Horizontal, vertikal – ganz egal?

Kriterien für die Auswahl der passenden Schälzentrifuge

Anlagenbau
Chemie
Pharma
Ausrüster
Planer
Betreiber
Einkäufer
Manager

13.11.2017 Grundsätzlich lassen sich die Kriterien in drei Kategorien unterteilen, die bei der Wahl einer horizontalen oder einer vertikalen Schälzentrifuge von Bedeutung sind: installationsbedingte Faktoren, verfahrenstechnische und maschinenbauliche Anforderungen sowie nicht zuletzt die Frage nach den Kosten und der Wirtschaftlichkeit des Betriebs.

Anzeige

Entscheider-Facts für Betreiber

  • Horizontale und vertikale Schälzentrifugen gehören aufgrund ihrer Vielseitigkeit und Zuverlässigkeit zu den effektivsten Prozessapparaten, wenn es um diskontinuierliche mechanische Trennprozesse in der Verfahrenstechnik geht.
  • Die Trennaufgabe ist bei beiden Maschinentypen die gleiche – jedoch gibt es wichtige Faktoren, die Betreiber bei der Entscheidung zugunsten der einen oder der anderen Schälzentrifuge beachten sollten.

Pfeile

Vertikalschälzentrifugen ermöglichen einen kornschonenden Austrag. Bild: Heinkel + magecatalog – Fotolia

Bei den installationsbedingten Entscheidungskriterien ist zunächst zu klären, ob der Betreiber im Rahmen einer Produktionserweiterung einen Neubau oder den Ersatz einer bestehenden Anlage plant. Ist Letzteres der Fall, und will der Betreiber dabei auch die vorhandene Technik beibehalten, so können in der Regel die Leitungen für Zu- und Abfuhr wie Füllleitung, Waschleitung, Filtratleitung und der Mechanismus des Feststoffaustrags bestehen bleiben.

Bei einem Wechsel des Maschinentyps von vertikaler auf horizontale Schälzentrifuge oder umgekehrt ist dies nicht der Fall, da die Anschlüsse ersetzt werden müssen – was natürlich einen nicht unwesentlichen Aufwands- und Kostenpunkt darstellt. Denn während bei Vertikalzentrifugen die meisten Leitungen von oben auf dem Zentrifugendeckel installiert sind, befinden sich diese bei der horizontalen Variante vorn an der Zentrifugentür. Zu beachten gilt außerdem, dass die vertikale Schälzentrifuge aufgrund der Deckelöffnung nach oben eine größere Raumhöhe benötigt. Die Horizontalzentrifuge beansprucht dafür mehr Aufstellfläche. Der Anwender kann sie darüber hinaus mit weitaus geringerem Aufwand so installieren, dass der Austrag auf gleicher Ebene erfolgt.

Horizontalschaelzentrifuge_H_1250_171020

Horizontalschälzentrifugen kommen häufig bei anspruchsvollen Produkten zum Einsatz. Bild: Heinkel

Verfahrenstechnische und maschinenbauliche Faktoren

Anspruchsvolle Produkte, etwa schwer zu filtrierende oder sehr gut zu filtrierende Suspensionen, können in der Regel besser mittels Horizontalschälzentrifugen verarbeitet werden, da der Füllprozess besser zu kontrollieren ist und sich Unwuchten vermeiden lassen. Auch ein Entmischen des Füllgutes kann in Zentrifugen mit horizontaler Achse nicht vorkommen, da der Kuchenaufbau gleichmäßig über die gesamte Trommeltiefe erfolgt. Bei Vertikalzentrifugen kann durch die vertikale Anordnung der Trommelachse ein gravitatives Entmischen stattfinden, bei dem schwere Partikel stärker Richtung Trommelboden absinken. Die Folge ist oft ein ungleichmäßiger Kuchenaufbau, was zu Unwuchten beim Füllvorgang und schlechteren Waschergebnissen führen kann. Um dem entgegenzuwirken stehen jedoch spezielle Füllrohre zur Verfügung, beispielsweise mit einem rotierenden Füllkonus.

Die beiden Zentrifugentypen unterscheiden sich aber auch hinsichtlich der Art des Feststoffaustrags: Während er bei der vertikalen Bauweise zentral erfolgt, verfügen Horizontalschälzentrifugen über Austragsschurren oder Austragsschnecken. 80 bis 90 % der Anwendungen in der Chemie erfordern einen Schneckenaustrag aufgrund der oft balligen und zum Anhaften neigenden Feststoffe. Durch die große Öffnung am Gehäuseboden bieten sich Vertikalschälzentrifugen für einen Austrag in Bunker oder andere große Gefäße an, weil der Austrag dann weder eingeschnürt noch abgedichtet werden muss.

Fahrweise entscheidend

Ein weiteres Unterscheidungsmerkmal und wichtiges Auswahlkriterium ist die Charakteristik der Fahrweise beider Zentrifugentypen. So müssen Betreiber die Vertikalzentrifuge bei niedrigen Drehzahlen befüllen, um einen gleichmäßigen Kuchenaufbau zu erzielen. Anschließend erfolgt ein Waschzyklus bei zumeist mittlerer Drehzahl, da die Waschflüssigkeit zügig durch den Kuchen getrieben werden soll. Nach Ablauf der Schleuderzeit bei maximaler Drehzahl bremst die Zentrifuge die Trommel auf geringe Drehzahlen ab, damit der Feststoffaustrag sicher erfolgen kann.

Für Anwendungen, die einen kornschonenden Austrag erfordern, ist die Vertikalschälzentrifuge folglich die richtige Wahl. Allerdings ist ihre Fahrweise vergleichsweise zeitaufwendig und vermindert die Durchsatzleistung, was bei Prozessen, bei denen das Bremsen und Beschleunigen nur kurze Zeit in Anspruch nimmt, jedoch kaum ins Gewicht fällt. Nach dem Produktaustrag kann bei geringer Trommeldrehzahl eine Restschichtentfernung erfolgen, die bei Verlegung des Filterelements beziehungsweise dadurch verminderter Filtrationsleistung Abhilfe schafft.

Gewichtige Unterschiede

Anders als die Vertikalschälzentrifuge kann die Horizontalschälzentrifuge im Extremfall sämtliche Prozessschritte vom Befüllen, Waschen und Trockenschleudern bis hin zum Austrag bei maximaler Drehzahl durchführen und minimiert so unproduktive Totzeiten. Mittels moderner, frequenzgeregelter Antriebe ist es möglich, den Zyklus der Horizontalschälzentrifuge optimal an das jeweilige Produkt anzupassen. Zudem ermöglichen die Anordnung der Zentrifugenwelle sowie ihre stabilere Lagerung um 20 bis 30 % höhere Drehzahlen im Vergleich zur vertikalen Schälzentrifuge. Die Folge sind im Ergebnis niedrigere Restfeuchten. Zu beachten ist allerdings, dass Zentrifugen mit horizontaler Achse entsprechend groß dimensionierte und tragfähige Unterbauten benötigen. Denn allein das Schwingfundament einer Zentrifuge mit einem Trommeldurchmesser von 1.600 mm wiegt bereits etwa 20.000 kg bei einem Eigengewicht von rund 10.000 kg. Eine vergleichbare Vertikalschälzentrifuge kommt auf nur circa 13.000 kg.

Der Restschicht den Rest geben

Die Produkteigenschaften spielen schließlich bei der Entscheidung, welcher Zentrifugentyp zum Einsatz kommt, ebenfalls eine Rolle: Je nachdem, wie sich das Produkt bei der Aufgabe in der Trommel verhält, welches Entwässerungsverhalten es zeigt, ob es zu Unwuchten neigt oder wie es sich waschen lässt, empfiehlt sich entweder die eine oder die andere Bauart. Beide Maschinentypen verfügen heute bei vielen Anwendungen über eine Restschicht-Entfernungseinrichtung, mit der die nach dem Produktaustrag auf dem Filtertuch verbleibende Restschicht entweder von innen oder von außen mit hohem Druck ausgeblasen wird. Sowohl bei der horizontalen als auch bei der vertikalen Zentrifuge geschieht dies bei geringer Trommeldrehzahl.

Darüber hinaus lassen sich beide Bauformen zu Reinigungszwecken fluten. Dazu wird das Prozessgehäuse nach Restschichtentfernung und Cleaning-in-Place (CIP) mit Reinigungsflüssigkeit soweit gefüllt, dass Trommel und Filterelement benetzt sind; bei Vertikalzentrifugen in der Regel bis zu einer Höhe unterhalb der Wellendichtung der Lagerung. Reinigungsdüsen auf dem Lagerkörper unterhalb des Trommeldomes ermöglichen das Reinigen dieses Bereichs. Die Rotation der Trommel bei niedriger Drehzahl bewirkt anschließend eine Verwirbelung der Flüssigkeit im Gehäuse sowie die intensive Reinigung von Filtertuch und Unterlagsgewebe.

Nach Beendigung des Flutungsprozesses läuft die Reinigungsflüssigkeit über den Filtratablauf ab. Ob es sinnvoll ist, die Flüssigkeit separat abzuleiten oder ob sie im Filtrattank aufgefangen werden soll, ist verfahrenstechnisch zu prüfen. Ebenso muss der Betreiber entscheiden, ob am Feststoffaustrag eine Weiche installiert wird, da der Prozess des CIP mit anschließendem Fluten mit einer Reinigung des gesamten Gehäuses sowie der Einbauten einhergeht. Eine solche Weiche vermeidet, dass die Reinigungsflüssigkeit in einen nachgeschalteten Trockner gelangt.

Kosten und Wirtschaftlichkeit

Nicht zuletzt spielen natürlich auch die Kosten bei der Zentrifugenwahl eine wichtige Rolle. Dabei sind einige Faktoren zu beachten. Zum einen entscheidet unter anderem der Wert des abzuschleudernden Produkts: Ist er gering, so ist es meist sinnvoll, auf eine möglichst günstige Form der Entwässerung zurückzugreifen, selbst wenn sie möglicherweise nicht die optimalen Ergebnisse erzielt.

Im umgekehrten Fall empfiehlt sich die Investition in eine vergleichsweise kostenintensivere Maschine, da sie durch den höheren Schleuderfaktor ein reineres Produkt mit geringerer Restfeuchte erzeugt. In der Regel ist das bei der Horizontalschälzentrifuge der Fall. Je geringer die Restfeuchte, desto niedriger sind in der Folge wiederum die Kosten einer nachgeschalteten thermischen Trocknung. Ein weiterer Kostenfaktor ist auch der Werkstoff, den die jeweilige Anwendung erfordert. Soll die Zentrifuge beispielsweise in hohem Maße korrosionsbeständig sein, so kommen oftmals Nickelbasislegierungen wie etwa Hastelloy zum Einsatz. Derlei Werkstoffe erhöhen den Anschaffungspreis der Maschine, was durchaus die Entscheidung zugunsten des einen oder anderen Bautyps beeinflussen kann.

Letztlich spielen auch der Wartungsaufwand sowie die Life-Cycle-Costs eine Rolle. So kann es beispielsweise sein, dass zwar die Anschaffungs- und Installationskosten bei der Horizontalschälzentrifuge höher ausfallen, jedoch kann sich die Investition durch die vergleichsweise geringeren Wartungskosten über den gesamten Lebenszyklus der Maschine hinweg durchaus amortisieren. Denn durch die bessere Zugänglichkeit von Einbauten und Lagerung sind die Wartungseinsätze bei horizontalen Zentrifugen meist deutlich kürzer als bei vertikalen Maschinen.

Fazit: Die Frage, welcher Zentrifugentyp sich für welchen Anwender und welche Applikation eignet, ist nur unter Betrachtung einiger wesentlicher Entscheidungskriterien zu beantworten. Dazu zählen neben baulichen, verfahrenstechnischen und maschinenbaulichen Gegebenheiten letztlich auch immer Kosten-Nutzen-Aspekte. Im Vorfeld sollten Anwender daher stets die Vor- und Nachteile der jeweiligen Bauform einander gegenüberstellen und sorgfältig abwägen, welche Investition für den auszuführenden Trennprozess am sinnvollsten ist. Bei der Wahl zwischen Horizontal- und Vertikalschälzentrifuge kann es auch nützlich sein, sich Rat von Experten zu holen. Mit jahrzehntelanger Erfahrung in der Fest-Flüssig-Trennung in Chemie, Feinchemie, Pharma und Food unterstützt die Heinkel Drying and Separation Group ihre Kunden mit wertvollem Know-how bei der Entscheidung.

Hier gelangen Sie zum Anbieter.

Auf unserem Portal finden Sie weitere Beiträge zum Thema Zentrifugen.

Heftausgabe: November 2017
Thomas Ahrens,  Market Development/Business Development Manager,  Heinkel Process Technology

Über den Autor

Thomas Ahrens, Market Development/Business Development Manager, Heinkel Process Technology
Loader-Icon