60 - Wie funktioniert ein Kristallisator?
Egal ob die Kristallisation von Neuware oder Mahlgut – es handelt sich in jedem Fall um eine anspruchsvolle Verfahrenstechnik, bei der auf einige Besonderheiten zu achten ist. Entscheidend ist unter anderem, das Material möglichst schnell auf die Glasübergangstemperatur zu erhitzen, wobei es während der Erweichungsphase ständig bewegt werden muss, um das Agglomerieren (Verklumpen) zu verhindern.
Zwei gängige Technologien für die Kristallisation von PET/PLA sind Infrarot-Drehrohr-Anlagen (IRD) und Festbett-Kristallisatoren mit einem Rührwerkstrichter. Unabhängig von der Technologie werden in der Regel niemals Kristallisationgrade von 100 % erreicht. Der maximal erreichbare Kristallisationsgrad zum Beispiel für PET liegt bei ca. 75 % – das Ergebnis ist also „teilkristallin“.
Infrarot-Drehrohre sind als rotierende Trommeln aufgebaut, in denen sich Infrarot-Strahler befinden. Im Innern fördern meist Wendeln und Mischstege das Material aufgrund der Rotation langsam vom Materialeinlass bis zum Auslass und bewegen es dabei ständig. Je nach Ausführung eignen sich IRD für den kontinuierlichen oder den Chargenbetrieb.
Ganz anders das Konzept von Festbett-Kristallisatoren mit einem Rührwerkstrichter; sie arbeiten in der Regel mit Heißluft (heißer Frischluft), die von unten in das Material geleitet wird. Im Trichter befindet sich ein Rührwerk mit mehreren, versetzt angeordneten Rührarmen, die das Material schonend bewegen. Zusätzlich vermindern Statoren an der Trichterinnenwand das übermäßige Drehen der Materialschüttung; insgesamt wirken dadurch nur geringe Kräfte auf das Material. Abgezogen wird das kristallisierte Material am unteren Ende des Trichters, etwa über einen Schieber oder eine Zellradschleuse.
Die Luftführung kann bei Rührwerks-Kristallisatoren auf dreierlei Weise erfolgen – mit einstellbarem Umluftanteil, mit einem geschlossenen oder mit offenem Luftkreis. Der offene Prozess gilt in Verbindung mit einer Luftmengenregelung und einem Wärmetauscher als besonders effektiv.
Festbett-Kristallisatoren können sowohl für den kontinuierlichen als auch für den Chargenbetrieb konzipiert sein. In jedem Fall muss dafür Sorge getragen werden, dass kein noch nicht kristallisiertes (amorphes) Material aus dem Trichter zur weiteren Verarbeitung abgezogen wird. Dazu kann beispielsweise die Ablufttemperatur überwacht werden. Erst wenn die erforderliche Temperatur erreicht ist, erfolgt die Freigabe.
Bei einer kompletten Neubefüllung wird das amorphe Material meist mit Hilfe eines speziellen „Anfahrprozesses“ konditioniert. Um schneller den kontinuierlichen Betrieb zu erreichen, wird für das „Anfahren“ oft auch ein Anteil bereits kristallisiertes Material zugegeben.
Im kontinuierlichen Betrieb darf der maximal mögliche Durchsatz des Kristallisators nicht überschritten werden, damit der gewünschte Kristallisationsgrad sichergestellt ist. Anlagen mit einer automatischen Luftmengenregelung ermöglichen dabei ein größeres „Durchsatzfenster“, in dem das Material zum einen energieeffizient, zum anderen sicher kristallisiert wird.
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