Institut für Mikroverfahrenstechnik (IMVT)

Steigerung der Energieeffizienz von Produktionsprozessen durch Umstellung von batchweiser auf kontinuierliche Fertigung unter Nutzung mini- und mikroverfahrenstechnischer Komponenten - µKontE

Verfahrensüberführung von absatzweiser zu kontinuierlicher Bindemittelproduktion mit mikrostrukturierten Apparaten

Projektbeschreibung

Die Reduzierung des Energiebedarfs spielt in der Industrie zur Erreichung ökonomischer und ökologischer Ziele eine wichtige Rolle. Durch Verfahrensüberführung von absatzweise betriebenen zu kontinuierlichen Prozessen besteht in der Chemiebranche, insbesondere in der Pharma- und Spezialchemie, ein großes Potenzial zur Steigerung der Energieeffizienz. Im BMWi-Verbundprojekt µKontE wird die Herstellung einer Bindemittelemulsion der Firma AURO Pflanzenchemie AG, die als Basis für die Farben- und Lackproduktion dient, beispielhaft untersucht. Ziel des Projektes ist die Effizienzsteigerung des Produktionsprozesses. Die Einsparung von Ressourcen und Energie soll dabei durch die Umstellung von einer batchweisen zu einer kontinuierlichen Produktion unter Verwendung milli- und mikroverfahrenstechnischer Komponenten realisiert werden. In diesem Prozess stellt die Verarbeitung eines hochviskosen Einsatzstoffes (ca. 95 000 mPa s bei 20 °C) eine besondere Herausforderung dar. Das Fluid muss ohne das Auftreten von Verblockungen oder zu großen Druckverlusten durch die Anlage gefördert und mit weiteren, zu einer wässrigen Phase vermischten Edukten emulgiert werden. Dies geschieht nach Vorwärmen mithilfe von mikrostrukturierten Mischern. In der modular aufgebauten Laboranlage wurden die für die Emulgierung eingesetzten Komponenten hinsichtlich des Einflusses wesentlicher Prozess- und Betriebsparameter auf die Produktqualität, insbesondere auf die Partikelgrößenverteilung, und den spezifischen Energieeintrag charakterisiert. Die Reynolds- Zahl für die organische Phase im betrachteten Betriebsbereich lag für alle untersuchten Mikrokomponenten unter 1, die für die wässrige Phase zwischen 1 und ca. 350. Einige Komponenten erwiesen sich aufgrund geringer Standzeiten, ungenügender Emulgierwirkung oder zu geringen Durchsatzes für die Aufgabe als ungeeignet. Ein passiver Mischer sowie dessen Kombination mit einem aktiven Mischer lieferten gute Emulgierresultate. Hierdurch konnten Produkteigenschaften erreicht werden, die mit den Spezifikationen der Originalemulsion vergleichbar sind. Für den im Prozess zu minimierenden Gesamtenergieeintrag wurden die Möglichkeiten der Energieintegration untersucht und die Praxistauglichkeit in Langzeitversuchen überprüft. Die Ergebnisse dieser Analysen und daraus abgeleitete verallgemeinerbare Schlussfolgerungen werden präsentiert und diskutiert.