Energieeffizienter Schüttgutwärmeübertrager zum Kühlen von Polyamid 66

Kühlen ohne Qualitätsverlust

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01.07.2011 Wenn Heiz- oder Kühlvorgänge im Herstellungsprozess über die Qualität des Endproduktes entscheiden können, muss das individuell passende Kühlaggregat gewählt werden. So kann ein statischer Kühler maßgebliche Vorteile hinsichtlich Effizienz, Kostenersparnis und Güte des Produktes gegenüber beispielsweise einemFließbettkühler bringen.

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Die BASF erweiterte 2006 am Standort Ludwigshafen ihre Produktionskapazitäten, unter anderem auch um eine neue Linie zur Herstellung von Polyamid 66 (PA66). Das angewandte Herstellungsverfahren beinhaltet nach der Granulierung mit anschließendem Tempern auch eine Kühlstufe, um das PA66 transport- und lagerfähig zu machen. Heißes PA66 vergilbt unter Sauerstoffeinwirkung, weswegen eine pneumatische Förderung mit heißem Produkt nur unter Stickstoff und den damit verbundenen Aufwendungen möglich wäre. Ein weiterer Grund für die Kühlung besteht in der Qualitätserhaltung, da beim pneumatischen Transport von heißem Produkt deutlich mehr Abrieb entsteht. Für diese Kühlaufgabe plante der Chemiekonzern, einen Fließbettkühler einzusetzen.

Das beste Angebot gewinnt

Das Projekt war seitens der BASF bereits genehmigt, als der Außendienst eines Schüttguttechnik-Herstellers Mitte 2006 mit dem Produktionsingenieur der PA66-Anlage in Kontakt trat und den Schüttgutwärmeübertrager Bulk-X-Change als Alternative zum geplanten Fließbettkühler vorstellte. Er lässt sich zum Kühlen oder Heizen von frei fließenden Schüttgütern wie Kunststoffen, Chemikalien, und Düngemitteln einsetzen, wobei seine kompakte Bauweise ohne bewegte Teile auskommt. Das Schüttgut fließt im Wärmeübertrager in vertikalen Rohren mittels Schwerkraft von oben nach unten und wird dabei von einem Heiz- oder Kühlmedium, das die Rohre auf der Mantelseite umströmt, gekühlt oder erwärmt.

Die Vorzüge des Schüttgutwärme- übertragers hinsichtlich Investition und Energieeffizienz bewegten letztendlich die Verantwortlichen dazu, das Projekt – entgegen der ersten Planung – mit diesem Apparat zu verwirklichen. Der Wärmeübertrager wurde nach den Standardanforderungen des Konzerns gefertigt und ging im Sommer 2007 in Betrieb.

Kein negativer Einfluss auf die Qualität des Produkts

Die Kühlaufgabe besteht in dem Anlagenteil, wo PA66-Granulat (Ultramid A) hergestellt wird. Die Kapazität der Anlage beträgt rund 3 t/h. Nach dem Reaktor und der anschließenden Granulierung wird das Produkt bei einer Temperatur von ca. 160 bis 200 °C getempert. Vor dem pneumatischen Weitertransport zu den Lagersilos muss das Produkt jedoch auf etwa 40 °C abkühlen, um negative Qualitätsveränderungen wie Vergilbung oder Abrieb zu vermeiden.

Auf die Qualität des Produktes hat die Behandlung im Wärmeübertrager keine unerwünschtenAuswirkungen. Die Zugabe von Stickstoff schützt das Pro-dukt vor Vergilbung. Durch den Apparat selbst läuft das Produkt relativ langsam und wird dabei mechanisch nicht beansprucht. Die thermische Behandlung ist gewünscht und verändert das Produkt nicht.

Der Betriebsleiter Dr. Robert Weiß hat mittlerweile einige Betriebserfahrung mit dem statischen Kühler gesammelt, der inzwischen seit über drei Jahren im Einsatz ist. Er würde den Schüttgutwärmeübertrager bei zukünftigen Projekten wieder einsetzen: „Er läuft zu unserer vollsten Zufriedenheit, ist wartungsarm und arbeitet wirtschaftlich. Gerade in der BASF ist uns sehr daran gelegen, möglichst energieeffiziente Apparate einzusetzen.“ Der Einsatz des Schüttgutwärmeübertragers hat sich auch finanziell bereits positiv ausgewirkt. Im Vorfeld hatte die BASF eine Kosten-Nutzen-Rechnung vorgenommen und denApparat mit einem Fließbettkühler verglichen. Aufgrund der nicht erforderlichen Luftversorgung benötigt der statische Kühler einen Bruchteil der Energie eines Fließbettes. Die Investitionskosten waren ebenfalls geringer. Zusätzlich ergeben sich mit der Anlage geringere Wartungs- und Instandhaltungskosten.

Interview mit Dr. Robert Weiß, Betriebsleiter bei der BASF
„Die Inbetriebnahme verlief störungsfrei“

CT: Den ursprünglich geplanten Fließbettkühler ersetzten Sie durch den statischen Kühler. Welche Gründe führten zu diesem Umdenken?
Dr. Weiß: Im Gegensatz zum Fließbett benötigt der Schüttgutwärmeübertrager keine Luftversorgung durch Ventilatoren oder Gebläse, was sich sehr günstig auf die Investitions- und Betriebskosten auswirkt. Auch der steuerungstechnische Aufwand ist dadurch vergleichsweise gering. Außerdem ist durch die kompakte Bauweise der Platzbedarf für den Kühler und seine wenigen Nebenaggregate ausgesprochen gering, er benötigt nur Kühlwasser. Dieses ist im Werk in ausreichender Menge vorhanden und muss nicht extra bereitgestellt werden. Weiterhin ist der Wartungsaufwand sehr gering, da am Kühler keine bewegten Teile vorhanden sind.

CT: Kam es bei der Inbetriebnahme zu Störungen oder Ausfällen?
Dr. Weiß: Die Inbetriebnahme verlief problemlos und störungsfrei. In der Anfangszeit kam es aber durch Abrieb, Flusen oder zu feuchtes Produkt hin und wieder zum Verstopfen einzelner Rohre. Das war dadurch begründet, dass die komplette Produktionslinie ebenfalls angefahren wurde und noch Optimierungsbedarf bestand. Mit Erreichen der vollen Leistung verschwanden auch diese Probleme.

CT: Welche Erfahrungen haben Sie während des Betriebs mit dem Schüttgutwärmeübertrager gemacht?
Dr. Weiß: Im Laufe des Betriebes lagern sich Feinanteile auf dem Rohrboden ab. Von Zeit zu Zeit wird deshalb der Wärmeübertrager gereinigt gemäß den üblichen Anlagen-Reinigungszyklen. Aus meiner Sicht ist der Gesamtwartungsaufwand für den Wärmeübertrager geringer als für andere Systeme.

CT: Wie und wann erfolgt die Reinigung des statischen Kühlers in der Praxis?
Dr. Weiß: Die Reinigung ist generell sehr einfach. Im Normalfall erfolgt sie „trocken“ mit einem Staubsauger über die Inspektionsöffnung. Bei Bedarf wird der Wärmeübertrager zusätzlich ca. ein bis zwei Mal pro Jahr mittels Hochdruckreiniger und Wasser gereinigt und mit Druckluft trocken geblasen.

Heftausgabe: Juli 2011

Über den Autor

Björn Szameit, Außendienst, Coperion
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