Individuelle Behandlung - All

Ausrüstung
Individuelle Behandlung
Universelle Heiz- und Kühlsysteme für
Mehrproduktanlagen
Mehrproduktanlagen – meist BatchProzesse – erfordern häufige Verfahrens- und Rezepturänderungen. Daher
sind apparative und installationstechnische Variationsmöglichkeiten unbedingt notwendig, um schnell, flexibel
und ohne große Umrüstungen auf
Kundenwünsche reagieren zu können.
Besonderes Augenmerk gilt der Auslegung der Heiz- und Kühltechnik.
N
ur ein weit angelegter Temperaturbereich sowie die Möglichkeit, die
einzelnen Anlagenteile individuell thermisch anzusteuern, gewährleisten Reproduzierbarkeit und eine einheitlich gute
Qualität der gewünschten Produkte. Chemisch-pharmazeutische Produkte werden zum großen Teil in Rührbehältern im
Batch-Verfahren hergestellt. Für die Rührkesselanlage sollte – insbesondere bei
Mehrproduktanlagen – ein Heiz- und
Kühlsystem vorgesehen werden, das eine
nahtlose Temperaturführung über einen
weiten Bereich erlaubt. Dabei sollte es ein
gutes Regelverhalten zeigen sowie Möglichkeiten zu Energieeinsparungen bieten. Darüber hinaus müssen auch verschiedene andere Anlagenteile mit Heizund Kühlmöglichkeiten versehen werden.
Separate Kreisläufe: Temperieren
mit Köpfchen
Um diese Aufgabe zu lösen, ist es sinnvoll,
ein Wärmeträgerumlaufsystem mit individuellen Heiz- und Kühlkreisläufen einzusetzen. Eine Kälteanlage versorgt dabei
zwei Systeme mit der Komponente
Autoren: Ralf Schmidt, Proserve Industrieplanung;
Bernd Thier, Ing.Büro IBT
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Bild 1: Sekundärkreislauf für Reaktor mit Steuer- und Regelstation
„kalt“: das Heiz- und Kühlsystem für den
Kessel sowie ein eigenes Umlaufsystem
für die peripheren Anlagenteile. Bei mehreren Reaktoren wird die Kalt-Komponente mit Hilfe zentraler Anlagen über
so genannte Energieschienen eingespeist. Zur Temperaturführung der Prozesse dienen Druckflüssigkeitsumlaufsysteme, die aus primären Heiz- und Kühlkreisläufen mit den drei verschiedenen
Energieschienen „heiß“, „kühl“ und
„kalt“ sowie den Sekundärkreisläufen am
Reaktor bestehen. Dieses System kann
durch integrierte Kälte-Solekreisläufe ergänzt werden, sofern tiefere Temperaturen erforderlich sind. Als Wärme-Kälteträger wird dabei nur ein Medium benutzt,
das mit N2 überlagert wird (Drucksystem).
Bild 1 zeigt einen Sekundärkreislauf zur
Bild 2: Kühlsystem (Kühl/Kalt) für
Wasserring-Vakuumpumpenanlage
Temperierung eines Reaktors (R) , der mit
Hilfe einer Inlinepumpe aufgebaut wird.
In den Kreislauf gelangen aus den Vorlaufschienen (heiß/kühl/kalt) Wärmeträgermedien mit konstanter Temperatur
und konstantem Druck über gesteuerte
Einlassventile. Die Regelung übernimmt
die Temperaturkaskade (Führungs- und
Folgeregler), die auch die Ausschleusung
durch die jeweiligen Rücklaufschienen sicherstellt und damit eine weitgehend optimierte energetische Aufteilung gewährleistet.
Dabei kann die Rücklaufsteuerung sowohl synchron geschaltet sein – das heißt
Ein- und Auslassventile arbeiten im gleichen Takt – als auch durch die Temperatur
des Rücklaufs gesteuert werden. Die Feinregelung zur genauen Temperaturfüh-
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werden weitgehend energetisch aufgeteilt und damit die enthaltene Energie
wieder genutzt. Für die Destillationsaufbauten lässt sich eine Druckreduzierung
erzielen. Ein zusätzlicher Vorteil ist, dass
im Zwischenkreislauf das Wärmeträgermedium ausgetauscht werden kann. Darüber hinaus verhindert das geschlossene
Kreislaufsystem mit Stickstoff-Überlagerung die Korrosion der Anlagenteile. Eine
kompakte Steuer- und Regelstation sorgt
für eine präzise Komponentendosierung
und Feinregulierung durch das Dreiwege-
Kompakt
Temperiersysteme für
Mehrproduktanlagen
Bild 3: Sekundärkreisläufe (Kühl/Kalt)
für Destillations-Aufbauten (drucklos)
rung des Prozesses übernimmt das Dreiwegestellventil, das im Sekundärstrom
eingebaut ist und je nach Regleranforderung periodisch Heiß-, Kühl- oder Kaltkomponenten eindosiert.
Zur Kühlung der Destillationsaufbauten
aus Glas oder Grafit – etwa Kondensatoren, Kühler, Kühlfallen, Vakuumeinrichtung – werden eigene Kühl-Kalt-Kreisläufe installiert, um die Apparaturen nahezu
drucklos ansteuern zu können (Bild 3).
Mit Hilfe der Inlinepumpen P1 und P2 sowie der Wärmeübertrager W1 und W2
werden Kühl- bzw. Kaltkreisläufe aufgebaut, die aus dem Primärsystem der
Monofluidanlage gespeist werden. Auf
der Sekundärseite werden die Anlagenteile der Destillationsaufbauten versorgt.
Ein Membran-Ausdehnungsbehälter (B)
mit einer N2-Beaufschlagung von 1,5 bar
ermöglicht den nahezu drucklosen Betrieb der Anlage. Ein weiterer Vorteil dieser Anlage ist, dass verschiedene Wärmeträgermedien eingesetzt werden können. So kann zum Beispiel bei wasserunverträglichen Produkten ein neutrales
Medium verwendet werden.
Über die Komponentenfahrweise
(kühl/ kalt) werden mit Hilfe der Steuerund Regelstation je nach Temperaturregelung Kalt- oder Kühlmedien eingefahren und entsprechend wieder ausgeschleust. Die Feinregulierung übernimmt das Dreiwegestellventil. Somit
können für die verschiedenen Anlagenteile der Destillationsaufbauten unter-
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schiedliche Temperaturen zwischen
–20 °C und 40 °C gefahren werden.
Bild 2 zeigt den Sekundärkreislauf des
Kühlsystems für eine Wasserring-Vakuumpumpenanlage.
Höhere Flexibilität durch
Verzahnen der Kreisläufe
Das verfahrenstechnische Konzept zur
Temperaturführung der Anlagenteile einer Mehrzweckanlage sieht also die Verzahnung folgender Kreislaufsysteme vor:
Reaktor (Bild 1): Sekundärkreislauf (R; P)
mit den Komponenten „heiß“, „kühl“
und „kalt“;
Zwischenkreisläufe (Bild 3): Sekundärkreislauf (W1; P1) „kalt“ und Sekundärkreislauf (W2; P2) „kühl“ zur Druckreduzierung und eventuellen Änderung des
Wärmeträgermediums;
Destillations-Aufbauten: Kühlkreislauf
Kondensator mit den Komponenten
„kühl“ und „kalt“, Kühlkreislauf Kühler
mit den Komponenten „kühl“ und „kalt“
sowie Kühlkreislauf Kühlfalle mit der
Komponente „kalt“ (Bypass);
Vakuum-Anlage (Bild 2): Kühlkreislauf
Wasserring-Pumpenanlage (W1; W2; V;
P; B) mit den Komponenten „kühl“ und
„kalt“.
Mit einem solchen Heiz- und Kühlsystem
wird eine individuelle Temperaturführung
der einzelnen Anlagenteile nach den Erfordernissen des Prozesses erreicht. Durch
die Komponentendosierung (heiß/kühl/
kalt) können weite Temperaturgrenzen
abgefahren werden. Die Rücklaufströme
Beim Auslegen des Temperiersystems
für Mehrproduktanlagen stößt der
Ingenieur immer wieder an dasselbe
Problem: Die ab- oder zuzuführende
Wärmemenge ist abhängig vom herzustellenden Produkt, das in solchen
Anlagen häufig variieren kann. Da
der Betreiber auf Kundenwünsche
schnell reagieren können muss, ist
auch vom Heiz- und Kühlsystem die
entsprechende Flexibilität gefordert.
Eine gute Lösung sind individuelle
Heiz- und Kühlkreisläufe, die miteinander verzahnt werden. Dies
schafft zum einen Variationsmöglichkeiten bei der Anlagenverschaltung
und zum anderen die Chance, energieoptimiert zu heizen oder zu kühlen. Mit Hilfe einer ausgefeilten Steuer- und Regelungstechnik können
dann Temperaturen präzise und reproduzierbar eingestellt werden, so
dass die gute Qualität der Produkte
diesbezüglich gewährleistet ist.
Stellventil. Nach einem vorgegebenen
Programm können die relevanten Prozessgrößen Temperatur, Druck und Wärmestrom von einem Rechner gesteuert
werden. Da das Rohrleitungssystem einheitlich und symmetrisch aufgebaut ist,
ergeben sich beim Aufbau der Anlage gute Möglichkeiten zur Typisierung und
Standardisierung und damit zu einer relativ weit reichenden Vorfertigung.
Weitere Infos
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