Verfahrenstechnik 1-2/2019

VERFAHREN UND ANLAGEN

VERFAHREN UND ANLAGEN Wirtschaftliches Design Universal-Rührsystem überzeugt mit geringer Mischzeit und hoher Produktivität Im Beitrag wird eine Rührmaschine vorgestellt, die als Universal- Rührsystem die unterschiedlichsten Rührer ersetzen kann und bereits in vielen Standardanwendungen im Einsatz ist. Die sogenannte Maxblend-Rührmaschine wurde von der japanischen Firma Sumitomo entwickelt und wird in Europa von der STC- Engineering GmbH vertrieben. Das System besteht aus einem Reaktor mit einem Rührwerk und ist als Universal-Rührsystem in der Lage, unterschiedlichste Rührer zu ersetzen. Zum Einsatz kommen die verschiedenen Ausführungen in Standardanwendungen der Petrochemie und in Polymer- und mittel-/hochviskosen Anwendungen der Spezialchemie. Die Auswahl des richtigen Rührertyps ist entscheidend für den optimalen Prozessverlauf. Normalerweise wird der Rührer nach den Viskositäten des zu bearbeitenden Mediums ausgewählt. So dienen kleinere Rührer wie Scheiben-, Schrägblatt- und Hydrofoil-Rührer für turbulente Bereiche. Größere Wendel- oder Ankerrührer sind wiederum für laminare Bereiche geeignet. Deshalb müssen während des Rührvorgangs die Viskosität, aber auch die Viskositätsänderung des Rührmediums berücksichtigt werden. Scherverdünnende Fluide treten meist bei einer hohen Konzentration in der Polymerlösung, wie z. B. bei Lösungs- und Massepolymerisationsverfahren auf. Ist die Verteilung der Scherbeanspruchung für das Fluid im Behälter nicht homogen, da das Scherprofil abhängig von der Reaktorkonfiguration (Rührorgantyp) ist, dann entsteht im Bilanzraum auch keine einheitliche Viskosität. Eine Auswahl des Rührertyps ist schwierig, was aber entscheidend ist für den optimalen Prozessverlauf. Im schlimmsten Fall entstehen durch die Verwendung von kleineren Rührern isolierte stagnierende Zonen. Grund hierfür ist die Änderung des Strömungsverhaltens und der Geschwindigkeitsintensitäten. Außerdem sind im Rührer Stromstörer angebracht, da die Viskosität an den Rührblättern durch Turbulenzen gering ist. An den Stromstörern und an der Behälterwand ist die Viskosität dagegen hoch, da die Flüssigkeitsströmung aufgrund des nicht-newtonschen Fließverhaltens abgeschwächt ist und somit die Behälterwand und die freie Flüssigkeitsoberfläche nicht erreichen kann. Hinter den Stromstörern entstehen Totzonen, was die Gesamtdurchmischung weiter behindert. Diese geometrischen Konfigurationen sind immer noch häufig im Polymerisationsprozess von Elastomeren zu sehen. Hier kämpfen die Hersteller mit Verschmutzungsproblemen der Rührblätter und der Autor: Dr. Katsuhide Takenaka, Sumitomo Heavy Industries Process Equipment Co., Ltd., Saijo-city, Ehime, Japan Viskosität ist entscheidend Bei einem kontinuierlichen Prozess, wie z. B. die Polymerherstellung, kann die Viskosität zwar konstant sein, doch ändert sie sich häufig bei Batch-Verfahren während der Polymerreaktion. Die Viskositätsmessung während der Reaktion ist besonders bei hohen Temperaturen und hohem Druck äußerst schwierig. Bekanntlich ist ein nicht-newtonsches Fluid deutlich schwieriger zu behandeln als ein newtonsches, weil die auf das Fluid wirkende Scherbeanspruchung innerhalb des Behälters durch die unterschiedlichen Absolutgeschwindigkeiten stark schwankt. Das bedeutet wiederum bei scherverdünnenden oder -verdickenden Medien, dass sich die Viskosität des Mediums durch die unterschiedliche Scherbeanspruchung im Behälter zeitlich völlig unterschiedlich ausbilden kann. 01 Der Maxblend-Rührer besteht aus einem großen Bodenrührer und einem darüber positionierten Gitter 12 VERFAHRENSTECHNIK 1-2/2019

Vorteile des Rührsystems: n Weniger Verschmutzung (Fouling) n Leicht zu säubern n Geringere Wahrscheinlichkeit einer Fehlauslegung n Anzahl an Reaktoren kann vermindert werden n Reduzierung der Anlagenkosten n Geringere Mischzeit, dadurch können hochaktive Katalysatoren eingesetzt werden n Genug Platz im Reaktorinneren für ein automatisches Reinigungssystem n Organischer Lösungsmittelgehalt kann reduziert werden n Geringere Belastung der Trennstufe AUCH FÜR IHRE ANFORDERUNGEN! Rührwelle, aber auch mit Fouling an den Stromstörern und der Behälterwand. Folglich muss der kontinuierliche Prozess häufig heruntergefahren werden, um die Verschmutzung (Fouling) zu entfernen. Konstanter Strömungsverlauf Das Rührsystem Maxblend kann hier eine Lösung darstellen mit seiner hohen Wirksamkeit in einem großen Viskositäts- und Reynoldszahlbereich: Die durch das System hervorgerufene Strömung verläuft vom untersten großen Rührblatt zur Behälterwand, steigt an ihr bis zur Flüssigkeits oberfläche auf und fließt aufgrund eines bestehenden Unterdrucks hinter dem Bodenrührer im Zentrum hinunter in den Bodenbereich. Beim Maxblend ändert sich der Strömungsverlauf nicht mit der Viskosität. Selbst in laminaren Regionen kann das Fluid allmählich im gesamten Behälter verteilt werden. Es gibt auch keine zu schnell oder zu langsam vermischten Bereiche, folglich ergibt sich auch keine ausgeprägte Ruhezone abhängig von der Reynoldszahl. Auch wenn keine völlig einheitlichen rheologischen Eigenschaften für die Polymer lösung erreicht werden können, werden die Mischbedingungen deutlich verbessert. Wenn der Polymerisationsprozess nicht zum Fouling neigt, gibt es ein weiteres Beispiel für die Anwendung des Rührsystems – und zwar die Massepolymerisation, bei der generell ein laminarer, vom Rührer erzeugter Strömungsbereich vorliegt. Hier werden üblicherweise Wendelrührer verwendet, die aber keinen Platz für den Wärmeübertrager bieten – der Max blend besitzt dagegen genügend Platz zur Installation der Wärmeübertrager. Als Sumitomo den Maxblend in Japan auf den Markt brachte, wurde zunächst vermutet, dass die große Fläche zu viel Raum für Verschmutzung bietet. Jetzt sind die Kunden vom Konzept überzeugt, und es wurden viele Rührmaschinen weltweit installiert. Fotos: Sumitomo Multi-Purpose- Laborpumpe Kurze Lieferzeiten Made in Germany ISO 9001 Diekompakte, standardisierteGatherZahnradpumpe erlaubtDosierungenund Umwälzen von0°C bis85°C gegen10bar.BewährteGather-Qualität zumkleinen Preis. •Für schmierendeund nichtschmierendeFlüssigkeiten •PulsationsfreieFörderung (0,6 bis180 l/h) •CIP-fähig (CleaninginPlace) www.stc-engineering.de a b c www.gather-industrie.de·pumpe@gather-industrie.de·+49205889381-23 02 Die Mischzeit bei Anwendung des Maxblend-Rührers ist viel geringer als die von konventionellen kleinen Rührorganen (a: t = 0 s; b: t = 10 s; c: t = 20 s) Pumpentechnik · Dosiertechnik · Kupplungstechnik