Batch-Verfahren

Unter dem Batch-Verfahren oder Chargenprozess versteht man einen Prozess, der zur Herstellung von abgegrenzten Stoffmengen führt, indem Mengen von Einsatzstoffen unter Nutzung einer oder mehrerer Einrichtungen innerhalb eines abgegrenzten Zeitraums einer geordneten Folge von Prozessaktivitäten unterzogen werden. (DIN IEC 60050-351)

Verschiedene Verarbeitungsprozesse stellen unterschiedliche Anforderungen an die dazugehörigen Abläufe und Technologien. Bei manchen Verfahren ist es besser, wenn immer ausschließlich derselbe Teilschritt kontinuierlich durchgeführt wird. Andere Bereiche verlangen beispielsweise eine besser Nachverfolgbarkeit bezüglich der einzelnen Chargen. In diesen Fällen bietet sich das sogenannte Batch-Verfahren für die Durchführung an.

Was passiert beim Batch-Verfahren?

Das Batch-Verfahren gehört zum Bereich der Verfahrenstechnik. Dabei wird zunächst ein Reaktionsgefäß vollständig mit den Ausgangsstoffen, den sogenannten Edukten, befüllt. Durch Hinzufügen eines Katalysators wird schließlich die Reaktion in Gang gesetzt, die die Edukte zu Produkten werden lässt. Dabei nimmt die Konzentration der Edukte stetig ab, während die der Produkte beständig zunimmt - vergleichbar mit den beiden Behältern einer Sanduhr. Sobald die Reaktion vollständig abgelaufen ist, werden die Produkte entnommen und zum Downstream-Prozess (also der Weiterverarbeitung) weitergeleitet. Vor einer erneuten Nutzung muss das Reaktionsgefäß gegebenenfalls gereinigt werden, anschließend beginnt der Prozess von vorne.

Beispiele für das Batch-Verfahren

Batch-Verfahren kommen besonders häufig zum Einsatz, wenn es um die Herstellung von Pulvern oder Granulaten geht. Die Forderung nach einer Rückverfolgbarkeit einzelner Chargen machte ein Verfahren notwendig, bei dem nicht kontinuierlich das Endprodukt entsteht, sondern in einzeln voneinander abgetrennten Mengen, zu denen jeweils die verwendeten Ausgangsstoffe notiert werden können. Typische Branchen, für die das Batch-Verfahren von großer Bedeutung ist, sind demnach:

• Pharmabranche: Herstellung von Medikamenten, Nahrungsergänzungsmitteln etc.
• Lebensmittelindustrie: Herstellung von beispielsweise Babynahrung
• Getränkeindustrie: Abtrennung von Trübstoffen aus klaren Fruchtsäften
• Fermentationsprozesse (beispielsweise Bierbrauen)
• Gärprozesse (beispielsweise Biogasproduktion)

Was ist das Fed-Batch-Verfahren?

Das Fed-Batch-Verfahren ist eine spezielle Variante des Batch-Verfahrens. Dabei wird das Reaktionsgefäß zu Beginn nur teilweise mit Ausgangsstoffen befüllt. Anschließend wird die Reaktion ebenfalls in Gang gesetzt, die Edukte reagieren nach und nach zu Produkten. Während des Prozesses werden nun allerdings weitere Edukte hinzugefügt, bis das Reaktionsgefäß vollständig mit Produkten gefüllt ist.

Diese Variante bietet vor allem dann Vorteile, wenn die Reaktionsgeschwindigkeit kontrolliert werden soll. Durch die Zugabe von Edukten kann bestimmt werden, wie zügig die Reaktion abläuft. Das kann beispielsweise eine Rolle spielen, wenn während der Reaktion viel Wärme entsteht, die abgeführt werden muss. Darüber hinaus kann die Konzentration von toxischen Nebenprodukten deutlich geringer gehalten werden. Auch die Menge an Produkten kann im Vergleich zum Batch-Verfahren höher liegen, da die Menge der Edukte nicht an das Reaktionsgefäß gebunden ist.

Was ist das Semi-Batch-Verfahren?

Das Semi-Batch-Verfahren stellt eine Sonderform des Fed-Batch-Verfahrens dar. Hier wird ebenfalls nach einer gewissen Menge an anfänglichen Edukten die Reaktion in Gang gesetzt. Anschließend werden weitere Ausgangsstoffe hinzugefügt, die stetig zu Produkten umgewandelt werden. Im Gegensatz zum Fed-Batch-Verfahren gibt es hier allerdings weniger Kontrollmöglichkeiten für die Zufuhr und das Abführen von Edukten und (Neben-)Produkten. Aus diesem Grund wird es insgesamt auch weniger häufig eingesetzt als das (Fed-)Batch-Verfahren.

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