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Innovation Award 2018 in der Kategorie Mechanische/Thermische Verfahren Mechanische und Thermische Verfahrenstechnik, die begeistert

Autor / Redakteur: Manja Wühr* / M.A. Manja Wühr

Mahlen, Trocknen, Mischen sind Verfahren mit langer Tradition, deren Grundprinzipien über die Jahrhunderte unverändert blieben. Wie viel Innovationskraft können solche Verfahren noch entfalten? Eine ganze Menge wie der zur Achema verliehene Innovation Award zeigt. Die Shortlist-Platzierten der Kategorie Mechanische/Thermische Verfahren überzeugten die Jury vor allem mit Innovationskraft und wirtschaftlichem Nutzen. Und einen Gewinner gibt es natürlich auch.

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Innovation Award für den Archimedischen Schrauben-Kristallisator und -Reaktor (ASKR): Das neue Reaktor-Konzept erlaubt die kontinuierliche Produktion von Wirkstoffen und Spezialchemikalien – ohne Rückvermischung und ohne Rührer.
Innovation Award für den Archimedischen Schrauben-Kristallisator und -Reaktor (ASKR): Das neue Reaktor-Konzept erlaubt die kontinuierliche Produktion von Wirkstoffen und Spezialchemikalien – ohne Rückvermischung und ohne Rührer.
(Bild: Wilk-Graphite)

Was ist die Triebfeder für Innovationen? Ein Blick in die Evolutionstheorie zeigt: Wer sich anpasst, überlebt. Das Fortschrittsprinzip der Biologie lässt sich ebenso auf die Technik übertragen. Wer in der Lage ist, Bestehendes so weiterzuentwickeln, dass es aktuellen und zukünftigen Anforderungen an Effizienz, Flexibilität und Sicherheit erfüllt, wird sich durchsetzen und in diesem Fall auch ausgezeichnet – mit dem Innovation Award 2018. Die vier Fachmedien PROCESS, PROCESS worldwide, PharmaTEC und LABORPRAXIS haben neben dem Nachweis von Applikationen vor allem Innovation und wirtschaftlichen Nutzen honoriert.

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And the winner is …

Dass man mit einem uralten Prinzip immer noch völlig neue Wege gehen kann, beweist der diesjährige Gewinner des Innovation Award in der Kategorie Mechanische/Thermische Verfahren: Wilk-Graphite mit dem „Archimedischen Schrauben-Kristallisator und -Reaktor“ (ASKR). Er erlaubt erstmals die kontinuierliche Kristallisation und Reaktion von Wirkstoffen und Spezialchemikalien ohne Rückvermischung, ohne Rührer und ohne Druckverlust. Dafür aber mit idealer Verweilzeitverteilung und flexibler Prozessführung.

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Herzstück ist der zylindrische Reaktor. Er schraubt nach dem Archimedischen Prinzip kleinere Volumina kontinuierlich von einer Seite zur anderen. Der Inhalt eines jeden Segments der archimedischen Schraube entspricht also einem abgeschlossenen Volumen und damit einem kleinen absatzweisen Reaktor. Somit vereinigt der ASKR die Vorteile einer absatzweisen Reaktion mit den Vorteilen kontinuierlicher Prozessführung.

Aber es gibt noch einen weiteren Vorteil: Die Rotation im ASKR bewirkt eine ständige Umwälzung. Bodensatz und sedimentierte Kristalle werden so kontinuierlich resuspendiert. Auch der Energieeintrag durch die Wände ist äußerst homogen und schonend. Auf zusätzliche Einbauten kann meist verzichtet werden, auf Rührer sowieso. Damit entfällt eine häufige Quelle für eine potenzielle Verschlechterung der Produktqualität: Es gibt keine Totzonen und kein Rührer zerschlägt Produkte.

Shortlist mit Premiumqualität

Allgaier Process Technology mit dem CD Dryer: Der Kontakttrockner wurde für die Trocknung feststoffhaltiger Flüssigkeiten konzipiert. Dabei deckt er das Spektrum vom Aufkonzentrieren bis hin zur Totalverdampfung sowie zur Trocknung der darin enthaltenen Feststoffe ab. Und so funktioniert es: Auf ein sich drehendes und im Innern hohles Scheibenbündel wird die zu behandelnde Flüssigkeit im Überschuss beidseitig auf alle Scheiben des Bündels aufgegeben. Die Flüssigkeit läuft von den Scheiben stetig in einen Zirkulationstank ab und hinterlässt auf den Scheibenoberflächen den zu trocknenden Flüssigkeitsfilm. Während das Wasser durch die mittels Sattdampf von innen erfolgende Beheizung des Scheibenbündels verdampft, trocknet der Feststoff auf den Scheibenoberflächen auf und wird bis zur gewünscht niedrigen Restfeuchte entwässert. Nach nahezu einer vollen Scheibenumdrehung wird der getrocknete Feststoff von den Oberflächen der Scheiben abgeschabt und fällt in einen Produktausfallschacht zur Sammlung oder zum Abtransport und zur Weiterverarbeitung. Die verdampfte Flüssigkeit wird vom Kopf des Trockners mittels eines Abluftventilators durch einen einstellbaren Luftstrom geringer Menge und hoher Wasserdampfbeladung abgeführt. Der Trockengrad des gewonnenen Feststoffes kann über die Drehzahl der Scheiben eingestellt werden.

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Andritz KMPT mit einem pneumatischen Austrag für Schälzentrifugen: Wachsen Produktionskapazitäten, freut sich die Chefetage. Produktionsleitern und Anlagenplanern bereitet dies jedoch meist Kopfzerbrechen. Denn Produktionshallen wachsen nicht so leicht. Vor allem die Raumhöhe wird oft zum kritischen Pfad. Hier spielt der pneumatische Austrag für die Schälzentrifuge von Andritz KMPT seine Stärke aus. Damit kann das zentrifugierte Produkt mittels Vakuumleitung direkt und flexibel zum nächsten Prozessschritt gefördert werden. Der Trockner oder das Abpacksystem muss nun nicht mehr unter der Zentrifuge installiert sein. Weiterer Vorteil: Mit der Kombination aus Schälzentrifuge und pneumatischem Austrag können jetzt auch schwieriger zu schälende Produkte und/oder toxischere Produkte, die sicheres und geschlossenes Handling erfordern, verarbeitet werden. Schließlich kann die horizontale Schälzentrifuge mit ihrem staub- und rückstandfreiem Schälsystem den gesamten Kuchen bis zum Filtertuch sicher austragen.

Herding mit der Explosions­druckentlastung Flameless: Mit dem Flameless wird eine auftretende Staubexplosion in einer Filteranlage reingasseitig entlastet – und nicht wie bisher rohgasseitig. Da die komplette Explosion mit Flamme und Druck durch die Filterelemente geleitet wird, entsteht bei der Explosionsdruckentlastung in den Raum keine Flammenausbreitung und kein Rauchaustrag. Somit können Anwender nun Explosionsdruckentlastungen im Raum auch bei kritischen – also verunreinigenden, gesundheitsgefährdenden oder toxischen Stäuben – durchführen. Zudem ermöglicht die rauch- und flammenlose Druckentlastung einen stark verbesserten Schutz der Produktqualität. Ein weiterer Vorteil für Planer: Da lediglich reingasseitig der geminderte Explosionsdruck auftritt, kann mit wesentlich geringerem Schutzraum nach der Berstscheibe geplant werden. Die Wirkung als Flammensperre wurde laut Hersteller in Anlehnung an die EN ISO 16852 nachgewiesen, ist mit der entsprechenden EU-Baumusterprüfbescheinigung dokumentiert sowie einem zusätzlichen Qualitätssicherungssystem (Modul D) nachhaltig belegt. Die in die Filteranlage spezifiziert eingebauten Sinterlamellenfilter der Ausführung „Pex" sind ein Schutzsystem nach Atex und wurden in mehr als 200 Gas- und Staubexplosionsversuchen systematisch unter Variation verschiedener Parameter getestet.

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Netzsch-Feinmahltechnik mit dem Mahlsystem Neos: Entweder Leistungsdichte oder Energieeffizienz? Mit dem neu entwickelten Mahlsystem Neos von Netzsch-­Feinmahltechnik müssen sich Anwender hohe Leistung nicht mehr mit erhöhtem Energiebedarf erkaufen. Möglich macht dies vor allem die gesteigerte Kühleffizienz durch den Einsatz neuer Standard-Konstruktionsmaterialien und ein strömungstechnisch optimiertes Rührwellendesign. So kann mit der neuen Mühle der Energieverbrauch zum Teil um 30 Prozent reduziert werden. Gleichzeitig konnte auch der Maschinenverschleiß drastisch reduziert werden. Was folglich den Wartungsaufwand schätzungsweise um 20 Prozent verringert. In Sachen Produktionsleistung konnten die Mahltechnik-Experten mithilfe optimier­ter Prozessparameter produktabhängig ein Plus von 200 Prozent erzielen – bei Einsatz einer vergleichbaren Maschinengröße. Hier kommen vor allem die Betriebsparameter Mahlkörpergröße und Produktdurchsatz zum Tragen. Aber auch im Design verhelfen Änderungen zu mehr Leistung. So bewirken kleinere Abstände zwischen der Mahlraumauskleidung und den Stiften der Rührwelle, dass sich kleinste Mahlkörper intensiver beschleunigen lassen. Dies führt zu einer erheblich höheren Energiedichte und somit zu höheren, möglichen Leistungseinträgen in den Mahlraum.

Fazit: Schon Charles Darwin wusste, dass nicht Stärke oder Intelligenz das Überleben sichert, sondern die Bereitschaft, sich zu verändern. Diesem Prinzip haben sich auch Verfahrenstechniker verschrieben. Sie finden immer wieder Wege Bekanntes neu zu denken, und so die Funktionsweise zu verbessern und die Einsatzbreite zu erweitern. So haben die mechanische und thermische Verfahren Zukunft.

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