Die EKATO Group auf der ACHEMA 2018

  • Supplier: EKATO Holding GmbH
  • Author: EKATO Holding GmbH
  • Published: 18 May 2018
  • Copyright: Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA
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Technologien für die Welt von morgen

Ressourcenschonung und Kosteneffizienz – das sind die aktuellen Herausforderungen für die Prozessindustrie. Die EKATO Group, ein führender Anbieter von Rührsystemen und Anlagen, präsentiert auf der diesjährigen ACHEMA in Frankfurt ein Paket innovativer Lösungen und Dienstleistungen für alle Branchen, die diesem Anspruch Rechnung tragen. Mit diesen Lösungen werden nicht nur neue Produktionstechnologien entwickelt und umgesetzt, sie steigern auch die Wirtschaftlichkeit bestehender Verfahren, weil sie höhere Ausbeuten bei reduziertem Energiebedarf ermöglichen. Dabei wird selbst bei anspruchsvollsten Betriebsbedingungen eine hohe Zuverlässigkeit bei geringem Wartungsaufwand erreicht.


Innovative Prozesse

Chemische Reaktionen laufen üblicherweise bei höheren Temperaturen oder mithilfe von Katalysatoren ab, um zu ausreichend schnellen Umsätzen zu kommen. Hohe Temperaturen erzeugen aber Nebenprodukte und damit Ausbeuteverluste, Katalysatoren sind teuer und aufwendig zu handhaben. Der gerührte Photoreaktor (Abb. 1) ist eine elegante Alternative zur Behandlung oder Synthese von Polymeren und Gummis, Tensiden, Pharma- und Aromastoffen, Lösungsmitteln und zahlreichen Zwischenprodukten. Die Reaktion wird durch Bestrahlen mit UV- oder sichtbarem Licht ausgelöst, indem z. B. Radikale gebildet werden – und sie verläuft bei Temperaturen weit unter 100 °C. Damit können die unerwünschten Nebenreaktionen unterdrückt werden. Die Lichtquellen sind in Glasrohren untergebracht und werden durch Stutzen im Behälter mit Energie und Kühlmittel versorgt. Ein ausgeklügeltes Konzept stellt die spannungs- und resonanzfreie Halterung bei allen Betriebszuständen und hoher Rührintensität sicher. Die absatzweise oder kontinuierlich betriebenen Photoreaktoren erreichen dabei Größen bis zu 50 m3. EKATO unterstützt den Kunden bereits bei der Verfahrensentwicklung im Labor, der Pilotierung und dem Scale-up.

Abbildung 1. Gerührter Photoreaktor mit neuem Lampenkonzept, Bauart EKATO/Peschl.

Die Gewinnung von Aroma- und Wirkstoffen aus natürlichen Quellen gewinnt zunehmend an Bedeutung. Hierzu werden schwer flüchtige Öle aus Pflanzenteilen extrahiert und aufkonzentriert. Bei dieser seit langem praktizierten Methode konnte EKATO SYSTEMS das abgestufte Verfahren dahingehend verbessern, dass in einer kompakten Anlage die Wertstoffe vollständig und verlustfrei gewonnen werden können.


Zunächst werden die Rohstoffe in Form von Granulaten, Flocken oder Chips in der Vakuum-Prozessanlage UNIMIX SRC (Abb. 2) durch einen Hochleistungshomogenisator zerkleinert und intensiv mit dem Lösungsmittel in Kontakt gebracht. Der Extraktionsprozess wird durch moderates Erwärmen beschleunigt, anschließend wird das Lösungsmittel mit dem Extrakt unter Vakuum schonend verdampft. Der Rückstand wird in einen vertikalen Vakuum-Konvektionstrockner überführt, wo die flüchtigen Anteile verdampft und zurückgewonnen werden, während der Rückstand über eine viskose Phase bis zur vollständigen Trocknung gebracht wird. So erlaubt das flexible Anlagenkonzept die Anpassung der Rezepturen an die starken Schwankungen von Naturstoffen in Zusammensetzung und Fließverhalten.

Abbildung 2. Extraktionsanlage für Naturstoffe.


Wirtschaftlichkeit dank Effizienz und Zuverlässigkeit

In der kontinuierlichen Kristallisation von Salzen oder Düngemitteln steht das Erzielen gleichbleibender Produkteigenschaften im Mittelpunkt. In der Mehrzahl der Fälle gilt neben den Anforderungen an Reinheit und Ausbeute auch die Forderung nach der Herstellung von grobkörnigem Kristallisat mit einer möglichst engen Partikelgrößenverteilung.


Für diese Anwendung ist der Leitrohr-Kristaller mit definierter Umwälzung durch eine Axialpumpe besonders geeignet. Entscheidend für die kontrollierte Kristallisation und damit für die Produktqualität ist der Wirkungsgrad dieser Axialpumpe, also die Umsetzung der eingetragenen Leistung in den umgewälzten Volumenstrom. Gekoppelt an den Wirkungsgrad ist die Reduktion der lokalen Scherung, um eine möglichst kristallschonende Fahrweise zu erreichen. So wird Kristallabrieb mit unkontrollierter Keimbildung vermieden, was sonst zu unerwünschtem Feingut mit schlimmstenfalls bimodaler Partikelgrößenverteilung führen würde. Der EKATO TORUSJET ist das Ergebnis umfangreicher experimenteller Untersuchungen kombiniert mit CFD-Studien zum Strömungsverhalten im Leitrohr-Kristaller (Abb. 3). Die einzigartige Blattgeometrie, die darauf abgestimmten Leitbleche und die strömungskonforme Bauweise des Leitrohres vermeiden verlustreiche Wirbelbildung im Pumpenbereich. Deutlich niedrigere Betriebskosten des Leitrohr-Kristallers und optimale Produktqualität sind das Ergebnis.

Abbildung 3. EKATO TORUSJET-Rührer: Axialpumpe für die kontinuierliche Kristallisation von Massenprodukten.

Das Recycling von Metallen aus privaten und industriellen Abfällen gewinnt neben der konventionellen Metallgewinnung zunehmend an Bedeutung. Für beide werden hydrometallurgische Verfahren eingesetzt, die auf chemisch-physikalischem Weg eine Auftrennung von Gemischen in einzelne Metalle erlauben, häufig mithilfe gasförmiger Reaktionspartner, die durch den Rührer fein dispergiert und so der Reaktion zugänglich gemacht werden.


In konventionellen Ringverteilern wird das Gas durch eine Vielzahl kleiner Bohrungen oder Düsen in den Rührkessel eingespeist. Diese sind allerdings anfällig für Verstopfungen, z. B. bei Stillständen durch Ablagerung von Feststoffen im Rohr sowie durch Ausfällungen und Verkrustungen an den Öffnungen. Das neue Konzept des rotierenden Gasverteilers vermeidet diese Nachteile und erlaubt die Freisetzung des Gases im Bereich der Rührblätter an der Stelle höchster Turbulenz. Das Gas wird direkt durch eine zentrale Zuleitung vom Behälterboden in den rotierenden Gasverteiler geleitet, der in das Rührorgan integriert ist (Abb. 4). Der Spalt zwischen Zuleitung und rotierendem Gasverteiler hat die Funktion einer berührungslosen hydraulischen Dichtung und ist daher wartungsfrei. Das Gas strömt über die hohlen Rührorganholme direkt in den äußeren Bereich der Rührblätter, wo es in der Zone höchster Scherung dispergiert wird. Reaktoren, die mit dieser Technologie ausgerüstet wurden, weisen eine bis zu 20 % gesteigerte Gas/Flüssig-Stofftransportleistung gegenüber herkömmlichen Begasungssystemen auf. Niedrigere Betriebskosten durch höhere Raum-Zeit-Ausbeuten bei gleichzeitig geringeren Investitions- und Wartungskosten durch das vereinfachte Begasungssystem erhöhen die Wirtschaftlichkeit der Anlage.

Abbildung 4. Rotierender Gasverteiler für einen Reaktor zur biologischen Erzlaugung.

Der Verschleiß von Rührorganen ist ein in der Mischtechnik häufig anzutreffendes Phänomen, das immense Kosten durch Anlagenstillstände und für Ersatzteile verursacht. Schleißende Medien treten nicht nur in der Erzverarbeitung oder der Grund- und Baustoffchemie auf. Dies trifft auch für formulierte Produkte wie etwa Zahnpasten zu. Gegenmaßnahmen sind eine strömungsgünstigere Formgebung, Beschichtungen oder der Einsatz von massiven Keramikbauteilen.


Schutzschichten werden üblicherweise in dünnen Lagen aufgebracht. Sobald sich diese aber abnutzten, unterliegt das Grundmaterial erneut hohem Verschleiß. Eine gute Alternative zu Beschichtungen ist daher die Herstellung kompletter Rührorganflügel oder Rührorgane aus Vollkeramik, deren massive Struktur gegenüber einer Beschichtung den Vorteil homogener Härte im gesamten Bauteil bietet. Bei einem direkten Vergleich mit Stählen zeigt sich, dass die Lebensdauer eines Rührorganes durch massive Keramikbauteile in abrasiver Umgebung um den Faktor 10 – 20 erhöht werden kann.


Moderne Ingenieurkeramiken zeichnen sich durch hervorragende Materialeigenschaften aus, die sie für den harten Einsatz in der Prozessindustrie prädestinieren: eine konstante Festigkeit auch bei sehr hohen Temperaturen, Korrosionsbeständigkeit und Härte. Selbst komplexe Rührorgangeometrien mit Durchmessern bis zu zwei Metern sind aufgrund der jüngsten Fortschritte bei der Bearbeitung von Keramiken möglich. Aus konstruktiven Gründen ist die Ausführung in Verbundbauweise sinnvoll: ein metallischer Blattträger übernimmt die Anbindung an die Rührwelle, die der Abrasion unterworfenen Blätter sind massiv keramisch (Abb. 5). Der Umbau eines Rührwerks von metallischen auf keramische Werkstoffe hat sich meistens schon nach wenigen Wochen amortisiert.

Abbildung 5. Begasungsrührer mit keramischen Blättern.

Lösungs- oder Emulsionspolymerisationen werden ebenso wie Polykondensationen für Spezialpolymere in Batch-Reaktoren durchgeführt. Dabei handelt es sich durchweg um Mehrprodukt-Anlagen, wobei die Viskosität des Mediums abhängig von der Produktgruppe in einem bestimmten Bereich variiert und in der Regel vom Beginn zum Ende des Batches zunimmt. Das Rührsystem muss neben dem Ausgleich von Konzentrationsunterschieden durch eine effiziente Kühlung für eine homogene Temperatur im Reaktor sorgen – eine wesentliche Voraussetzung für eine enge Molekulargewichtsverteilung bei gleichzeitig hohen Raum-Zeit-Ausbeuten. Polykondensationen erfordern für einen vollständigen Umsatz das Abdampfen von Wasser oder Ethylenglykol über die Oberfläche. Der Rührer muss hier eine zügige Oberflächenbewegung sicherstellen, was bei Viskositäten > 100 000 mPas durchaus eine Herausforderung darstellt.


Der VARIOBLADE-Rührer (Abb. 6) bietet eine Alternative zu den bisher eingesetzten einfachen Balken-, Anker-, Blatt-, Maxblend- oder Wendelrühren. Er stellt ein variabel zu konfigurierendes System dar, das mit unterschiedlichen Durchmesserverhältnissen, mit oder ohne Stromstörer und unterschiedlichen Wärmetauscherelementen verwendet werden kann. Die Umwälzung wird sehr effizient durch die Überlagerung der axialen Förderwirkung der oberen, angestellten Blätter und von der radialen Wirkung der unteren Blätter erzeugt. Die Ausführung des unteren Blattes und des Bodenankers werden an die individuellen Erfordernisse angepasst, so kann auch ein Rühren bei stark schwankenden Füllständen gewährleistet werden. Die Radialkräfte und erforderlichen Drehmomente des VARIOBLADE liegen in der Regel unter denen der konventionellen Rührertypen, was zu einer kostengünstigen Dimensionierung des Rührwerks und Behälters führt.

Abbildung 6. VARIOBLADE-Rührsystem zur Herstellung von Spezialpolymeren.


EKATO Anlagentechnik – Lösungen aus einer Hand


EKATO liefert industrielle Hydrieranlagen von der Idee bis zur Inbetriebnahme komplett aus einer Hand. Der erste Schritt zur Erarbeitung eines Reaktorkonzeptes und des Basic Engineering einer Anlage liegen in der Erhebung der Betriebsdaten mit ihren chemischen und rührtechnischen Randbedingungen. Im neuen Hydriertechnikum von EKATO können diese dann unter realitätsnahen Bedingungen untersucht und optimiert werden (Abb. 7). Hier stehen Laborautoklaven von 3 L und ein aus Alloy C22 gefertigter Hydrierreaktor mit 60 L Füllvolumen, der bei bis zu 100 bar und 250 °C betrieben werden kann, zur Verfügung.

Abbildung 7. Das EKATO-Hydriertechnikum stellt die Daten für ein wirtschaftliches Reaktorkonzept zur Verfügung.

Mit dem flexiblen Konzept dieser Pilotanlage kann neben der eigentlichen Hydrierreaktion auch das Katalysatorhandling bis hin zur Katalysatorabtrennung untersucht werden. Die Inhouse-Analytik mit HPLC und GC erlaubt die zeitnahe Analyse der Ziel- und Nebenprodukte.


EKATO führt auf Basis dieser Informationen das Scale-up durch, legt die Apparate aus, erarbeitet in Abstimmung mit dem Kunden ein individuelles Anlagenkonzept und schätzt die Investitionskosten ab. Mit einem Team erfahrener Ingenieure werden im folgenden Basic Engineering die Komponenten beschaffungsreif spezifiziert, die Aufstellungsplanung und die Sicherheitsbetrachtungen in Form einer HAZOP durchgeführt und abschließend die Investitionskosten für die gesamte Anlage ermittelt. EKATO erbringt bei Bedarf auch die weiteren Engineering-Leistungen für die Hydrieranlage in Teilen oder gesamt: das Detail Engineering, die Lieferung der Kernapparate sowie die Unterstützung bei Montage- und Inbetriebnahme. Dazu gehört auch die Qualifizierung der Anlage, sollte sie später unter GMP-Bedingungen arbeiten.


Da EKATO über das zur Planung und zum Bau einer wirtschaftlichen Hydrieranlage erforderliche Knowhow mit allen Fachdisziplinen aus einer Hand verfügt, kann die schnelle und kostengünstige Realisierung des Projekts bis hin zur garantierten Produktivität der Anlage gewährleistet werden.


Vakuumprozessanlagen zur Herstellung von Nahrungsmitteln oder kosmetischer und pharmazeutischer Produkte haben eine Reihe von Anforderungen zu erfüllen. Neben dem Mischen und Dispergieren des Produktes selbst müssen Rohmaterialien flüssig oder pulverförmig eingezogen und das fertige Produkt ausgetragen werden. Außerdem ist die Anlage entsprechend den produktspezifischen Anforderungen zu reinigen. Das neue kombinierte Bodenrührwerk erledigt diese Aufgaben ohne zusätzliche Transfer- oder Reinigungspumpen:
– Dispergieren und Mischen über eine interne Rezirkulationsleitung,
– Einzug, Austrag und Transfer,
– Cleaning in Place (CIP).

Der CIPMIX (Abb. 8) wurde speziell für Verfahrensschritte wie das Aufschmelzen und Temperieren, das Dispergieren und Suspendieren von Feststoffen bei verschiedenen Füllständen konzipiert. Die einfache Installation an einen EKATO Vorphasenbehälter macht die Produktion von Massengütern der kosmetischen und pharmazeutischen Industrie noch effizienter. So erlaubt der CIPMIX eine flexible Produktion mit kurzen Zykluszeiten bei maximaler Produktqualität. Durch die kompakte Bauweise halten sich die Investitionskosten auf niedrigem Niveau.

Abbildung 8. Die kompakte Vakuumprozessanlage CIPMIX.

Rohöllagertanks mit Volumina bis 200 000 m3 müssen durchmischt werden, um verschiedene Chargen zu vergleichmäßigen und Ablagerungen von Sand zu vermeiden. Seitlich an der Behälterwand eingebaute Propellerrührwerke, deren Strahl den Tankboden bestreicht, führen zu einer großräumigen Umwälzung des Tankinhaltes. Hierbei kann die Zahl der Rührwerke und damit auch deren Energiebedarf deutlich vermindert werden, wenn die Rührwerke in zeitlichen Intervallen um einen seitlichen Winkel schwenken, so dass sie eine wesentlich größere Fläche bestreichen können.


Das Seiteneintrittsrührwerk ES 2000 SW (Abb. 9) kann von der Mittelachse horizontal um 30° nach beiden Seiten geschwenkt werden. Die Verstellung erfolgt manuell vor Ort oder über einen Stellantrieb mit automatischer Positionierung über das PLS. Das ES 2000 SW wurde als komplette Einheit konzipiert, welche die Montage und Demontage am Tank im zusammengebauten Zustand ermöglicht. Die robuste Wellenabdichtung erfolgt über ein einfach- oder doppelt wirkendes Gleitringdichtungs-System nach API 682 4, modifiziert für Rührwerke (API Plan 53 B / 65 A). Anlagenstillstände werden vermieden, da ein Dichtungstausch auch bei gefülltem Behälter möglich ist.

Abbildung 9. Schwenkbare Rührwerke zum Seiteneinbau in Rohöllagertanks.


EKATO Holding GmbH
Werner Himmelsbach
Postfach 1110
79641 Schopfheim
Tel.: (07 622) 290
info@ekato.com
www.ekato.de

ACHEMA 2018: Halle 5.0, Stand D42

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