Auf Nummer sicher

Ex-i-Komponenten sichern Verfügbarkeit einer Lohndestillationsanlage

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18.11.2013 Wenn teure Produkte im Auftrag destilliert werden, ist eine hohe Anlagenverfügbarkeit ein Muss. Die VTA Verfahrenstechnische Anlagen, eine Tochtergesellschaft der Streicher Gruppe, hat sich auf Verfahren zur thermischen Stofftrennung von instabilen, höherviskosen und festen Produktgemischen spezialisiert. Die Hauptprodukte des Unternehmens sind Dünnschicht- und Kurzdestillationsanlagen sowie entsprechende Komponenten. Neben dem Anlagenbau ist die Lohndestillation ein weiterer wichtiger Betriebszweig.

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Entscheider-Facts Für Betreiber

  • Der Lohndestillateur VTA betreibt Anlagen für die Dünnschicht- und Kurzwegdestillation. Aufgrund der sensiblen und teuren Stoffe kommt es bei der Automatisierung insbesondere auf eine hohe Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit an.
  • In einer Lohndestillationsanlage, die im Sommer 2013 in Betrieb ging, kommen zur sicheren Anbindung der Messtechnik Ex-i-Komponenten zum Einsatz, die über Atex-, IECEx- und alle wichtigen Schiffszulassungen für die Zone 2 verfügen.

Für die Trennung temperaturempfindlicher oder hochsiedender Stoffgemische setzt VTA auf die Dünnschichtdestillation, die sich hier besonders bewährt hat. Bei diesem Verfahren der Vakuumdestillation wird durch Absenkung des Arbeitsdrucks die Siedetemperatur erheblich gesenkt. Dadurch ist eine thermische Stofftrennung auch für solche Produkte möglich, die mit konventioneller Destillation und den dort erforderlichen hohen Temperaturen und Verweilzeiten zerstört würden.
Beim Dünnschichtverdampfer wird das Rohprodukt an der Innenseite eines von außen beheizten Rohres erhitzt, bis die leichter siedende Komponente zu verdampfen beginnt. Die Brüden (Dämpfe) schlagen sich anschließend in einem Kondensator nieder. Die Fraktionen werden so in einen Rückstand und das Destillat aufgetrennt. Beim einfachen Dünnschichtverdampfer ist der Kondensator möglichst dicht neben dem Verdampfer platziert, während er beim Kurzwegverdampfer innerhalb des Verdampfermantels liegt. Aufgrund der konstruktiven Unterschiede sind konventionelle Dünnschichtverdampfer bis circa 1 mbar einsetzbar; bei Kurzwegverdampfern kann der Destillationsdruck bis auf 0,001 mbar reduziert werden. Die kurze Verweildauer von nur wenigen Sekunden in Dünnschicht- und Kurzwegverdampfern schont die Produkte ebenfalls.

Erstmaliger Einsatz im Ex-Bereich bei VTA
Die beiden Destillationstechniken kommen auch bei der neuen Lohndestillationsanlage des Unternehmens zum Tragen. Die Anlage wurde im Sommer 2013 auf dem Firmengelände im bayrischen Niederwinkling in Betrieb genommen. Die Dünnschicht- und Kurzwegverdampfer können beliebig kombiniert und auch unabhängig voneinander betrieben werden, wodurch die Anlage sehr flexibel für verschiedenste Vorlageprodukte genutzt werden kann.
Bei der neuen Lohndestillationsanlage setzt VTA das I/O-System 750 erstmals im Ex-Bereich zur Überwachung der Prozess- und Betriebsparameter ein. Anton Würzinger, Leiter EMR-Technik bei VTA, erläutert den Grund: „Das modulare System ist schon seit Jahren bei eigenen und Kundenanlagen im Nicht-Ex-Bereich die Standardlösung zur Anbindung der Messtechnik im Feld. In puncto Stabilität, Ausfallsicherheit und Verfügbarkeit haben wir in der Vergangenheit sehr gute Erfahrungen damit gemacht. Es bietet außerdem Vorteile mit Blick auf den Planungsaufwand und die Inbetriebnahme.“
Das System ist sowohl für den Einsatz in nicht explosionsgefährdeten als auch explosionsgefährdeten Bereichen ausgelegt. In der Zone 2 installiert, bietet das System eine sichere und einfache Anbindung zur Sensorik der Zone 1. Insgesamt vier Stationen mit Komponenten in Ex-e-Gehäusen verarbeiten in der Allround-Anlage Signale aus den Ex-Bereichen der Zone 1 und 2. Sechs weitere Stationen mit Komponenten des Systems stehen im Nicht-Ex-Bereich der weitläufigen Anlage – etwa in Sekundärsystemen wie dem Kühlwassersystem – und verarbeiten Signale von Standardsensoren.
Herzstück jeder Station ist ein Profinet-Feldbuskoppler (750-370), der das I/O-System mit dem Profinet IO verbindet. Jede Station besteht zudem aus einer Vielzahl eigensicherer Busklemmen, die an den Feldbuskoppler angereiht werden und verschiedene Funktionen übernehmen: darunter Stromeingang, Stromausgang, Pt100-Eingang, Namur-Eingänge oder digitale Ausgänge für Magnetventile. Eine Einspeiseklemme (750-606) überwacht die Spannungsversorgung des nachgeschalteten Ex-i-Segments und trennt den eigensicheren und nicht-eigensicheren Teil des I/O-Systems. Eine Endklemme schließt den Knoten ab.
Da der Großteil der Geräte des Automatisierungsherstellers eine Ex-Zone-2-Zulassung hat, dazu gehören auch die nicht eigensicheren Klemmen, lässt sich ein gemischter Aufbau einfach realisieren.  Als übergeordnete Steuerung der Anlage fungiert eine Siemens S7 315-2 PN/DP. Die Profinet-Feldbuskoppler sind über ein Ethernet-Netzwerk direkt an die SPS angebunden. Die Visualisierung des Prozesses basiert auf zwei redundanten WinCC-Servern, die neben der Lohndestillationsanlage auch alle anderen Anlagen bei VTA verwalten und steuern, beispielsweise die Laboranlagen.

I/O-System ist Dreh- und Angelpunkt
für Messtechnik und Aktoren

Die komplette Messtechnik für Temperatur, Druck, Durchfluss, Füllstand und für Endlagenschalter laufen über das Wago-I/O-System. Auch alle Aktoren wie Regelventile, Regelklappen sowie die Magnetventile für Kugelhähne, Klappen und Ventile werden darüber angesteuert. Die drehzahlgeregelten Pumpen und Wischerantriebe werden über Frequenzumformer geregelt, die über Profibus direkt an die SPS angeschlossen sind.
Für den Lohndestillateur ist eine maximale Verfügbarkeit der Remote-I/O-Systeme und damit der gesamten Anlage ganz entscheidend: In einer Destillationsanlage werden oft sehr hochwertige und teure Produkte verarbeitet. Bei einem Anlagenstillstand können diese unbrauchbar werden, wodurch ein hoher finanzieller Schaden entstehen würde. Die 100-Prozent-Stückprüfung der Automationsprodukte bietet hierzu die geforderte Sicherheit. Alle Produkte des Automatisierungsherstellers durchlaufen umfangreiche Tests und intensive Prüfungen, bevor sie ausgeliefert werden. „Das merkt der Endkunde natürlich auch“, betont Anton Würzinger und verweist auf die langjährigen guten Erfahrungen mit den Komponenten des Anbieters in Sachen Zuverlässigkeit.
„Wir wollten außerdem ein System, das für den Ex-Bereich der Zone 2 zugelassen ist und als Komplettaufbau entsprechend abgenommen werden kann“, so Würzinger. Mit Unterstützung durch den Lieferanten wurden die dezentralen I/O-Systeme für den Einsatz in der explosionsgeschützten Anlage aufgebaut und im Rahmen der Gesamtabnahme der Anlage nach § 14 Betriebssicherheitsverordnung (BetrSichV) von einem Sachverständigen des TÜV Süd erfolgreich abgenommen.

Weitere Informationen zu Produkten des Herstellers finden Sie hier.
Zu den Produkt-Webseiten des Herstellers gelangen Sie hier.
Heftausgabe: November 2013

Über den Autor

Benjamin Böhm, Market Management Industry & Process bei Wago Kontakttechnik
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