Die InnoProfile-Transfer-Initiative

Wirbelschichtsprühgranulationsprozesse werden in vielen Bereichen der pharmazeutischen Industrie, aber auch in der Dünge- und Waschmittelindustrie eingesetzt, um ursprünglich flüssige Ausgangsstoffe in feste Produkte zu überführen oder um bereits fest vorliegende Stoffe zu funktionalisieren.
 

Trocknung in Wirbelschichten ist dabei ein häufig vor- bzw. nachgeschalteter Prozess, um die Flüssigkeitsmengen im Produkt auf ein Niveau zu bringen, das eine einfache Handhabbarkeit und Lagerfähigkeit ermöglicht. Der größte Teil der aufzubringenden Energie wird dazu benötigt, das eingebrachte Lösungsmittel, häufig Wasser, bzw. die Feuchtigkeit mittels eines beheizten Gasstromes aus dem Produkt zu entfernen. Die mit Wasserdampf beladene Luft wird gegenwärtig in die Umwelt abgeführt und die enthaltene Energie ist für eine weitere Nutzung verloren.

Durch die fortschreitende Verknappung fossiler Energieträger und der damit einhergehenden Preissteigerung wachsen die Anforderungen an industrielle Produktionsprozesse – und damit auch an Granulations- und Trocknungsprozesse – hinsichtlich ihrer Energieeffizienz, welche maßgeblich die Wirtschaftlichkeit bestimmt.

Neben der Forderung nach einer gezielten Produktqualität rückt damit die Frage, ob man diese Qualität auch zu einem vertretbaren Preis erzielen kann, weiter in den Vordergrund. Speziell für die Prozesse in Wirbelschichten ist diese Fragestellung zum gegenwärtigen Zeitpunkt ungeklärt.
 

Die Ziele

Das Hauptziel dieses Projektes ist daher die Untersuchung, Entwicklung und Erprobung verschiedener Energieeinsparmaßnahmen bei Granulations- und Trocknungsprozessen in Wirbelschichten. Die Untersuchungen sollen dabei immer unter der Maßgabe erfolgen, dass die durch Maßnahmen zur Energieeinsparung in der Regel erhöhten Investitionskosten in einem vertretbaren Rahmen bleiben. Zusätzlich besteht die Anforderung, dass die Qualität des entstehenden Produktes durch Änderungen in der Prozessführung nicht verringert wird, d.h. die Steigerung der Energieeffizienz darf nicht zu Lasten der Produktqualität gehen.

Die Prozessführung der konventionellen Wirbelschichtsprühgranulation bietet vielversprechende Möglichkeiten zur Energieeffizienzsteigerung, z.B. durch Wärmerückgewinnung aus der Abluft. Im Einzelnen werden die folgenden Aspekte untersucht:

• Untersuchung neuartiger, innovativer Formen der Energieeinbringung
• Untersuchung neuer Möglichkeiten zur Wärmerückgewinnung auf Apparate- und Gesamtprozessebene
• Untersuchung neuartiger Konzepte zur gezielten Gestaltung der Apparate bzw. Prozessführung

Die thematischen Schwerpunkte

Die Arbeiten in diesem marktorientierten Verbundprojekt teilen sich in experimentelle und modellbasierte Untersuchungen auf, die sowohl an Labor- als auch an Produktionsanlagen durchgeführt werden. Dies sind im Einzelnen:

Beheizung durch elektromagnetische Induktion
Bei diesem alternativen Heizungskonzept werden zusätzlich zu dem zu trocknenden Produkt induktionsfähige Metallhohlkugeln als Wärmeträger in den Prozess eingebracht. Das Potential dieses Beheizungskonzeptes liegt in der hohen Wärmeübertragungsfläche und den kurzen Reaktionszeiten auf äußere Eingriffe.

Wärmerückführung und Stromerzeugung
Neben der Prozessintensivierung werden auch Konzepte zur Wärmerückgewinnung untersucht, z.B. Nutzung der thermischen Energie der Abluft durch Abluftrückführung, Kondensation und Rekuperation. Weiterhin wird das Potential der Stromerzeugung aus der Restenergie des Abgases durch die Verwendung von Niedertemperatur-Dampfkraftprozessen (Organic Rankine Cycle (ORC)) untersucht.

Örtliche Separation von Funktionalitäten
Bei der örtlichen Trennung werden verschiedene Teilschritte in unterschiedlichen apparativen Zonen innerhalb eines kontinuierlich betriebenen Apparates realisiert. Durch die örtliche Trennung des Granulationsprozesses können die Teilschritte bei jeweils optimalen Prozessparametern durchgeführt werden.

Zeitliche Separation von Funktionalitäten
Im absatzweisen Betrieb werden Granulations- und Trocknungsphase zeitlich aufgeteilt, um die einzelnen Schritte analog zur kontinuierlichen Betriebsweise zu optimieren. Neben aufeinanderfolgender bzw. intermittierender Granulation und Trocknung im Wirbelschichtverfahren steht auch eine Trocknungsphase im Festbett im Fokus der Untersuchungen.

Modellierung und Analyse
Zur Berechnung bzw. Abschätzung des Energieaufwandes in Granulations- und Trocknungsprozessen in Wirbelschichten wird ein modulares Prozessmodell entwickelt, das die untersuchten Prozesskonfigurationen und Betriebsweisen abbildet. Weiterhin wird ein Werkzeug zur energetischen und wirtschaftlichen Auswertung der Gesamtprozesse in Hinblick auf die Energieeinsparung, die notwendigen Investitionskosten und die Produktqualität entwickelt.
 

Die Partner

Die Partner sind im Einzelnen:

• Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg, Lehrstuhl für Thermische Verfahrenstechnik/NaWiTec
• AVA Anhaltinische Verfahrens- und Anlagentechnik GmbH, Magdeburg
• Glatt Ingenieurtechnik GmbH, Weimar
• IPT Pergande GmbH, Weißandt-Gölzau

Die inhaltliche Verbindung zwischen Produktqualität und Energieeffizienz wird die Profile der beteiligten Unternehmen und des Lehrstuhls für Thermische Verfahrenstechnik der Otto-von-Guericke-Universität erweitern. Durch die Zusammenarbeit wird die Region als traditioneller Standort für Wirbelschichttechnologie gestärkt.

Kontakt

Prof. Dr.-Ing. habil. Evangelos Tsotsas
Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg
Institut für Verfahrenstechnik
Lehrstuhl für Thermische Verfahrenstechnik
Universitätsplatz 2
39106 Magdeburg
Tel.:  0391 67-58784
Fax:  0391 67-11160
E-Mail: evangelos.tsotsas[at]ovgu.de


Berichterstattung aus dem "Blickpunkt" finden Sie hier.

Nähere Informationen zum vorangegangenen InnoProfile-Projekt NaWiTec finden Sie hier. Weitere Informationen zur ebenfalls aus dieser InnoProfile-Initiative hervorgegangenen InnoProfile-Transfer-Stiftungsprofessur "NaWiTec Strukturbildende Wirbeschichtprozesse" finden Sie hier.