Plattenwärmeübertrager in Prozessanlagen der chemischen Industrie und Life Science

Von der Grundstoffchemie mit üblicherweise großen Produktionsmengen über die Spezialchemie bis zur Herstellung von Endprodukten in kleineren Einheiten spielen thermische Prozesse in den meisten Herstellungsverfahren eine wichtige Rolle. Reine Stoffe oder Stoffgemische werden beheizt oder gekühlt, teilweise oder vollständig verdampft oder kondensiert. So groß wie die Anzahl der chemischen Produkte ist, so stark können sich die thermischen Prozesse im Detail unterscheiden. Die folgenden Anwendungsbeispiele stehen für die Erfahrung von GESMEX in diesen Bereichen:


Dampfheizer

Dampfheizer in Prozessanlagen beheizen Produkte mit dem Heizmedium Wasserdampf. Die beheizten Produkte können flüssig oder gasförmig, ein- oder zweiphasig sein. Sie können nur erwärmt oder auch teilweise oder vollständig verdampft werden (Kaskadenbetrieb).

XPS – Plate & Shell Wärmeübertrager haben verhältnismäßig kurze aber breite Übertragungsflächen und sind daher als Dampfkondensatoren besonders gut geeeignet. Für eine optimale Verteilung des Heizmediums können die Plattenpakete im Mantel exzentrisch positioniert werden. Bei einer großen Plattenanzahl werden Fehlverteilungen im Apparat durch mehrere Ein- und Austrittstutzen vermieden.

Beispiel:
Dampfheizer in der Grundstoffproduktion für Düngemittel
Typ:
XPS 200
Bauform:
beidseitig öffenbar
Besonderheiten:
1000 m2 Übertragungsfläche, beidseitig öffenbar, mantelseitig jeweils zwei Ein- und Austrittstutzen
Installationsort:
Belgien


Umlaufverdampfer

Umlaufverdampfer, auch Reboiler genannt, werden an Kolonnen eingesetzt, zum Beispiel beim Stripping zur physikalischen Trennung und Reinigung von flüssigen Stoffen. Das flüssige Medium wird in der Kolonne im Gegenstrom zu einem Gasstrom geführt. Am Boden der Kolonne wird ein Teil der Flüssigkeit wieder verdampft, um so die Effizienz des Prozesses zu steigern.

XPS – Plate & Shell Wärmeübertrager werden als Umlaufverdampfer überwiegend im Thermosiphonbetrieb eingesetzt, d. h. sie werden neben der Kolonne aufgebaut und in einem Naturumlauf oder Zwangsumlauf betrieben. Aufgrund ihrer hohen Effizienz benötigen sie im Vergleich zu Rohrbündelwärmeübertragern weniger Übertragungsfläche. Damit sind die Apparate auch leichter und kleiner. Das Ansprechverhalten ist aufgrund des niedrigeren Füllvolumens kürzer.

Beispiel:
Reboiler in der Petrochemie für die Trennung (Stripping) von Alkohol aus Wasser
Typ:
XPS 100
Bauform:
öffenbar
Besonderheiten:
öffenbar zur Inspektion und Reinigung der Produktseite
Installationsort:
Niederlande


Brüdenkondensatoren

Brüdenkondensatoren in Prozessanlagen kondensieren die bei der thermischen Behandlung von Produkten entstehenden Abdämpfe oder Restdämpfe, genannt Brüden. Die Kondensation erfolgt zur Vermeidung von Produktverlusten, zur Einhaltung von Emmissionsgrenzen oder zur Wärmerückgewinnung und Energieoptimierung der Anlage. Die Kondensation findet meistens bei atmosphärischen Drücken oder im Vakuum statt.

XPS – Plate & Shell Wärmeübertrager sind aufgrund ihrer Bauweise hocheffiziente Kondensatoren. Unterschiedliche physikalische Stoffeigenschaften der zu kondensierenden Produkte führen zu einer Vielzahl möglicher Apparatekonfigurationen. Den im Vakuumbereich geringen Dichten entsprechend lassen sich große Stutzen realisieren und die Appparate mit angebaute Flüssigkeitssammlern und Separatoren zur Phasentrennung bei Inertgasanteil kombinieren.

Beispiel:
Vakuumkondensator in der Propylenglykolherstellung (Grundstoffchemie)
Typ:
XPS 200
Bauform:
vollverschweißt
Besonderheiten:
Kreuzstrom, exzentrischer Mantel, mehrpässig auf der Plattenseite, mit Flüssigkeitssammler zur Phasentrennung am Austritt
Installationsort:
Deutschland


Gaskühler / Teilkondensatoren

In Prozessen mit Teilkondensation sollen Dampfanteile auskondensiert und so die Zusammensetzung des Stoffstromes verändert oder Stoffe bereinigt werden. Der Kondensationsanteil ergibt sich aus der Stoffzusammensetzung und wird über den Massenstrom und die abgeführte Kühlmenge geregelt.

XPS – Plate & Shell Wärmeübertrager sind effektive Kondensatoren und Teilkondensatoren. Die Apparate können so dimensioniert werden, dass einzelne Stoffe vollständig oder nur teilweise auskondensiert werden. Die zylindrische Mantelbauweise ermöglicht in einem Apparat die Trennung der thermisch separierten Stoffströme.

Beispiel:
Wasserstoffkühler und Wasserdampfkondensator in der Chlor-Alkali-Elektrolyse
Typ:
XPS 50
Bauform:
öffenbar, crossflow
Besonderheiten:
mehrpässig auf der Mantelseite mit separatem Stutzen zur Kondensatrückführung, cross-flow zur Druckverlustminimierung bei Vakuumbetrieb
Installationsort:
Deutschland


Flüssigkeitskühler

Flüssigkeitskühler in Prozessanlagen kühlen Produkte zwischen oder nach Verarbeitungsstufen. Als Kühlmittel wird in der Regel Wasser oder technische Wärmeträger eingesetzt.

XPS – Plate & Shell Wärmeübertrager sind vielseitig als Kühler einsetzbar. Sie werden in Standardausführungen oder nach Kundenwunsch hergestellt. Durch eine Ausführung mit mehreren Pässen lässt sich die thermische Länge vergrößern und damit fir Temperaturannäherung zwichen der heißen und der kalten Seite erhöhen.

Beispiel:
Produktkühler, Kühlmedium Flusswasser
Typ:
XPS 100
Bauform:
vollverschweißt, mantelseitig einpässig
Besonderheiten:
Plattenmaterial 1.4539 für eine erhöhte Korrosionsbeständigkeit gegenüber chloridhaltigen Medien
Installationsort:
Deutschland


Verdampfer

Verdampfung ist in prozesstechnischen Anlagen erforderlich, wenn das flüssige Produkt für folgende Prozessstufen in den gasförmigen Zustand überführt werden soll. Teilverdampfung wird auch als Mittel zur thermischen Separation und Aufkonzentration von Stoffen angewendet.

XPS – Plate & Shell Wärmeübertrager lassen sich flexibel an die Erfordernisse an unterschiedliche Betriebsverhältnisse anpassen. Beispielsweise lässt sich der Dampfraum durch eine Vergrößerung des Manteldurchmessers oder durch eine exzentrische Anordnung des Paketes im Mantel vergößern. Eine mehrpässige Strömungsführung ist auch bei Verdampfungsaufgaben möglich, wenn der Apparat vertikal aufgestellt wird und so ein Abströmen des Dampfes nach oben möglich ist.

Beispiel:
Teilverdampfer in einer Produktionsanlage für Lösungsmittel
Typ:
XPS 200
Bauform:
vollverschweißt, mehrpässige Strömungsführung
Besonderheiten:
vertikale Aufstellung zur Teilverdampfung auf der Plattenseite und Teilkondensation auf der Mantelseite
Installationsort:
Finnland


Vorwärmer / Economiser

Eine effektive Art der Vorwärmung von Produkten ist die Nutzung der Wärme des aus dem Prozess abströmenden Mediums. Apparate mit diesen Prozessaufgaben werden auch als Economiser oder Feed/Effluent – Wärmeübertrager bezeichnet.

XPS – Plate & Shell Wärmeübertrager sind so konfigurierbar, dass große Temperaturannäherungen und damit eine hohe Energieausnutzung möglich wird. Erreicht wird das über eine große thermische Länge durch mehrpässige Strömungsführungen. Sind die Volumenströme auf beiden Seiten annähernd gleich groß, dann werden die Apparate mit einer gleichen Anzahl von Pässen auf beiden Seiten ausgeführt. Kreutzende Temperaturprogramme sind möglich, also die Erwärmung des kalten Mediums auf eine Temperatur über der Austrittstemperatur auf der heißen Seite.

Beispiel:
Economizer in einer Produktionsanlage für synthetische Elastomere
Typ:
XPS 100
Bauform:
vollverschweißt, mehrpässige Strömungsführung
Besonderheiten:
mit Mantelheizung zur äußeren Beheizung und Verflüssigung des Mediums im Anfahrbetrieb
Installationsort:
Deutschland


Gasheizer

Erhitzer von Gasen werden üblicherweise mit Heizdampf oder mit flüssigen Heizmedien wie Thermalöl betrieben. Flüssige Heizmedien führen zu stark asymmetrischen Volumenströmen, d. h. der gasseitige Volumenstrom ist gegenüber dem Heizmedium um ein Vielfaches höher.

XPS – Plate & Shell Wärmeübertrager lassen sich mantelseitig mit großen Stuzen ausführen und können so die gasseitig großen Volumenströme gut bewältigen. Bei der thermodynamischen Dimensionierung ist nach der Ermittlung der benötigten Wärmeübertragerfläche auch der zulässige Druckverlust ein bestimmender Faktor. Zur Optimierung zwischen Apparategröße und Druckverlust kann aus Platten mit unterschiedlichen Prägeprofilen und Prägetiefen gewählt werden.

Beispiel:
Erhitzer von Recyclegas in einer Anlage zur Mineralölentschwefelung
Typ:
XPS 50
Bauform:
vollverschweißt
Besonderheiten:
Heizdampf plattenseitig, Plattenmaterial Titan
Installationsort:
Niederlande


Reaktoren

In Prozessanlagen sind Wärmeübertrager und Reaktoren getrennte Einheiten. Abhängig davon, ob es sich um eine endotherme oder exotherme Reaktion handelt, wird dem Produkt vor oder nach der Reaktion Wärme zu- oder abgeführt. In bestimmten Prozessen ist eine Kombination von Wärmeübertrager und Reaktor in einem Behälter vorteilhaft. Das wird durch die Anordnung von Heiz- oder Kühlflächen in dem Reaktor realisiert, wodurch die Wärmeübertragung mit der Reaktion unmittelbarer erfolgen kann.

Mit XPT – Thermoplate Wärmeübertragern läßt sich der Bau von Reaktoren auf eine flexible Weise umsetzen. Die Thermoplates lassen sich in unterschiedlichen Größen und Formen individuell herstellen und die Reaktoren modular aufbauen. Bei der Positionierung der Platten und der Größendimensionierung des Behälters kann ausreichend Platz für Füllkörper und Einauten zur Beförderung der chemischen Reaktionen vorgesehen werden. Schließlich kann auch die Behälterwand mit Heiz- oder Kühlflächen in Pillow Plate – Form versehen werden.

Beispiel:
Plattenreaktor
Typ:
XPT
Bauform:
vollverschweißt, mehrpässige Strömungsführung
Besonderheiten:
geringe Druckverluste auf der Reaktionsseite
Installationsort:
Dänemark


Wärmerückgewinnung in Prozessanlagen

In Prozessanlagen erfordern einzelne Produktionsschritte oft die Kühlung von Produkten. Die den Produkten entzogene Wärme soll nicht nur abgeführt, sondern für eine optimale Energieausnutzung der Produktionsanlage anderen Verbrauchern zugeführt werden.

XPS – Plate & Shell Wärmeübertrager können die Wärme von flüssigen oder gasförmigen Produkten auf andere Produkte übertragen oder in Hilfsenergiesysteme abgeben. Ist das Energieniveau hoch genug, kann mit der Abwärme Niederdruckdampf erzeugt werden. Bei mehreren, parallelen Produktionssträngen können die Kühler in Modulen zusammengefasst werden.

Beispiel:
Dampferzeuger aus Abwärme bei der Schwefelsäureherstellung
Typ:
XPS 150
Bauform:
öffenbar
Besonderheiten:
Plattenmaterial 1.4591 (Nicrofer 3033) zur Sicherstellung der Korrosionsbeständigkeit gegen heiße Schwefelsäure
Installationsort:
Schweden


Wärmeübertrager in Hilfssystemen und zur Wärmerückgewinnung

Neben prozessspezifischen Aufgaben finden GESMEX Plattenwärmetauscher auch in Hilfs- und Versorgungssystemen Anwendung: als Heizer von Reinigungslösungen, Kühler von Schmierölen, zur Drucklufttrocknung, Mantelkühlung

GESMEX Plattenwärmeübertrager werden eingesetzt zur Wärmerückgewinnung aus Brüden oder Entspannungsdampf, in Abwasseranlagen, zur Wärmerückgewinnung oder Stromerzeugung aus Abgasen

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XPS

XPS – Plate & Shell Wärmeübertrager eignen sich hervorragend für die Wärmeübertragung zwischen Flüssigkeiten, Gasen oder für Verdampfungs- oder Kondensationsaufgaben. Die dichtungslose und zylindrische Bauform erlaubt Betriebsdrücke von Vakuum bis 400 bar und Temperaturen von -200 bis 450°C.

XPT

XPT – Thermoplate Wärmeübertrager sind besonders gut für den Einsatz in verschmutzen Medien und für minimale Druckversluste bei großen Volumenströmen geeignet. Die vollverschweißten Platten sind von Vakuum bis 60 bar und von -200 bis 800 °C einsetzbar.