Pastöse Medien dosieren

Cyrille Perrot

Im September 1999 hat die Produktionsanlage für Titandioxid, der Sachtleben Chemie GmbH, Duisburg, ihren Betrieb aufgenommen. Ihre Aufgabe ist es, aus dem Titandioxid-Grundkörper Mikro-Rutile herzustellen. Die Teilchengröße dieser Nano-Partikel ist etwa hundertmal kleiner als die des herkömmlichen Titandioxids. Je nach Veredelung der Oberfläche in der Nano-Tec-Anlage werden sie beispielweise als anorganische UV-Licht-Barrieren in Sonnenschutzcremes oder in transparenten Holzschutzmitteln, Farben und Lacken eingesetzt. Bei der Herstellung dieser Kleinstpartikel kommt es neben anderen Faktoren entscheidend auf eine hohe Genauigkeit der im Prozess eingesetzten Dosier- und Mischtechnik an.

Eine der wichtigsten Anforderungen der Sachtleben Chemie war die für die konstante Produktqualität erforderliche Dosiergenauigkeit. Die maximal zulässige Toleranz der Dosiermenge liegt bei ±0,5%. Neben der hohen Genauigkeit kam es den Betreibern bei der Auswahl der geeigneten Systeme unter anderem auf folgende Merkmale an:

• Eignung für Pasten mit unterschiedlicher Feuchtigkeit, teilweise starkem Anhaftverhalten und anderen Randeffekten,

• einfaches Reinigen der Dosier- und Mischgeräte bei Chargenwechsel,

• kontinuierliches Einspritzsystem mit hoher Verteilungsgüte für feste und flüssige Medien sowie

• Buskopplung von Dosierer und Mischer an das Prozessleitsystem, zur Vorgabe und Überwachung von Prozessparametern.

Um diese Anforderungen zu erfüllen, wurden das gravimetrische Dosiergerät DPHV und der kontinuierliche Einspritzmischer IMR ausgewählt. Die Systeme sind aufeinander abgestimmt und finden vielfach Einsatz in der Chemie- und Verfahrenstechnik, der Pulverindustrie, Metallurgie, Kosmetik oder Lebensmittelindustrie. Für den Einsatz bei Sachtleben sind diese Referenzlösungen adaptiert sowie konstruktiv und steuerungstechnisch optimiert. Ausgelegt ist diese in der Titandioxid-Produktion umgesetzte Lösung für einen vollkontinuierlichen Dreischichtbetrieb.

Der Produktionsprozess der Nano-Partikel läuft kontinuierlich ab. Der in der Titandioxid-Fabrik erzeugte Grundkörper gelangt über eine Rohrleitung in die Nano-Tec-Anlage. Nach chemischer und mechanischer Umsetzung entsteht hieraus eine pastöse Masse aus etwa 40% Titandioxid und 60% Wasser. Bevor diese in einem letzten Prozessschritt getrocknet und abgefüllt wird, werden ihr noch Flüssigadditive beigemengt. Hierzu ist die Paste genau dosiert zu entnehmen und dem Mischgerät, in dem die Beimengung erfolgt, zuzuführen. Die Steuerung des gravimetrischen Dosiersystems DPHV erfasst über drei Wägezellen kontinuierlich das Gewicht der ausgetragenen Paste. Durch elektronische Regelung wird die für die Nano-Tec-Produktion erforderliche Dosiergenauigkeit von 0,5% sicher eingehalten. Horizontale und vertikale Austragsschnecken erzeugen einen homogen Produktstrom zur Austragskammer des Gerätes. Die entsprechend angesteuerte Exzenterschnecke ermöglicht einen gleichbleibenden Produktabzug sowie Eintrag in den Mischer.

Über ein flexibles Metallrohr – es vermeidet einen Kraftschluss der Dosiereinheit mit dem Hallenboden – gelangt die Titandioxidpaste in den Durchlaufmischer IMR. Dieser arbeitet nach dem Prinzip der Zentralinjektion, das eine besonders hohe Verteilungsgüte sicherstellt. Der Punkt, an dem die Produkte in der Mischkammer zusammentreffen, lässt sich anwendungsspezifisch bestimmen. Bei Bedarf kann zusätzlich die Mischzeit über ein Gegendrucksystem reguliert werden. Der Mischer zeichnet sich durch eine kompakte und platzsparende Bauform aus. Die Tatsache, dass der Einspritzmischer sowohl für die Einleitung trockener als auch flüssiger Stoffe geeignet ist, erwies sich in der Projektierungsphase als Vorteil. Mit nur wenigen Modifikationen konnte der Mischer von den zunächst trockenen auf flüssige Zugabestoffe umgestellt werden.

Im Mischraum des Gerätes werden der Titandioxid-Paste Flüssigadditive zugegeben und im Durchlauf homogen und klümpchenfrei vermischt. Die Dosierungen der Zugabestoffe erfolgt durch zwei Pumpen mit angeschlossenen Durchflussmessern. Danach wird die Paste in einem Trockner getrocknet und das Pulver entsprechend den Kundenwünschen abgepackt.

Sowohl das Dosiergerät als auch der Einspritzmischer sind via Modbus-Kopplung online an das Prozessleitsystem angebunden. Dies ermöglicht die Produktionsüberwachung der je nach späterem Verwendungszweck unterschiedlich oberflächenveredelten Mikro-Rutilen. Von der Leitwarte aus lassen sich die chargenbezogenen Dosier- und Mischparameter verfahrensgerecht vorgeben und überwachen. Störungen oder Abweichungen von den Vorgaben werden von der Misch- und Dosiertechnik unverzüglich gemeldet und können so schnell und gezielt analysiert werden. Die Ist-Maschinenparameter wie der tatsächliche Durchsatz werden via Modbus an das Prozessleitsystem übertragen und für Nachweis- und Statistikzwecke genutzt.

Die vorgestellte Lösung zur gravimetrischen Dosierung pastöser Massen und kontinuierlichen Mischung mit trockenen oder flüssigen Zuschlagsstoffen lässt sich vom Prinzip her an nahezu alle vergleichbaren Aufgabenstellungen anwenden. Anwendungsspezifische Parameter können durch steuerungstechnische sowie bauliche Modifikationen so berücksichtigt werden, dass eine zuverlässige Systemfunktion sowie die Einhaltung besonders geringer Dosiertoleranzen sichergestellt sind.

Halle 10.0, Stand G13

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Sachtleben Chemie ist seit über 100 Jahren ein führender Hersteller hochwertiger Chemieprodukte mit einer breiten Palette weißer Pigmente und Füllstoffe. Das Unternehmen gehört zur Dynamit Nobel Gruppe und erzielt mit 1250 Mitarbeitern einen Umsatz von rund 660 Mio. DM. Bei der Produktion von Titandioxid nimmt Sachtleben Chemie eine führende Stellung ein. Papier, Farben, Lacke oder Zahnpasta sind typische Produkte, deren weiße Farbe von den ebenfalls in der Titandioxid-Fabrik von Sachtleben Chemie produzierten Rutilen herrührt. Mit den Titanoxid-Mikro-Rutilen ermöglicht das Unternehmen die Entwicklung neuer Endprodukte, zum Beispiel Sonnenschutzcremes. Hier bilden mikroskopisch kleine Partikel eine unsichtbare, physikalische Barriere, die UV-Licht nicht durchdringen kann. Auch in anderen Anwendungen wie Farben und Lacke, beruhen die Vorteile der Endprodukte auf den Eigenschaften der Nano-Partikel. Daher ist unter anderem eine hohe Genauigkeit der im Prozess eingesetzten Dosier- und Mischtechnik von großer Bedeutung.