Drei Hebel zur Senkung des Energiebedarfs (Promotion) Energie einsparen durch effektivere Verfahrenstechnik

Lernen Sie drei der wichtigsten Hebel kennen, anhand derer Anwender ihren Energiebedarf reduzieren können und erfahren Sie, wie Fertigungsprozesse mit Technologien des Misch- und Dispergiertechnik-Spezialisten Ystral energieeffizient umgesetzt werden.

1. Prozesszeiten verkürzen

Durch eine Erhöhung der Intensität aller entscheidenden Misch-, Dispergier- und Pulverbenetzungsprozesse können moderne Technologien im Vergleich zu traditionellen Lösungen die Prozesszeiten drastisch verkürzen. Im Ergebnis führt dies selbst bei einer höheren eingesetzten Leistung zu einem deutlich verringerten Energiebedarf – denn die in einem Prozess eingesetzte Energie ist gleich dem Integral der Leistung über die Zeit.

Ystral setzt dieses Prinzip der Prozessintensivierung beispielsweise mit dem Inline-Dispergierer Ystral Conti-TDS zur Benetzung und Dispergierung von Pulvern außerhalb des Behälters sowie dem Ystral Leitstrahlmischer zur Chargenhomogenisierung innerhalb des Behälters um. Bei beiden Maschinen ist die Wirkung auf das kleinstmögliche Volumen konzentriert. Die Verweilzeit in der Misch- und Dispergierzone beträgt nur Bruchteile von Sekunden.

Die Inline-Pulverbenetzungs- und -dispergiermaschine Ystral Conti-TDS konzentriert die gesamte Leistung beim Eintragen von Pulvern in Flüssigkeiten in einer Dispergierzone mit einem effektiven Volumen von nur etwa einem viertel Liter, während sie die Flüssigkeit gleichzeitig im Kreislauf mit dem Prozessbehälter fördert, in welchem ein Leitstrahlmischer für eine homogene und schnelle Durchmischung installiert ist. Verglichen mit einem im Behälter betriebenen Dissolver erzeugt die Ystral Conti-TDS eine etwa 30.000-fach höhere volumenspezifische Leistung. Diese konzentrierte Leistung ist entscheidend für den Dispergiererfolg und damit die Frage, ob Agglomerate aufgebrochen werden oder nicht. Über ein Rotor-Stator-System baut der Inline-Dispergierer zugleich tausendfach höhere Scherkräfte auf.

Der Ystral Leitstrahlmischer konzentriert die intensive turbulente Vermischung unmittelbar im Mischkopf, während der restliche Behälterinhalt laminar umgewälzt wird. Aufgrund der in dieser Mikromischzone erzeugten Turbulenz benötigt ein solcher Mischer eine höhere Leistung als ein einfacher konventioneller Rührer, der keine Turbulenz erzeugt. Weil die Mischzeiten bei einem Leitstrahlmischer jedoch je nach Produkt um bis zu 90 Prozent reduziert werden, beträgt der Energiebedarf trotz zwei- bis dreifach höherer Leistung weniger als ein Drittel.

2. Mühleneinsatz minimieren

Mit konventionellen Technologien können Pulverpartikel beim Eintrag in Flüssigkeiten nicht sofort vollständig benetzt werden. Es entstehen stabile teilbenetzte Agglomerate, die nur noch schwer abgebaut werden können. Die geforderten Feinheiten können etwa bei einem Dissolverprozess in der Lack- und Farbherstellung häufig nur mit einer anschließenden Vermahlung erreicht werden – ein sehr zeit- und energieintensiver Vorgang. Mit Technologien von Ystral können hingegen Pulverpartikel beim Eintrag in Flüssigkeiten sofort vollständig aufgeschlossen werden. Bei vielen Anwendungen ist deswegen der Einsatz einer Mühle gar nicht mehr nötig – und dort, wo eine Mühle eingesetzt werden muss, werden die Mahlzeiten deutlich reduziert.

Inline-Dispergiermaschinen von Ystral erzielen mit der Vakuumexpansionstechnologie eine vollständige Desagglomeration und Benetzung der Pulverpartikel innerhalb von Mikrosekunden. Bei der Vakuumexpansionsmethode wird die im Pulver enthaltene Luft durch das Saugvakuum direkt in der Benetzungs- und Dispergierzone um ein Vielfaches expandiert, wodurch sich die Abstände zwischen den Partikeln enorm vergrößern.

Der Inline-Dispergierer Ystral Conti-TDS erzeugt eine spezifische Flüssigkeitsoberfläche von etwa einer Million Quadratmetern pro Minute. Das ist mehr als die zu benetzende Pulveroberfläche und etwa 10.000 mal so viel wie bei einem Dissolver. Pulver und Flüssigkeit kommen erst in der Benetzungskammer miteinander in Kontakt – unter maximalem Vakuum und maximaler Turbulenz. In der Dispergierzone haben die Pulverpartikel den größtmöglichen Abstand zueinander und können so vollständig einzeln benetzt und dispergiert werden.

3. Prozesse kalt realisieren

Prozesse wie das Lösen, Schmelzen, Hydratisieren, Entlüften, Vermischen und Trennen sowie viele chemische Reaktionen laufen bei erhöhten Temperaturen deutlich schneller ab. Konventionelle verfahrenstechnische Methoden verwenden daher höhere Temperaturen. Das Aufheizen, aber auch das anschließende Herunterkühlen erfordern allerdings viel Energie. Führt man die gleichen Prozesse statt unter erhöhter Temperatur unter intensiver Dispergierung und Mischung durch, muss nicht geheizt und gekühlt werden. Damit lassen sich enorme Mengen an Energie einsparen.

Technologien von Ystral ermöglichen derartige kalte verfahrenstechnische Prozesse. Der Inline-Dispergierer Ystral Conti-TDS bringt durch eine effektivere Dispergierung im Vergleich zu traditionellen Verfahren etwa 70 Prozent weniger Energie und damit auch Wärme in einen Prozess ein. Dank dieses geringen Energieeintrages ist es möglich, intensive Prozesse auf einem niedrigeren Temperaturniveau zu realisieren.

Ein Beispiel hierfür ist das Lösen von Polyvinylalkohol. Um Polyvinylalkohol mit einem mittleren oder niedrigen Hydrolysegrad komplett zu lösen, ist üblicherweise eine Temperatur von 80 bis 85 °C erforderlich. Bei Einsatz der Ystral Conti-TDS oder des Ystral Dispermix, einem im Behälter verbauten Mischdispergierer, können die Partikel des Polyvinylalkohols im Vergleich zu konventionellen Technologien kolloidal aufgeschlossen und damit bei kalten Temperaturen gelöst werden.

Mehr zu diesem Thema

Weitere Hebel zur Energieeinsparung durch effektivere Verfahrenstechnik finden Sie unter Ystral.com/energie. Eine Registrierung für ein kostenfreies Online-Seminar mit Dr.-Ing. Hans-Joachim Jacob, Senior Expert Process and Applications bei Ystral, zum Thema „Energie einsparen durch effektivere Verfahrenstechnik“ ist möglich unter www.Ystral.com/energie/seminar. Eine Infografik mit besonderer Berücksichtigung der Fertigungsprozesse von Farben, Lacken, Druckfarben und Beschichtungen finden Sie unter Ystral.com/energie/infografik.