Hersteller verfahrenstechnischer Anlagen sehen sich zunehmend mit höheren betriebswirtschaftlichen Anforderungen konfrontiert. Neben der Sicherstellung eines verfahrenstechnisch optimalen Herstellungsprozesses gilt es ROI-Betrachtungen, Anlagenflexibilität oder die Serviceverfügbarkeit zu berücksichtigen. Der Apparatehersteller kann seinen Preis nur über Innovationen, standardisierte Komponenten und Straffung seiner Produktpalette marktgerecht gestalten. Es stellt sich die Frage, inwieweit eine kunden- beziehungsweise anwendungsspezifische Apparatelösung bei diesen preisgestaltenden Vorgaben möglich ist. Anhand von zwei Beispielen soll dies erläutert werden.
In erster Linie muss der Apparatehersteller den Prozess analysieren, um die gestellte Prozessaufgabe spezifikationsgerecht in einer optimalen Apparateausführung umzusetzen. Der Prozess wird zunächst in der verfahrenstechnischen Analyse anhand der Vorgaben des Kunden ausgearbeitet. Dazu sind, gerade im Schüttgutbereich, Versuche im Technikum unerlässlich, wozu natürlich eine adäquate Versuchs- und Analysentechnik vorhanden sein muss.
Vor allem gilt es folgende Fragestellungen zu beantworten:
Wie ist der Prozess realisierbar?
Was ist die Minimalanforderung an den Apparat?
Wie kann ein möglichst hoher Produktausstoß bei der geforderten Produktqualität realisiert werden?
Bringen Modifikationen beziehungsweise zusätzliche Apparatekomponenten einen Mehrwert?
In Analyse und Entwicklung eines Prozesses werden Kern- und Zusatzkomponenten einer Anlage definiert und so die Basis für Auslegung und Ausführung. Ekato Systems hat die verfahrenstechnischen Kernkomponenten bzw. die notwendigen verfahrenstechnischen Grundoperationen der Apparate in Baugruppen zusammengefasst und kann so kunden- und anwendungsspezifische Anforderungen in der Regel mit standardisierten Komponenten bedienen. Beispiele standardisierter Baugruppen:
Mischwerke inklusive Getriebe, Antriebsmotoren und Frequenzumformer
Zerhackersysteme, um beim Mischen entstehende Schüttgutagglomerate zu zerkleinern
Austragsventile und deren Komponenten
Mischen von rieselfähigen pharmazeutischen Grundstoffen bei minimaler Restmenge: Mit dem Ekato Isopas steht ein Rührsystem zur Verfügung, das nur minimale Restmengen nach dem Mischvorgang zurücklässt. Neben einer guten Durchmischung ist die verbleibende Restmenge nach der Entleerung ein wichtiges Kriterium bei der Wahl eines Feststoffmischers. Im vorliegenden Fallbeispiel soll ein Pharmawirkstoff homogen vermischt und möglichst restmengenfrei ausgetragen werden. Der vertikale Prozess-Mischer VPM von Ekato (Mischorgan Ekato Isopas) mit einem Nutzvolumen von 400 l ist der Apparat der Wahl. Der Vorteil gegenüber einem herkömmlichen Wendelmischwerk liegt vor allem darin, dass durch Einsatz eines Stromstörers die Rotation des Produktes verhindert werden kann. So reduziert sich die Mischzeit signifikant und der Prozess wird deutlich wirtschaftlicher. Durch die kürzere Mischzeit und den höheren Produktausstoß konnte die Apparategröße verringert und so die Investitionskosten minimal gehalten werden. Durch Verwendung der standardisierten Komponenten des Isopas-Mischwerkes und eines Stromstörers konnte die Mischaufgabe optimal gelöst werden.
Ekato Systems bietet mit den Vertikalen Schüttgutmischern VSM und den Vertikalen Prozess Mischern VPM eine Baureihe mit vorkonfigurierten Mischern und Standardkomponenten an. Für den vertikalen Prozessmischer (VPM) sind Baugrößenabstufungen von 50 l Nutzvolumen bis hin zu 6.300 l Nutzvolumen (VPM) verfügbar. Für den vertikalen Schüttgutmischer (VSM) reicht das Spektrum von 50 bis 32.000 l Nutzvolumen (VSM). In Bezug auf die technische Ausführung, die zu verwendenden Werkstoffe, Armaturen und Prozessanschlüsse können Mischer auf jeweilige Anwendungsfälle hin individuell ausgelegt werden.
Hohe Taktzeiten beim Mischen von Stoffen im Nahrungsmittelbereich: Auch Lieferanten von Komplettsystemen unterliegen den eingangs erwähnten Marktbedingungen. In derartigen Komplettanlagen ist ein Schüttgutmischer oft ein Konzeptbestandteil in einer komplexeren verfahrenstechnischen Anlage. Auch hier ist Basis für die erfolgreiche Implementierung eines Mischers eine Prozessentwicklung unter Verwendung oder Weiterentwicklung von (standardisierten) Kernkomponenten.
Im vorliegenden Beispiel aus der Nahrungsmittelindustrie sollte ein rieselfähiges Schüttgut gemischt und mit Dampf behandelt werden. Die Herausforderung in diesem Prozess waren die geforderten sehr kurzen Prozesszeiten. Unabhängig von der Apparategröße wurden die Befüll- und Entleerzeiten mit kleiner 4 min bei maximaler Restmengenentleerung vorgegeben. Als zusätzliche Anforderung musste der Apparat in ein vertikales Anlagenschema integriert werden. Für den aktuellen Fall wurde eine vom Standard abweichende Baugruppe entwickelt, da der vertikale Feststoffmischer VSM von Ekato Systems mit dem standardisierten 45° geneigten Kegelboden, die gewünschten Entleerzeiten geometriebedingt nicht erreichen konnte.
Die Kesselgeometrie wurde hin zu schnelleren Entleerzeiten optimiert. Die Betriebserfahrung bei Füllmengen bis zu 5 t zeigt, dass hier schnelle Entleerung problemlos erreicht werden kann. Auch kann die Forderung nach einer effektiven Durchmischung während der Dampfbehandlung eingehalten werden. Aus der Prozessentwicklung ergab sich zwingend die Forderung nach einem steileren Kesselboden, was eine für diese Anwendung spezifische Form von Behälter und verwendetem Mischwerk erforderte. Eine aufwendige Einzelanfertigung konnte jedoch durch Verwendung von standardisierten Kernkomponenten vermieden werden.
Feststoffmischen lässt sich häufig nicht alleine auf das Lösen der Mischaufgabe reduzieren. Ekato verfügt mit seinem Feststoffmischer-Programm VSM über spezielle, auf die Zusatzanforderungen im Mischermarkt zugeschnittene, Designvarianten:
Schnelles und möglichst rückstandsfreies Entleeren
Zugabe von Flüssigkeiten auf die Produktoberfläche über entsprechende Sprühsysteme
Verhindern von Agglomeraten durch Einsatz einer entsprechenden Zerhackertechnik
Dampfbehandlung von Schüttungen
Für eine prozesstechnisch und betriebswirtschaftlich optimale Lösung muss eine genaue Analyse der Anwendung durchgeführt werden. Dies setzt neben Fachkompetenz ein gut ausgestattetes Technikum voraus. Ekato bildet konzentriert am Standort Schopfheim, die gesammelte Bandbreite der Schüttgutmischtechnik im Mischen nieder- bis hochviskoser Komponenten, halbfester Mischungen und Emulsionen bis hin zur klassischen Rührtechnik ab.
