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Verfahrenstechnik 12/2016

Verfahrenstechnik 12/2016

MESSEN, REGELN,

MESSEN, REGELN, AUTOMATISIEREN schnelle Rotation die natürliche Schwerkraft künstlich. Dies beschleunigt den Prozess erheblich und trennt Feststoffe von Flüssigkeiten oder auch verschiedene flüssige Phasen voneinander. Bekannte Beispiele sind die Entsaftung von Trauben, die Entrahmung von Milch, die Trocknung von Schlämmen und viele weitere Einsatzmöglichkeiten. Anlauf und Betrieb Volle Prozesskontrolle Frequenzumrichter optimieren Separatoren- und Dekantertechnologie Stefan Desch Zu den Standardaufgaben in der industriellen Produktion, der Lebensmittel-, Chemie- und Pharma-Industrie oder auch der Wasser-/ Abwassertechnik zählen beispielsweise die Klärung von Flüssigkeiten, das Trennen von Flüssigkeitsgemischen, das Extrahieren von Inhaltsstoffen oder auch das Entwässern und Eindicken von Feststoffen. In den meisten Fällen kommen dafür Separatoren und Dekanter zum Einsatz, die mit modernster Frequenzumrichtertechnik ausgestattet sind. Die Gea Westfalia Separator GmbH ist im Bereich Separatoren und Dekanter einer der internationalen Marktführer, für die Automation seiner Komponenten setzen die Spezialisten aus Oelde auf moderne Frequenzumrichtertechnik von Danfoss. Bereits 1893 gründeten Franz Rahmesol und Franz Schmidt ihre erste eigene Werkstatt in Oelde, Westfalen, zur Produktion Autor: Stefan Desch, Director Global Key Accounts Industry, Danfoss GmbH, Offenbach von Milchseparatoren. Heute ist die Gea Westfalia Separator GmbH zu einem weltweit führenden Hersteller von Maschinen und Anlagen für die Prozessstufe mechanische Trenntechnik herangewachsen. Separatoren und Dekanter basieren auf einem einfachen physikalischen Verfahren, was allerdings beschleunigt und sehr flexibel angewendet wird. So setzen sich beispielweise in Feststoff-/Flüssigkeitsgemischen Schwebstoffe nach einiger Zeit in Ruhe ab. Das bezeichnet man als Sedimentation. Genau diesen physikalischen Vorgang verwenden auch die Separatoren und Dekanter von GEA Westfalia Separator. Allerdings erzeugt Die Anforderungen an die Möglichkeiten zur Prozesssteuerung, aber auch an die Leistungsfähigkeit und den Durchsatz der Geräte steigen. Gea Westfalia Separator sorgt mit intensiven Forschungsarbeiten – auch in Verbindung mit Universitäten, Forschungseinrichtungen und der Industrie – für eine Vielzahl an Meilensteinen bei der mechanischen Trenntechnik. Dazu zählte auch der 1988 eingeführte Dekanter in Zweigetriebetechnik. Er erlaubte – im Gegensatz zu den vorherigen Modellen – eine Veränderung der Fördergeschwindigkeit der Schnecke gegenüber der Drehzahl der Trommel. Dies führte zu einer besseren Steuerung des Prozesses und damit zu einer stark erhöhten Qualität des zu erzeugenden Produktes. Dieser Dekanter setzte zum ersten Mal einen Frequenzumrichter ein, um die Differenzdrehzahl prozessoptimal steuern zu können. Damit begann der Siegeszug der Frequenzumrichter in der zentrifugalen Trenntechnik. Der Einsatz von Frequenzumrichtern in Separatoren und Dekantern bringt allerdings weitere Vorteile mit sich. Kupplungsantriebe und Schweranlaufmotoren sind nur bis zu einer Leistung von etwa 200 kW technisch sinnvoll. Darüber hinaus sind Schweranlaufmotoren aufgrund ihres höheren Kupferanteils und der entsprechenden Baugröße nicht nur unhandlich, sondern auch nicht auf den besten Wirkungsgrad hin optimiert, weil sie für die Bedingungen eines Schweranlaufs konstruiert sind. Dies bedeutet im laufenden Betrieb erhöhte Energieverluste und damit höhere Betriebskosten. Auch den Anlaufstrom, der bei älteren Lösungen bis zum Zweifachen des Nennstroms betragen konnte, wurde von den Spezialisten mit der geeigneten Auslegung der Umrichter auf maximal den Nennstrom des Motors begrenzt. Zwar benötigt der Frequenzumrichter immer noch eine gewisse Energie für sich selbst, doch das wird durch die wirkungsgradoptimierten Motoren mehr als ausgeglichen. Am Ende des Tages ist hier eine positive Energiebilanz zu verzeichnen. 34 VERFAHRENSTECHNIK 12/2016

MESSEN, REGELN, AUTOMATISIEREN Effektiv und beschichtet Mitte der 90er-Jahre suchte Gea Westfalia Separator nach einem weiteren geeigneten Partner für Frequenzumrichter. Nach ersten Versuchen mit Danfoss entschied sich das Unternehmen dann, diese Frequenzumrichter verstärkt einzusetzen. Hohe Zuverlässigkeit und eine robuste Konstruktion bestätigen die damalige Entscheidung. Die Danfoss-Umrichter besaßen daneben auch eine einfache Bedienoberfläche und ließen sich so relativ leicht integrieren. Diese Merkmale zeichnen die Danfoss Umrichter immer noch aus. Schnell stellte sich ein weiterer Vorteil heraus, der anfangs kaum Beachtung gefunden hatte. Viele Kunden setzen die Geräte unter widrigen Umgebungsbedingungen ein, beispielsweise mit aggressiven Gasen in der Luft, wie es zum Beispiel in Kläranlagen häufiger der Fall ist. Dann ist es von Vorteil, dass Danfoss seine Geräte bereits damals mit einer beschichteten Elektronik als Option anbot. Heute sind die Geräte standardmäßig mit einer Schutzschicht nach Klasse 3C2 (IEC 60721-3-3) versehen, die für besonders raue Umgebungen optional auch gemäß Klasse 3C3 erhältlich ist. Und noch einen Pluspunkt konnten Gea Westfalia Separator und Danfoss für sich verzeichnen – insbesondere mit der Serie VLT Automation Drive FC 300. Durch den extrem hohen Wirkungsgrad von bis zu 98 % lässt sich die Gesamtenergiebilanz verbessern – bei Leistungen bis zu mehreren hundert Kilowatt spart dies erheblich an Energiekosten. Vor allem im Vergleich zu alternativen Schwerlastmotoren. Prozesstechnische Vorteile Heute bringt der Einsatz von VLT-Frequenzumrichtern in den Separatoren und Dekantern den Betreibern eine Vielzahl von Vorteilen. So lässt sich durch den Einsatz der Umrichter erheblich Energie einsparen. Der Leistungsbedarf einer Zentrifuge steigt exponentiell mit der Trommeldrehzahl. So beträgt die Energieeinsparung bei dem patentierten Verfahren zur Drehzahlverstellung bei Dekantern – beispielsweise für Klärschlämme – bis zu 30 %. Auch der Auslaufprozess kann durch den Frequenzumrichter wesentlich verkürzt bzw. ganz vermieden werden. So läuft die Trommel nach Abschalten des Antriebs bei konventionellen Antrieben frei aus, was aufgrund der großen Massenträgheit üblicherweise zu Auslaufzeiten von mehreren Stunden führen kann. Der VLT Automation Drive FC 302 von Danfoss verkürzt diese Zeit durch seine Over-Voltage-Control und seine integrierte AC-Bremse um bis zu 75 %. Noch besser sieht es bei einer kurzen Unterbrechung des Betriebs der Zentrifuge aus. Beim Frequenzumrichterbetrieb ist ein Nachstarten der Trommel jederzeit möglich, der Umrichter „fängt“ die Trommel ab, schaltet sich also auf die aktuelle Frequenz auf und übernimmt damit wieder die Steuerung des Motors. Beim Betrieb ohne Frequenzumrichter ist dies nicht möglich, und die Trommel müsste erst bis zum Stillstand auslaufen. Beide Funktionen des Frequenzumrichters erhöhen die Verfügbarkeit der Anlage und damit natürlich auch ihre Produktivität bzw. Effizienz. Raum-optimierte Anlagen Eine von Gea Westfalia Separator entwickelte Neuheit ist die Integration des Motors in die Zentrifuge. Das ermöglicht einen äußerst kompakten Anlagenbau. Hier kommen Direktantriebe zum Einsatz, bei denen Trommel und Motorläufer auf einer gemeinsamen Welle arbeiten. Sie laufen mit einer Betriebsdrehzahl, die unabhängig von den Standarddrehzahlen eines Drehstromasynchronmotors einstellbar sein muss, was sich mit einem Frequenzumrichter gesteuerten Antrieb optimal realisieren lässt. Ein weiterer möglicher Schritt aus technologischer Sicht wäre hier der Einsatz von Permanentmagnetmotoren, mit denen 01 Separatoren und Dekanter basieren auf dem Prinzip der Sedimentation, allerdings erzeugt schnelle Rotation die natürliche Schwerkraft künstlich und beschleunigt so den Prozess 02 Zentrifugen und Dekanter trennen Feststoffe von Flüssigkeiten oder auch verschiedene flüssige Phasen voneinander sich die ohnehin schon auf höchstem Niveau befindende Effizienz der Maschine noch weiter optimieren lässt. Auch diese Technik lässt sich mit einem Standardgerät der VLT Automation Drive FC 302 Serie problemlos im „Fluxmode open loop“ umsetzen. Weiteres Potenzial zur Optimierung des Platzbedarfs ergibt sich durch Integration der Anlagenfunktionalität wie z. B. der sicheren Drehzahlüberwachung in den Frequenzumrichter. Fotos: Gea, Danfoss www.danfoss.de OBERFLÄCHENTECHNIK • KORROSIONSSCHUTZ Weltneuheit Nie mehr ROST ! über 6.000 Std. Salzsprühtest, Chemiebeständig Oberflächentechnik: Garantie bis 50 Jahre die bunte Alternative zu Zink Korrosionsschutz OR 6000® - Weltrekord www.OR6000.de BOT.indd 1 19.01.2016 15:29:40 VERFAHRENSTECHNIK 12/2016 35

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