Pumpe verbessert die Hydrogel-Produktion im Chemiewerk

Qualität und Effizienz – um beides zu ermöglichen, ist in der chemischen Industrie Präzision beim Handhaben von Fluiden entscheidend. So auch bei einem deutschen Chemiewerk, das beim Homogenisieren von Gel-Klumpen unterschiedlicher Größe auf besondere Herausforderungen stieß. Ziel war es, einen gleichmäßigen Förderstrom mit einer einheitlichen Partikelgröße zu erzeugen. Diese anspruchsvolle Aufgabe erforderte eine individuelle Lösung, die die Sensibilität des Mediums berücksichtigt. Mittels einer maßgeschneiderten Lösung von Netzsch Pumpen & Systeme konnte das Herstellungsverfahren im Hinblick auf Qualität, Dauer und Kosten verbessert werden. Das Chemiewerk profitiert heute von einer hohen Flexibilität im Produktionsprozess und kann dadurch eine große Bandbreite an qualitativ hochwertigen Gelen anbieten.

Als Experte für die Herstellung anorganischer Spezialchemikalien fertigt das Unternehmen für Anwender verschiedenster Branchen hochwertige Materialien – unter anderem Hydrogel. Aus diesem wiederum wird Kieselgel hergestellt, das typischerweise bei der Eiweißstabilisierung von Bier, als Mattierungsmittel in Farben und Lacken oder als Beschichtung von Inkjet-Papier zum Einsatz kommt.

Zwischen Homogenisieren und Zerstören

Dafür müssen die bis zu 30 mm großen Hydrogel-Klumpen definiert zerkleinert werden, damit mit einer einheitlichen Partikelgröße ein gleichmäßiger Förderstrom erzeugt werden kann. Wie immer in der chemischen Industrie stehen auch bei diesem Vorgang Effizienz und Produktqualität im Vordergrund.

Das Material muss präzise und schonend behandelt werden, um die gewünschte Partikelgröße zu erreichen, ohne das Produkt zu beschädigen. Denn durch die scherempfindliche Natur des Hydrogels bewegt sich das Herstellungsverfahren in einem Spannungsfeld zwischen optimalem Ergebnis und dem Zerstören des Produkts durch Scherkräfte. Um dies ausbalancieren zu können, muss die Schergeschwindigkeit gesteuert und das Homogenisieren kontrolliert werden. Nur durch eine geeignete Technik entstehen gleichmäßige und einheitlich große Partikel, die essenziell für den nachgeschalteten Dekanter-Prozess sind. Beim Chemiewerk basierte dieses Verfahren zunächst auf einer energieintensiven thermischen Trocknungsmethode. Neben den hohen Betriebskosten führte dies zu unbefriedigenden Ergebnissen hinsichtlich der Partikelkonsistenz und -qualität.

Gegen den Verschleiß

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Also entschied das Chemiewerk, sich gemeinsam mit dem Hersteller Netzsch Pumpen & Systeme ein Pumpensystem umzusetzen, das exakt auf die Anforderungen der Anwendung zugeschnitten ist. Der Pumpenhersteller gab dem Chemiewerk die Möglichkeit, Lösungen zu testen und bei Bedarf so lange anzupassen, bis sie für den konkreten Anwendungsfall geeignet waren. „Wir schätzen es sehr, dass wir im Vorfeld die Möglichkeit zur Testung hatten. Das war für uns ein Entscheidungskriterium bei der Auswahl des Anbieters“, berichtet ein Projektverantwortlicher aus dem Chemiewerk. Kurze Kommunikationswege und schnelle Reaktionszeiten aller Stakeholder führten dazu, dass innerhalb von drei Monaten ein passender Ansatz konzipiert werden konnte.

Rotoren bestimmen maßgeblich Partikelgröße

So wurde für das Industrieunternehmen ein System entwickelt, das gleich zwei Typen von Verdrängerpumpen kombiniert: die Exzenterschneckenpumpe Nemo und eine speziell angepasste Tornado-Drehkolbenpumpe. Erstere saugt das Hydrogel aus den Vorlagebehältern, sorgt für einen kontinuierlichen Förderstrom und befördert das Medium zur Drehkolbenpumpe. Dort erfolgt das Homogenisieren durch zwei gegenläufige kreisrunde Rotoren, die das Medium zerkleinern. Die Rotoren sind auf einen definierten Spalt eingestellt und bestimmen damit maßgeblich die Partikelgröße. Anschließend wird das Gel in einer Kammerfilterpresse getrocknet.

Das Besondere an dieser Kombination: Die Drehkolbenpumpe hat der Hersteller speziell für diesen Anwendungsfall optimiert. Sie fungiert als Scheraggregat und Zerkleinerer – hier findet also das eigentliche Homogenisieren des Materials statt. Spezielle Zahnkolben mit bearbeiteter Oberfläche und angepassten Spaltabständen sorgen für geringste Druckverluste.

Die Synergie zwischen der vorgelagerten Exzenterschneckenpumpe und der Drehkolbenpumpe sorgt für einen verbesserten Prozess, der eine einheitliche Partikelgröße und eine gleichmäßige Förderung des scherempfindlichen Mediums sicherstellt. Alle eingesetzten Materialien und Technologien stellen eine hohe chemische Beständigkeit sicher. CIP- und SIP-Verfahren sind berücksichtigt, Toträume beseitigt und die Oberflächenqualität und -güte ist lebensmittelkonform.

Neue Möglichkeiten im Produktportfolio

Doch nicht nur das: Durch den Einsatz der neuen Technologie kann das Chemiewerk den Betrieb der Maschine je nach Produkteigenschaft anpassen. Sowohl die Drehrichtung als auch die Drehzahl kann es manuell auswählen – eine zusätzliche Kontrolle und Flexibilität in der Prozessführung. Das eröffnet weitere Möglichkeiten im Produktportfolio, weil die gesamte Bandbreite an Kieselgelen mit unterschiedlichen Produkteigenschaften abgedeckt werden kann.

Der kombinierte Einsatz der beiden Pumpen hat sich als Gewinn für das mittelständische Familienunternehmen herausgestellt. „Der Durchsatz und die Qualität entsprechen unseren Erwartungen und auch die Betreuung und Beratung hat uns überzeugt“, erklärt der Projektleiter. Für Stefan Schöberl, Global Productline Manager Tornado beim Pumpenhersteller, ist das Projekt ein besonders anschauliches Beispiel für individuelle Pumpenlösungen. „Es zeigt, wie wichtig maßgeschneiderte und flexible Prozesslösungen in der modernen Industrie sind, um die spezifischen Anforderungen unserer Kundinnen und Kunden zu erfüllen“, erklärt er.