Energieeffizienz durch zwei Maschinen in der Chemie-
produktion
Temperaturwechsel bei Trocknung und Wiederbefeuchtung
Autor: Dr. Dirk Jakobs, Vertrieb Mixing and Reacting Technologies
Energie im chemietechnischen Produktionsprozess einsparen – durch den Einsatz von zwei Maschinen anstelle von bisher nur einer: Was als Ansatz für einen nachhaltigeren Betrieb erst einmal paradox klingt, hat die Gebrüder Lödige Maschinenbau GmbH aktuell bei einem deutschen Chemieunternehmen umgesetzt.
In einer mehrstufigen Prozesskette kann es sinnvoll sein, zwei oder mehrere Schritte zeitlich hintereinander im selben Apparat durchzuführen. Erfolgen nämlich Synthese und nach- bzw. vorgeschaltete Aufbereitungsstufen in einer einzigen Maschine und Charge, lässt sich damit in vielen Anwendungen Produktionszeit und -fläche einsparen. Auch die Gebrüder Lödige Maschinenbau GmbH hat bereits zahlreiche solche Anlagen erfolgreich realisiert.
Vorteil oder Nachteil - das ist hier die Frage
In einem besonderen Anwendungsfall hat der „Single Pot Process“-Ansatz jedoch Nachteile: bei ausgeprägten Temperaturwechseln. Denn wenn der Reaktor in jedem Prozesszyklus stets aufgeheizt und wieder abgekühlt werden muss, kostet dies zum einen sehr viel Energie. Um beispielsweise 10 Tonnen Stahl um 50 Grad aufzuheizen, werden rund 70 kWh Energie benötigt. Zum anderen stellen die häufigen Temperaturwechsel auch eine erhebliche Stressbelastung für die Maschine dar.
Lösungsmittelfreie Aufbereitung bei einem Chemieunternehmen
Vor dieser Herausforderung stand auch ein deutsches Chemieunternehmen. Dort muss ein organische Lösungsmittel enthaltender Reststoff so aufbereitet werden, dass er gefahrlos weiterverarbeitet bzw. entsorgt werden kann. Dafür wird das Produkt unter Vakuum zunächst auf über 100 °C erhitzt, damit das hochsiedende Lösungsmittel vollständig verdampft. Um Staub-Explosionen zu verhindern, wird das getrocknete Produkt anschließend auf deutlich unter 100 °C heruntergekühlt und mit Wasser wiederbefeuchtet. Bei höheren Temperaturen würde das Wasser naturgemäß sofort verdampfen.
Beide Schritte liefen viele Jahre lang in einer einzigen Maschine ab, einem über 10 Tonnen schweren Vakuumschaufeltrockner der Gebrüder Lödige Maschinenbau GmbH. Nun sollte der gesamte Prozess für einen neuen Produktionsstandort energetisch optimiert und die Anlagentechnik auf den neuesten Stand gebracht werden.
Lödige löste diese Aufgabenstellung durch die Kombination von zwei Maschinen, die jeweils auf einem eignen, gleichbleibenden Temperaturniveau arbeiten: Die Trocknung findet nun in einem stets heißen Vakuumschaufeltrockner statt. Die Wiederbefeuchtung hingegen wird bei wesentlich niedrigeren Temperaturen in einem nachgeschalteten Pflugscharmischer durchgeführt. Dadurch ist der Prozess deutlich energieeffizienter geworden. Zudem werden die Maschinen weit weniger thermisch beansprucht
Vakuumschaufeltrockner und Pflugscharmischer
Konkret handelt es sich bei dem eingesetzten Trockner um einen DRUVATHERM® Schaufeltrockner VT, einen diskontinuierlichen Vakuumtrockner. Das Mischwerk ist zur optimalen Prozessführung frequenzgeregelt. Durch spezielle, rotierende Mischelemente, die in einer zylindrischen, mit Temperiermantel versehenen Trommel eingebaut sind, wird eine dreidimensionale Produktbewegung erzeugt (mechanisch erzeugtes Wirbelbett). Die hieraus resultierende hohe Kontakthäufigkeit der Partikel mit der Wärmeaustauschfläche führt zu kürzesten Trocknungszeiten.
Die intelligente Produktbewegung bewirkt dabei einen intensiven Kontakt der einzelnen Produktpartikel mit der beheizten Behälterwand bei zugleich schonendster Behandlung des Produkts. Optional erhältliche, seitlich in die Trommel eingebaute, rotierende Messerköpfe bewirken zusätzliche Aufschlussarbeit bei einem eventuellen Übergang der Produktphasen. Die mit den Lösungsmittelbrüden mitgerissenen Feinstpartikel werden durch einen aufgesetzten, pneumatisch abreinigbaren Filter abgeschieden und gelangen durch die Abreinigung zurück in das zu trocknende Produktbett.
Die anschließende Befeuchtung erfolgt in einem Pflugschar®-Chargenmischer vom Typ FKM. Das Modell zeichnet sich durch ein wartungsarmes Mischwerk, kurze Mischzeiten bei höchster Mischgüte sowie eine hohe Reproduzierbarkeit der Chargen aus. Je nach Mischaufgabe besteht die Wahl zwischen verschiedenen Ausrüstungsoptionen, auch mit entsprechenden Befeuchtungs- bzw. Flüssigkeitszugabeeinrichtungen wie hier.
Der Chargenmischer arbeitet nach dem von Lödige Maschinenbau in die industrielle Mischtechnik eingeführten Wirbelbettverfahren, das eine sehr gute Durchmischung und somit im vorliegenden Fall eine homogene Befeuchtung gewährleistet. In der horizontalen, zylindrischen Trommel des Mischers rotieren als Mischelemente die auf einer Welle angeordneten Pflugschar®-Schaufeln. Auf diesem Weg werden die pulverförmigen, körnigen oder faserigen Schüttgüter in eine dreidimensionale Bewegung versetzt und unter ständiger Erfassung des gesamten Produkts schnell und exakt vermischt.
Je nach Mischaufgabe wird der Chargenmischer mit unterschiedlichen Werkzeugen ausgerüstet. Bei speziellen Anforderungen an den Mischprozess ist es möglich, die Mischwirkung des Schleuderwerks zusätzlich zu unterstützen. Hierzu werden separat angetriebene, hochtourig rotierende Messerköpfe eingesetzt. Diese ermöglichen im Zusammenwirken mit den Mischwerkzeugen ein Aufschließen von Agglomeraten sowie eine gezielte Granulierung während des Prozesses.
Komplette Anlage aus einer Hand
Die Gebrüder Lödige Maschinenbau GmbH liefert jedoch nicht nur Mischer, sondern realisiert als Solution Provider auch ganze Anlagen. Dabei begleitet das Unternehmen seine Kunden bei der Umsetzung der Gesamtanlage von der Planung bis hin zur Inbetriebnahme und hilft ihnen durch maßgeschneiderte und optimal dimensionierte Konzepte bei der Umsetzung ihrer Unternehmensziele in Bezug auf Energieeffizienz und Nachhaltigkeit.
Auch bei diesem Projekt haben die Paderborner die komplette Anlagentechnik für eine energieeffiziente lösemittelfreie Aufbereitung konzipiert und umgesetzt. Diese umfasst neben dem Vakuumschaufeltrockner und dem Wiederbefeuchtungsmischer aus eigener Produktion eine Drehrutsche zur Containerbefüllung, einen Schneckenförderer für die Materialzuführung in die Maschinen, die Vakuumpumpe und den Kondensator zur Rückgewinnung des organischen Lösungsmittels sowie die SPS-Anlagensteuerung mit entsprechender Visualisierung.
Fazit
Vakuumschaufeltrockner leisten in vielen Anwendungen auch als „Single Pot Process“-Reaktor gute Dienste. Wenn die Aufgabenstellung jedoch signifikante Temperaturwechsel mit sich bringt, empfiehlt sich die Auslagerung eines Prozessschritts in eine zweite Maschine. So konnte ein deutsches Chemieunternehmen durch die Umstellung der Anlagentechnik zur Aufbereitung eines zunächst lösemittelhaltigen Reststoffs auf einen DRUVATHERM® Schaufeltrockner VT und einen Pflugschar®-Chargenmischer FKM von Lödige Maschinenbau wesentliche Energieeinsparungen erzielen.
Die Paderborner Gebrüder Lödige Maschinenbau GmbH ist ein weltweit führender Anbieter von Anlagen und Maschinen für industrielles Mischen und verwandte Verfahrenstechnologien.
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