Kleine Mengen wirtschaftlich pastillieren

Eine Vielzahl chemischer Produkte sind Schmelzen, die aber in vielen Fällen nicht flüssig weiterverarbeitet bzw. vertrieben werden. Insbesondere kleine Abnahmemengen, große räumliche und zeitliche Entfernungen oder rasche Alterung des Produkts bei erhöhter Temperatur verhindern die Handhabung in Thermobehältern. Das Abfüllen der Schmelzen in Fässern verursacht einen hohen Aufwand beim Weiterverarbeiter. Dieser benötigt neben Zeit zum Aufschmelzen auch entsprechende Anlagen, will aber häufig nur kleine Mengen zudosieren. Bruchgranulat, Schuppen oder Flakes, wie sie auf Kühlwalzen oder Filmgießanlagen hergestellt werden, führen zu irregulärem Granulat mit schlechter Rieselfähigkeit, niedriger Schüttdichte und hohem Staubanteil. Das Konfektionieren in Pulverform durch Sprühverfahren führt zusätzlich zur Gefahr der Agglomeration. PE-Sprühpulver hat freifließend eine Schüttdichte von 0,2t/m³ und verpresst mit 1000hPa 0,3 t/m³. Nach dem Pastillieren liegt die Schüttdichte über 0,5t/m³. Der Staubanteil im pastillierten Produkt ist vernachlässigbar, Agglomeration tritt nicht mehr auf, und die Rieselfähigkeit ist sehr gut. Dadurch wird eine einfache, genaue Dosierung möglich, und die Pastillen lassen sich gut in Schmelzen oder Granulatvormischungen einarbeiten.

Verfahrenstechnische Herstellung von Pastillengranulat

Beim Pastillieren wird die Schmelze auf ein endlos umlaufendes, von unten gekühltes Edelstahlband gebracht, erstarrt während des Transports und wird am nächsten Biegewechsel als fester Tropfen (Pastille) abgenommen. Die indirekte Kühlung erspart ein Trocknen, und auch hygroskopische und wasserlösliche Produkte können pastilliert werden.

Die Aufgabe kann mit rotierenden oder nicht rotierenden Verfahren erfolgen. Bei Letzteren läuft die Schmelze aus einer im Wannengrund mit Austrittsbohrungen versehenen Verteilerwanne. Die Hubbewegung der Pastillierelemente unterteilt den auslaufenden Strahl in Tropfen. Auch Schmelzen mit niedriger Viskosität lassen sich so konfektionieren, wobei die Leistung durch die mögliche Hubgeschwindigkeit auf rund 500 kg/h limitiert ist.
Alternativ wird die Schmelze aus einem mit Bohrungen versehenen rotierenden Rohr ausdosiert. Das Ausdosieren erfolgt mithilfe einer im Rohr stehenden Verteilerleiste oder bei hoher Viskosität mittels einer sich drehenden Walze. Da Auftrags- und Bandgeschwindigkeit gleich sind, ist die Leistung nur durch die zur Verfügung stehende Kühlfläche begrenzt. Herstellungsbedingt ist die Bandbreite auf 1,5m limitiert, der größte übliche Achsabstand liegt bei 20m. Typisch werden etwa 5 bis 10m Kühllänge pro Tonne Produkt benötigt, so dass die maximale Anlagenleistung üblicherweise rund 2 bis 4t/h beträgt.

Technische Restriktionen des Pastillierens

Geeignet für das Pastillieren sind grundsätzlich Schmelzen mit Aufgabetemperaturen bis zu 350°C und einer Viskosität bis zu 50000mPa·s. Das Pastillieren eignet sich mit entsprechender Vorbehandlung auch für solche Schmelzen, die zur Unterkühlung neigen. Höherviskose Produkte werden üblicherweise mit Unterwasser-Granulatoren oder Stranggranulierern hergestellt.

Neben dem Pastillierer gilt es auch, eine entsprechende Infrastruktur, bestehend aus Schmelz- und Mischbehältern, Heiz- und Kühlaggregaten sowie den dazugehörigen Verrohrungen, Verdrahtungen und Steuerungen aufzubauen. Jedoch unterscheiden sich selbst auf dem ersten Blick ähnliche Produkte häufig signifikant in ihren rheologischen Eigenschaften, ihrem Kristallisationsverhalten oder ihrer Oberflächenspannung. Aus diesem Grund besteht das Risiko, dass das Aufgabesystem oder sogar die gesamte Anlage bei einem Produktwechsel nicht mehr geeignet sind.

Wirtschaftliche Restriktionen des Pastillierens

Ökonomisch sind der Platzbedarf der Gesamtanlage und die hohen Investitionskosten relevant. Anders als bei Mischern, Absackanlagen oder Mahlanlagen sind nur wenige gebrauchte Anlagen auf dem Markt verfügbar. Die angebotenen Anlagen passen nur selten zu den technischen Anforderungen wie Werkstoff, Aufgabesystem und Baugröße, da es sich um Spezialmaschinen handelt. Neben dem Pastillierer werden eine Aufschmelzvorrichtung, Heiz- und Kühlaggregate, gegebenenfalls auch Mischvorrichtung und Produktpumpe benötigt. Alle Aggregate müssen entsprechend verrohrt, verdrahtet und mit Steuerungen ausgerüstet werden. Diesen Investitionen steht ein beträchtliches Risiko gegenüber. In vielen Fällen muss der Markt erst getestet und bemustert werden, bevor sich Aussagen zu seinem Potenzial machen lassen. Der Abnehmer pastillierter Ware wird häufig erst kleine Mengen ordern, ehe er größere Mengen abruft. Eine eigene, kleine Pastillieranlage rechnet sich ab etwa 70t/a. Ist dies nicht durch den Eigenbedarf gedeckt, ergeben sich zusätzliche Risiken. Langfristige Verträge sind die Ausnahme, und es ist fraglich, ob ein akquiriertes Anfangsvolumen gehalten werden kann. Verkürzte Produktlebenszyklen, ständige Änderungen durch Innovationen und Prozessumstellungen sowie Produktionsverlagerungen müssen weiterhin berücksichtigt werden.

Optionen für Hersteller kleiner und nicht konstanter Produktmengen

Um diese technischen und wirtschaftlichen Restriktionen zu überwinden und rasch Produkte in Pastillenform mit den damit verbundenen Vorteilen anbieten zu können, besteht die Möglichkeit, extern pastillieren zu lassen. Dadurch können schon kleine Mengen zu variablen Kosten hergestellt und der spätere Übergang zu einer eigenen Produktion auf Basis gesicherter verfahrenstechnischer Erfahrungen und ohne Lieferengpässe vollzogen werden. Für die externe Fertigung müssen lediglich Produkt und Datenblätter zur Verfügung gestellt werden. Die gewünschten Abfüllgebinde – Kartons, Säcke oder Big-bags – und Etikettierungen können selbst gestellt oder über den Fertiger bezogen werden. Gefahren eines Know-how-Abflusses können durch entsprechende Geheimhaltungsvereinbarungen und der Option, bereits fertig angemischtes Produkt konfektionieren zu lassen, vermieden werden. Um Synergieeffekte für die Anlagenplanung optimal zu nutzen, erfolgt das externe Pastillieren in Zusammenarbeit zwischen einem Anlagenbauer und einem Produzenten von Heißklebern (Hotmelt) und anderen Spezialchemikalien, so dass das notwendige Wissen für Aufgabetechnik, Verfestigung und Handhabung in der laufenden Produktion in allen Projektierungs- und Umsetzungsphasen vorliegt. Aus diesem Grund kann die langjährige Erfahrung im Umgang mit den verschiedensten Stoffen, Polymeren und Zubereitungen sowie die gesamte Infrastruktur eines produzierenden Betriebs genutzt und die Pastillieranlage dennoch autark betrieben werden.

Erfolgreiche Beispiele aus der Praxis

Ein Additivhersteller hatte das Problem, dass er neben seinem Standardprodukt, das er mit etwa 1t/h teilweise mehrschichtig pastilliert, Kundenwünsche für ein speziell modifiziertes Produkt mit rund 500kg/Batch bedienen wollte. Der Aufwand dafür, die Anlage zu reinigen und die Aufgabevorrichtung umzurüsten, stand in keiner Relation zum Ertrag. Durch die externe Pastillierung konnten diese Kundenwünsche ohne Investment zu variablen Kosten bedient werden.

Ein Distributor wollte vor einer verbindlichen Vereinbarung testen, ob seine Kunden pastillierte Ware anstelle eines Pulvers verwenden wollen und können. Im Vorfeld galt es, zuerst 2t und danach 5t zu pastillieren. Durch das externe Pastillieren konnten die Voraussetzung für den anschließenden Großauftrag geschaffen werden. Bereits bei der Anlagenplanung konnten die bei der Pastillierung des Produkts gewonnenen Erfahrungen einfließen.

Mit Schmelzrührwerken kann beim Pastillieren gleichzeitig eine Veredelung durch Zugabe von Stabilisatoren, Farbstoffen oder anderen Additiven erfolgen. Neben der externen Pastillierung besteht auch die Möglichkeit, im Falle höherer Viskositäten Produkte als Streifengranulat fertigen zu lassen oder klebrige Produkte in Zewaskiner abzufüllen. darüber hinaus besteht die Möglichkeit, Produkte extern – und damit zu variablen Kosten – sieben und vermahlen zu lassen. Insgesamt lässt sich so eine hohe horizontale und vertikale Flexibilität in der Produktbearbeitung ohne hohe Fixkosten erreichen.