Eine Zuckerfabrik in Nordchina stieß auf dieselbe Barriere, die viele Saftleitungen stoppt: Die Wärmeaustauscher für die Rohsaftaufgaben verstopften schneller, als das Werk sie reinigen konnte. Der Saft, der an diesen Wärmeaustauschern ankam, enthielt Bagassespäne, Fasern, Felderde und Schmutzpartikel; zudem fügte die zur Neutralisierung der Säure dosierte Kalkmilch eine flockige Feststofflast hinzu. Bei einem Standardkanal-Plattenpaket führt diese Kombination zu einer langsam fortschreitenden Verstopfung. Die Lösung des Werks bestand darin, folgendes vorzugeben: Plattenwärmeaustauscher mit großem Spalt sowohl bei der Saftvorwärmung als auch bei der Safterwärmung vor der Verdampferstation – eine SF123-Einheit für die Vorwärmung, eine BR1.3-Einheit für die Erwärmung. Im Anschluss folgen das Problem, wie es sich darstellte, die tatsächlichen Belastungen beider Prozessschritte und eine ehrliche Darstellung dessen, was die Änderung behob.
Kontaktieren Sie unsEin Standard Dichtungsplatten-Wärmeaustauscher später Wärmeaustauscher basiert auf engen Kanälen. Die Fischgrätenprägung hält die Platten des Plattenwärmeaustauschers in geringem Abstand voneinander und erzeugt die Kontaktstellen, die den Packungssatz steif halten, während das Chevron-Muster bereits bei niedrigem Durchfluss Turbulenz erzeugt. Bei sauberem Wasser oder einem gefilterten Produkt ist diese Geometrie genau der Grund dafür, dass ein Plattenwärmeaustauscher einen Wärmeübergangskoeffizienten erreicht, der mehrere Male höher ist als der eines Rohrbündelwärmeaustauschers – und das bei nur einem Bruchteil der Stellfläche. Bei Rohsaft wirkt dieselbe Geometrie jedoch doppelt nachteilig.
Fasern und Schmutzpartikel können enge Kanäle überbrücken. Sobald sich Ablagerungen bilden, beschleunigt sich die Verstopfung rasch.
Kontaktpunkte fangen Fasern und Kalk ab und verursachen Ablagerungen, die schwerer zu entfernen sind.
Nördliche Anbaugebiete führen dazu, dass beide Probleme früher auftreten. Schwere Böden bedeuten mehr Schluff und Sand, der mit der Ernte transportiert wird; daher übersteht mehr Schmutz die Extraktion und Siebung und gelangt zu den ersten Wärmeaustauschern. Der zur Klärung zugegebene Kalk – und der kalciumbasierte Flock, den er bildet – führt dann zusätzlich zu einer chemischen Verschmutzung neben der mechanischen.
Betrieblich zeigt sich die Kostenbelastung als Ausfallzeit statt als thermodynamische Kennzahl: Der Druckabfall steigt von Betrieb zu Betrieb, die Strömung verteilt sich ungleichmäßig über den Plattenstapel, es kommt häufiger zu ungeplanten Stillständen zum Öffnen der Anlage, die Platten werden weit häufiger als vorgesehen gehandhabt, und Dichtungen werden beim hastigen Versuch, eine Verstopfung zu beseitigen, beschädigt.
In der Zuckerfabrik befinden sich die Saft-Wärmeaustauscher beidseits der Klärstufe; die beiden Aufgaben weisen dabei sehr unterschiedliche Feststoffbelastungen auf.
Die Klärung beginnt mit der Limung: Milch von Kalk wird zudosiert, um den Saft-pH-Wert anzuheben und seine natürliche Säure zu neutralisieren; dabei fallen ein Großteil der suspendierten und gelösten Verunreinigungen als Calciumsalze aus. Klärung und Filtration entfernen anschließend den größten Teil dieses Flocks zusammen mit dem Boden, Sand und Grit, die mit der Ernte eingebracht wurden. Vorwärmung und Erwärmung erfolgen an unterschiedlichen Stellen relativ zu dieser Grenze, weshalb beide Prozesse aus unterschiedlichen Gründen zur Verschmutzung neigen.
| Zoll | Saft am Wärmeaustauscher | Hauptverschmutzungsrisiko | Ausrüstung in dieser Mühle |
|---|---|---|---|
| Saftvorwärmung | Rohsaft enthält noch Bagasse-Feinteilchen, Fasern, Boden und Grit sowie Kalkflocken. | Verstopfung der Kanäle; Faserbrückenbildung und -umwicklung an den Plattenkontaktpunkten. | SF123 Breitspalt-Plattenwärmeaustauscher |
| Safterwärmung Stromaufwärts der Verdampferstation |
Geklärter Saft mit Limette und den meisten Verunreinigungen bereits herausgefiltert, bei etwa 25 % gelösten Feststoffen. | Restfeinpartikel in Kombination mit Ablagerungen auf einer heißen Oberfläche. | BR1.3 Plattenwärmeaustauscher mit großem Spalt |
Die Vorwärmleistung ist die anspruchsvollere der beiden. Hier trifft der Saft in seinem schmutzigsten Zustand ein, mit der Feststofflast, die der Rest der Anlage entfernen soll; ein Standardkanalpaket für diese Leistung muss daher ständig geöffnet werden. Die Heizleistung ist faserärmer, aber immer noch heiß und führt weiterhin die feinen Partikel durch, die die Filtration zwangsläufig passieren lässt.
Flussdiagramm des Zuckerproduktionsprozesses
Die breitmaschige Platte – die auch als Freiflussplatte erhältlich ist – behält denselben Rahmen, dasselbe Prinzip der gewellten Platte und dieselbe Gegenstrom-Anordnung bei. Geändert werden lediglich die Pressungstiefe und das Profil. Der Kanal zwischen den Platten ist tiefer ausgeführt, und die Kontaktstellen im Strömungspfad sind reduziert oder ganz eliminiert. Daraus ergeben sich zwei unmittelbare Folgen dieser Geometrie:
Der Kanal ist auf das größte feste Teilchen ausgelegt, das der Saft realistischerweise transportieren kann. Partikel und Fasern, die früher zu Verbrückungen führten, können nun problemlos durch den Strömungspfad hindurchtreten.
Da im Strömungspfad keine Kontaktstellen vorhanden sind, bietet die Faser weniger Angriffsstellen, um sich einzudrehen und einen Kanal zu verschließen; gleichzeitig bildet sich Ablagerung (Scale) auf einer glatteren Oberfläche.
Es gibt einen dritten Effekt, der erwähnenswert ist, weil Käufer danach fragen: Bei gleichem Durchfluss weist ein Pack mit großem Spalt eine deutlich geringere Druckdifferenz auf als ein dichtes Standardkanal-Pack bei derselben verschmutzten Einsatzbedingung. Dies beruht teilweise auf der Geometrie und teilweise darauf, dass sich keine teilweisen Verstopfungen bilden, die im Laufe eines Produktionslaufs stumm den Widerstand erhöhen.
Die Geräte selbst bestehen aus einer gewöhnlichen Dichtungsplatten-Rahmen-Konstruktion. Die Plattenpakete sind öffnbar – dies ist hier wichtiger als bei sauberen Einsatzbedingungen: Sobald der Reinigungszeitpunkt erreicht ist, wird das Paket geöffnet, und die Platten werden einzeln angehoben und gereinigt. Der große Spalt beeinflusst lediglich, wie häufig dies geschieht, nicht aber, ob die Anlage dies leisten kann.
• Die Reinigung erfolgte nun bedarfsorientiert
Anstatt sich auf einen festen Reinigungsplan zu verlassen, konnte die Wartung anhand des tatsächlichen Zustands des Wärmeaustauschers und des beobachteten Druckdifferenzverlaufs geplant werden.
• Verstopfungen waren weniger häufig Gegenstand des routinemäßigen Betriebs
Der breitere Strömungskanal ermöglichte es Fasern und Feststoffen, leichter hindurchzutreten, wodurch die Neigung verringert wurde, dass sich Ablagerungen zu strömungsbehinderndem Verschmutzungsbelag entwickeln.
• Die Reinigung wurde zu einer einfacheren mechanischen Tätigkeit.
Der Plattenstapel konnte geöffnet, die Platten angehoben und gespült sowie die Anlage ohne Demontage umfangreicher Rohrleitungen oder manuelles Entfernen verpresster Fasern aus engen Kanälen wieder zusammengebaut werden.
• Das Handling von Platten und Dichtungen wurde weniger anspruchsvoll.
Bei selteneren schweren Verstopfungsereignissen bestand weniger Notwendigkeit, stark verschmutzte Plattenstapel während der Wartung gewaltsam zu öffnen.
• Der Druckabfall wurde zu einem nützlichen Betriebsindikator.
Ein stabiler Druckabfallverlauf lieferte eine praktische Aussage darüber, dass der Wärmeaustauscher weiterhin Feststoffe durchließ, anstatt sie schrittweise anzusammeln.
Falls Ihre Zuckerfabrik mit Ablagerungen bei der Vorwärm- oder Heizaufgabe zu kämpfen hat, senden Sie uns bitte drei Dinge: die Saftanalyse (Gehalt an Feststoffen, Partikelgröße, Fasergehalt, pH-Wert, Chlorid), die Aufgabe (Durchfluss, Eintritts- und Austrittstemperaturen, zulässiger Druckabfall) sowie eine Notiz darüber, womit Sie derzeit reinigen. Unsere Ingenieure empfehlen Ihnen daraufhin eine geeignete Kanalgeometrie, eine Richtgröße für die Plattenfläche und ein Reinigungskonzept, das auf einem Druckabfall-Trigger statt auf einem Kalender basiert.
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