Mechanische Verfahren Mechatronisches System „Zentrifuge“

In der Grundstoff- und in der Pharmaproduktion ist die Fest/Flüssig-Trennung ein wichtiger Prozessschritt. Sind große Mengen von Wirkstoff über längere Zeit mit konstanter Qualität zu produzieren, greift der Praktiker meist zur Zentrifuge; sie gilt als ausgesprochen kostengünstige Lösung. Welche Ausführung für welche Applikation allerdings am schnellsten und kostengünstigsten zum Ziel der Wirtschaftlichkeit führt, kann nur von Fall zu Fall entschieden werden.

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PIERALISI Northern Europe B.V. NL Deutschland

Ferrum AG Werk Schafisheim

In der Grundstoff- und in der Pharmaproduktion ist die Fest/Flüssig-Trennung ein wichtiger Prozessschritt. Sind große Mengen von Wirkstoff über längere Zeit mit konstanter Qualität zu produzieren, greift der Praktiker meist zur Zentrifuge; sie gilt als ausgesprochen kostengünstige Lösung. Welche Ausführung für welche Applikation allerdings am schnellsten und kostengünstigsten zum Ziel der Wirtschaftlichkeit führt, kann nur von Fall zu Fall entschieden werden.

Es gibt sie, die ideale Filterzentrifuge - sie muss allerdings für jede Produktionsanlage neu konfiguriert werden. Das dafür erforderliche Expertenteam sollte aus zwei Gruppen bestehen: Die erste Gruppe setzt sich zusammen aus Prozesstechnikern, Automatisierungsspezialisten und Maschineningenieuren (i.a. Mitarbeiter des Zentrifugen-Lieferanten); in der zweiten Gruppe sitzen Chemiker, Pharmazeuten und Gebäudeingenieure des Betreibers, da von diesem ja die Anforderungen für den Prozess kommen.

Der Grund, weshalb so viele verschiedene Spezialisten zusammengezogen werden sollten, liegt auf der Hand: Damit die konventionelle Industriezentrifuge zur Zentrifugen-Technologie-Lösung mit niedrigsten Gebrauchszykluskosten wird, muss diese als mechatronisches System betrachtet und entsprechend optimiert werden. Das Team muss beispielsweise die Frage beantworten, wie groß der Durchsatz bei welcher Maschinengröße sein kann.

Hier wird der Apparatebauer seine Simulationswerkzeuge oder Testmethoden zum Einsatz bringen. Mit den neu entwickelten Zentrifugen-Technologie-Lösungen von Ferrum lassen sich aber auch dank der Automatisierungstechnik neue Wege beschreiten, die über eine reine Größenabschätzung hinausgehen.

Eine moderne Filterzentrifuge - ob kontinuierlich oder diskontinuierlich arbeitend - besteht nicht nur aus einem schnell rotierenden Laufkorb, sondern muss sich als System in den gesamten Produktionsprozess einfügen. Dabei sind die sog. Schnittstellen oft die Kostentreiber. Als Schnittstellen hat man sich sowohl die mechanischen (Gebäude, Servicekran), die fluidischen (Flüssigkeit, Feststoff, Hydraulik, Pneumatik) und die elektrischen Schnittstellen sowie die Automatisierungs- und Kommunikations-Schnittstellen vorzunehmen.

Ein klassisches Beispiel, bei dem es sich immer lohnt, das Gesamtsystem in der Fest/Flüssig-Trennung zu betrachten, ist die Übergabestelle zwischen Zentrifuge und Trockner. Beide Apparate sind oft sequenzgesteuert. Sie müssen meist zum Ex-Schutz mit Inertgas beaufschlagt werden und hinsichtlich Volumenstrom und zeitlichem Ablauf synchron laufen. Es liegt nahe, die Ablaufsteuerung gemeinsam festzulegen und sogar eine gemeinsame Steuerung für beide Apparate einzusetzen.

Dieser Lösungsansatz lässt sich mit dem Automatisierungskonzept ACT leicht umsetzen. Die Automatisierung kann aber auch bei einem einzelnen Apparat schon beträchtliche Vorteile bringen.

Vielfältige Automatisierungs-Chancen nutzen

Die automatisch geregelte Füllung stellt sicher, dass zu Beginn, wenn die Filterrate gut ist, schnell gefüllt wird. Zum Ende der Füllung, wenn der Filterkuchen schon hoch ist und die Filterrate abgenommen hat, wird die Füllgeschwindigkeit entsprechend reduziert. Dies benötigt natürlich ein Regelsystem in der Füllleitung, das aus einem schnell reagierenden Durchflusssensor und einem Regelventil besteht. Viel wichtiger ist allerdings die Füllgradüberwachung im rotierenden Laufkorb.

Die Wahl dieses Sensors ist sehr stark vom Produkt abhängig - dafür stehen heute mehrere Möglichkeiten zur Verfügung: Die Spanne reicht vom einfachen mechanischen Fühler über eine Gammaabsorptionsmessung bis zur Ultraschall- oder optischen Videokameramessung. Es sollte auch während der Phase des Filterkuchenwaschens und des Trockenschleuderns ganz genau bekannt sein, wann nun die Flüssigkeit soweit abgelaufen ist, dass die nächste Sequenz starten kann. Eine Möglichkeit: Man misst die Stromaufnahme des Antriebsmotors.

Weitere Automatisierungspotentiale ergeben sich bei der Restschichtentfernung. Um die Zeit des Schälens möglichst zu verkürzen, sollte dies bei Höchstdrehzahl erfolgen. Dem steht manchmal der Wunsch einer konstanten Schichtablösung und einem minimalen Kornbruch entgegen. Bevor aber die Drehzahl verringert wird, sollte man überlegen, ob nicht die Schälbewegung automatisiert und damit geregelt werden kann.

Zum Betrieb einer Schälzentrifuge in der Anlage gehören auch die Infrastruktur zum Waschen der Zentrifuge und die Inertisierung. Das Reinigen ist meist in Form einer integrierten CIP-Einrichtung (Clean-in-Place) ausgeführt. Die korrekte Einbindung und entsprechende Automatisierung können auch hier beitragen, den Gesamtdurchsatz durch Reduktion der unproduktiven Zeiten wesentlich zu verbessern.

Fazit: Um eine Fest/Flüssig-Trennung in einer Chemieproduktion effizienter zu gestalten, ist es nicht immer erforderlich, alle Apparate durch größere Ausführungen zu ersetzen. Bei korrekter Prozessanalyse kann der aktuelle „Stand der Technik“ im Zentrifugenbau dazu genutzt werden, eine Optimierung mithilfe der Automatisierung zu erreichen. Wichtig: Die Fest/Flüssig-Trennung ist als Ganzes im Prozessablauf zu betrachten; erst zusammen mit innovativer Mechanik, Steuerungstechnik und Software wird daraus eine wirtschaftliche Zentrifugen-Technologie-Lösung.

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