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Verfahrenstechnik 7-8/2016

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Verfahrenstechnik 7u8/2016

VERFAHREN UND ANLAGEN

VERFAHREN UND ANLAGEN Störungsfreier Dauereinsatz Grafit-Plattenwärmeübertrager in der Biodiesel-Herstellung Simone Bairlein Plattenwärmeübertrager stellen kompakte und hoch effi ziente Wärmeübertragungsapparate dar. Sie ersetzen in zunehmendem Maß mehr und mehr traditionelle Typen wie Block-, Ringnut- oder Rohrbündel-Wärmeübertrager. Gefräste Platten aus kunstharzimprägniertem Grafit Diabon NS1 oder NS2 Bei diesem Werkstoff handelt es sich um einen kunstharzimprägnierten Feinkorngrafit mit homogener Materialstruktur und gleichmäßiger Porenverteilung. Die Poren des Rohgrafits werden mit Kunstharz verschlossen, wodurch sich ein gas- und flüssigkeitsdichter Werkstoff ergibt. Der impräg nierte Grafit kann für Anwendungen bis 220 °C eingesetzt werden. Aufgrund der hohen Temperaturwechselbeständigkeit und der relativen Unempfindlichkeit gegen Thermoschocks ist der Einsatz bei hohen Temperaturdifferenzen möglich. Die gefrästen Platten werden vorzugsweise mit einem S-förmigen Freistromprofil versehen, das einen niedrigen Druckverlust bei hoher Übertragungsleistung aufweist. Für hochkorrosive Medien wie zum Beispiel Salzsäure, Flusssäure, Schwefelsäure und viele andere Chemikalien hat die SGL Group in Kooperation mit Alfa Laval einen Plattenwärmeübertrager mit dem Einsatz von Diabon-Grafit entwickelt und am Markt etabliert. Dieser Wärmeübertrager kombiniert die universelle Korrosionsbeständigkeit von Grafit mit der hohen Effizienz des Plattenwärmeübertragers. Er unterstützt Autorin: Simone Bairlein, Market Development Manager, SGL Carbon GmbH, Meitingen damit sowohl die Langlebigkeit als auch die Energieeffizienz der Produktionsanlagen, in denen er eingesetzt wird. Der Einsatz erfolgt dabei in immer neuen industriellen Bereichen. Ein Beispiel hierfür ist der Einsatz des Diabon-Plattenwärmeübertragers in Produktionsanlagen zur Herstellung von Biodiesel. Designvarianten ... Diabon Plattenwärmeübertrager Typ P90 und P40 Den Plattenwärmeübertrager der SGL Group gibt es in vier standardisierten Typen für verschiedene Durchflussmengen und in zwei verschiedenen Plattenausführungen: Gepresste Platten aus fluorkunststoffgebundenem Werkstoff Diabon F100 Hierbei handelt es sich um einen fluorkunststoffgebundenen, porenfreien Feinkorngrafit mit homogener Materialstruktur. Der Kunststoff ist dabei fein zwischen den Grafitkörnern verteilt. Dieser Werkstoff besitzt eine antiadhäsive, porenfreie Oberfläche, die zusammen mit dem hochturbulenten Kanalprofil ein hocheffizientes Plattendesign mit geringer Verschmutzungsneigung ergibt. Platten aus dem Werkstoff Diabon F100 sind für Anwendungen mit flüssigen Medien bis 140 °C Betriebstemperatur einsetzbar. … und Anwendungsbereiche Plattenwärmeübertrager aus Diabon-Grafit werden überwiegend in folgenden Medien eingesetzt: n Salzsäure, Phosphorsäure und HCl-Gas in allen Konzen trationen n Schwefelsäure bis 90 % 12 VERFAHRENSTECHNIK 7-8/2016

Prozessdaten Warme Seite Kalte Seite Massenstrom [kg/h] 26 900 27 000 Eintrittstemperatur [°C] 135 110 Austrittstemperatur [°C] 120 125 Prozessdaten einer beispielhaften Praxisanwendung für Biodiesel n Flusssäure bis 60 % n Mischsäuren (z. B. HF/HNO 3 ) bis 30 % n sonstige organische und anorganische Medien Die Funktionen, die der Plattenwärmeübertrager dabei übernehmen kann, reichen vom Aufheizen/Kühlen eines Mediums über die Kondensation bis hin zu Anwendungen zur Wärmerückgewinnung. Das Medium kann dabei sowohl im Gleich- als auch im Gegenstrom geführt werden. Erfolgreicher Einsatz Im Folgenden wird die Anwendung des Diabon-Plattenwärmeüber tragers anhand eines konkreten Praxisbeispiels aus dem Bereich der Herstellung von Biodiesel dargestellt. Bei der Herstellung von Biodiesel werden pflanzliche und tierische Fette sowie Öle als Ausgangsmaterial verwendet. Der Herstellungsprozess umfasst dabei mehrere Prozessschritte. Im Prozessschritt der Umesterung des Biodiesels wird Methanol mit einem Katalysator, der in Form einer Base oder einer Säure vorliegen kann, vermischt. Das Gemisch aus Katalysator und Methanol wird mit Pflanzenöl in einen kontinuierlichen Rührkessel gepumpt. Dieser Prozessschritt läuft in zwei- oder mehrstufigen Reaktionsschritten bei Normaldruck und Betriebstemperaturen zwischen ca. 50 und 130 °C ab. Diese Temperatur muss dabei für mehrere Stunden konstant aufrechterhalten werden. Um zwischen den einzelnen Reaktions stufen den Rohbiodiesel auf die- ser Betriebstemperatur zu halten, ist eine kontinuierliche Erwärmung erforderlich. Dieser Prozess findet in Form einer rekuperativen Wärmerück gewinnung zwischen bereits erwärmtem und dem zu erwärmenden Rohbiodiesel statt. Die Tabelle zeigt hierfür beispielhafte Prozessbedingen einer Praxisanwendung mit typischen Massenströmen und Temperaturbereichen. Für die Erwärmung des Rohbiodiesels wird in der Praxis häufig ein Edelstahl oder Hastelloy-Plattenwärmeübertrager eingesetzt. Aufgrund der korrosiven Bestand teile, die sich während des Umesterungsprozesses im Rohbiodiesel bilden, wie z. B. Chlo ride und Salze, werden die dort eingesetzten Wärmeübertrager stark angegriffen. Dies führt meist zu einer kurzen Einsatzdauer der konventionell verwendeten Wärmeüber trager. In dem hier dargestellten Praxisfall bedeutete dies einen erforderlichen Ersatz des Plattenwärmeübertragers in Abständen von ca. drei Monaten. Dieser häufige Austausch implizierte für den Biodiesel-Produzenten neben den anfallenden Investitionskosten auch eine erhebliche Beeinträchtigung der Produktion – verbunden mit zeit- und kostspieligen Stillstandszeiten. In dem hier zu Grunde gelegten Praxisbeispiel konnte die SGL Group durch Einsatz eines spezifisch auf die Prozessbedingungen des Kunden zugeschnittenen Diabon Plattenwärmeübertragers eine deutliche Verlängerung der Lebensdauer für den Kunden erzielen. Mittlerweile kann die SGL Group hier auf einen fünfjährigen störungsfreien Dauereinsatz verweisen. Dies versetzt den Biodiesel- Die Vorteile des Diabon- Plattenwärmeübertragers n Effiziente und wirtschaftliche Wärmeübertragertechnologie: je nach Praxisanwendung 3- bis 5-fach höhere Effizienz n Höchste Wärmerückgewinnung für Gegenstromanwendungen: enge Temperaturgradienten sind möglich n Hohe Anlagenverfügbarkeit: bis zu 50 % geringere Produktionsstillstände für Instandhaltungen, Reparaturen und Services n Verlängerung der Standzeiten: im Beispiel der Biodiesel-Produktion Erweiterung der Standzeit von drei Monaten auf > fünf Jahre n Kompaktes Design: bis zu 75 % geringerer Platzbedarf im Vergleich zu konventionellen Wärmeübertragertypen n Hohe Flexibilität: modulare Erweiterbarkeit durch Anpassung der Plattenanzahl n Kurze Lieferzeiten: Standard-Lieferzeit acht Wochen Produzenten in die Lage, neben einer hohen Prozesssicherheit auch eine signifikante Senkung der Betriebskosten zu erzielen. Die SGL Group ist in der Lage, sowohl für den Bereich der Umesterung als auch für andere korrosive Bereiche der Biodiesel- Herstellung kundenindividuelle Lösungen zu entwickeln und auf die vorhandenen Prozessbedingungen spezifisch abzustimmen. www.sglgroup.com Vertrauen – garantiert! Explosionsschutz für Geräte, Komponenten und Baugruppen Geräteprüfung und -zertifizierung nach: – ATEX 2014 / 34/EU für Marktzutritt Europa – international mit IECEx Certificate of Conformity Mehr unter: www.electrosuisse.ch/ex-schutz Electrosuisse.indd ELSU_Inserat_ExSchutz_180x60.indd 1 1 30.06.2016 22.06.16 12:06:53 09:56 VERFAHRENSTECHNIK 7-8/2016 13

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