batterieherstellung oder bei Pulverlacken. Grundsätzlich darf der hohe Planungs aufwand nicht unterschätzt werden, sollte aber, auch bei Kleinmengen, gegen die gute Automatisierbarkeit, die damit einher gehende Produktqualität und den geringen Platzbedarf abgewogen werden. Fotos: Brabender Technologie www.brabender-technologie.com www.verfahrenstechnik.de VERFAHRENSTECHNIK 09/2020 17

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Verfahrenstechnik Handbuch Prozesstechnologie 2019