Pumpe aus Polyethylen (PE) – Typ RCNKu 400 / 600, die 2450m³/h 10%ige Schwefelsäure auf 29m Höhe pumpt. (Bild: Friatec)
Autoren: Dr. Gerhard Pracht, Leitung Werkstoffabteilung
Manfred Kamme, Leitung Vertrieb Export
Friatec – Division Rheinhütte Pumpen
Applikationsbedingungen und Werkstoffe für Pumpen, mit denen konzentrierte Schwefelsäure gefördert wird, war Thema des ersten Teils dieses Artikels (CHEMIE TECHNIK 12/2009). In Teil 2 werden Pumpen-Werkstoffe vorgestellt, die sich zum Fördern von verdünnter Schwefelsäure und für Schwefelsäuregemische eignen. Dazu kommen sowohl metallische Werkstoffe wie auch Kunststoffe zum Einsatz.
Metallische Pumpen
in verdünnter Schwefelsäure
Wenn metallische Werkstoffe für niedrige Konzentrationen benötigt werden, ist man mehr auf Duplex-Werkstoffe, wie HA28.5 oder 1.4517, angewiesen. Duplex-Werkstoffe sind bei niedriger oder hoher Schwefelsäurekonzentration geeignet. Im Konzentrationsbereich von 60 bis 85?% nimmt die Korrosionsrate dagegen schon bei mittleren Temperaturen recht hohe Werte an. Hochlegierte Werkstoffe wie 1.4527 (Alloy 20) oder der Rheinhütte Sonderwerkstoff R3020, die etwa 30?% Nickel und 20?% Chrom enthalten, sind im gesamten Konzentrationsbereich der Schwefelsäure einsetzbar. Diese Werkstoffe sind gerade im niedrigen bis mittleren Konzentrationsbereich bis etwa 60?°C gut beständig.
In verschiedenen Trocknungsprozessen und in der Zwischenabsorbersäure werden neben den in Teil 1 beschriebenen vertikalen Pumpen auch horizontale Chemiekreiselpumpen in verschiedenen Ausführungen eingesetzt. Diese nach DIN/ISO konzipierten Chemienormpumpen Typ RN und RMKN werden nach Art der Wellenabdichtung unterschieden. Häufig verwendet wird die für Dauerbetrieb geeignete hydrodynamische Entlastung mit einem Entlastungsrad zusätzlich zum Laufrad. Zudem gibt es verschiedene Gleitringdichtungen, die sich je nach Konzentration der Schwefelsäure unterscheiden und zum Teil sehr anspruchsvolle Techniken darstellen. Modern und unkompliziert ist die Magnetkupplung, die sich bei feststofffreien Säuren bestens bewährt hat.
Pumpen aus Kunststoff
Kunststoffe werden typischerweise für verdünnte Schwefelsäure eingesetzt, die im Regelfall eine Konzentration von bis zu 75?% aufweist. Einfache Edelstähle werden in diesen Schwefelsäurekonzentrationen wegen der erhöhten Korrosionsrate nur bedingt eingesetzt. Die Kunststoffe, die hier betrachtet werden sollen, sind PP (Polypropylen), PE 1000 (Polyethylen – ein Ultra High Molecular Weight PE), PVDF (Polyvinylidenfluorid), ETFE (Ethylen-tetrafluorethylen) und PTFE/PFA (Polytetrafluorethylen). Allgemein gilt, dass diese Kunststoffe bei höheren Konzentrationen nur eingeschränkt beständig sind. Nur PTFE und PFA sind auch in der hochkonzentrierten Säure einsetzbar, konstruktionsbedingt bis maximal 180 °C. Besonders mit ansteigender Temperatur werden die nicht voll-fluorierten Kunststoffe (PP, PE, PVDF, ETFE) stark angegriffen. Die besondere Stärke der Kunststoffe ist jedoch, dass sie im schwach- und mittelkonzentrierten Bereich auch bei Temperaturen bis zur Siedelinie nahezu universell verwendet werden können. Aus diesen Kunststoffen konzipiert der Hersteller Chemienormpumpen, welche mit Gleitringdichtungen ausgerüstet sind. Die Baureihen CPDR und RCNKu besitzen eine komplette Panzerung des Gehäuses und erfüllen hohe Applikationsanforderungen. So kann etwa zum Fördern von Kupferelektrolyt-Schlamm eine große PE-Pumpe Typ RCNKu 400/ 600 eingesetzt werden. Das aggressive Fördermedium enthält neben korrosiver Schwefelsäure Feststoffe wie Erzreste, Inerte und Schlamm. Hier eignet sich der Werkstoff PE 1000 besonders gut, da er im Vergleich zu anderen Kunststoffen einen hohen Verschleißwiderstand aufweist. Für die Förderleistung von 2?450?m³/h auf 29?m Höhe muss der Antriebsmotor der Pumpe eine Leistung von 253?kW aufbringen.
Fördern von chemischen Gemischen mit Schwefelsäure
Beim Trocknen von Chlorgas mit Schwefelsäure entsteht chlorhaltige Schwefelsäure. Dabei wird feuchtes Chlorgas zum Beispiel aus der Chlor-Alkali-Elektrolyse mit hochkonzentrierter Schwefelsäure getrocknet. Dem Chlorgas wird das Wasser entzogen, um reines, trockenes Chlorgas zu erhalten. Dabei reichert sich die Trocknersäure mit Chlorgas an, so dass jetzt nicht nur ein Material mit einer chemischen Beständigkeit gegen Schwefelsäure benötigt wird, sondern zusätzlich auch eine Beständigkeit gegen Chlorgas. Hier scheitern die meisten metallischen Werkstoffe und Kunststoffe. Auch Titan, welches in feuchtem Chlorgas gut beständig ist, ist hier völlig ungeeignet. Mit Einschränkungen geeignet sind Siguss und Alloy?C-Typen, die einen guten Widerstand gegen Chlorgas aufbringen und noch in Schwefelsäure geeignet sind. Auch PTFE und PFA sind ohne Einschränkungen gut geeignet.
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Entscheider-Facts
Für Anwender
Wenn metallische Werkstoffe für niedrige Schwefelsäurekonzentrationen benötigt werden, ist man mehr auf Duplex- Werkstoffe angewiesen.
Kunststoffe werden typischerweise für verdünnte Schwefelsäure eingesetzt, die im Regelfall bis zu einer Konzentration von 75?% geht.
Es gibt jedoch keinen Universalwerkstoff und entsprechend müssen Anwender auf die Auswahl von Material und Ausführung von Pumpen in Schwefelsäureapplikationen besonders achten.
