Artikel Den Prozess beherrschen

Bei der Herstellung von Erdalkalimetalloxiden entsteht sehr viel Wärme, die für eine sichere Prozessführung zwingend schnell abgeführt werden muss. Gleichzeitig erfordert die Reaktion eine chemisch hochbeständige Reaktoroberfläche. Während emaillierte Oberflächen zwar korrosionsbeständig und im Vergleich zu sehr hochwertigen Legierungen wesentlich kostengünstiger sind, leitet Email Wärme schlechter als unbeschichtetes Metall. Doch mit dem emaillierten und gut reinigbaren U-Rohr-Wärmeübertrager Power-Baffle gelang es, die Produktivität der Oxidherstellung um den Faktor vier zu erhöhen. Der Hersteller könnte mit diesem Wärmeübertrager die Wärme deutlich schneller abführen und damit den Prozess zügiger fahren.

Der Werkstoff Technisches Email

Technisches Email ist der Werkstoff der Wahl, wenn es um hoch korrosive, abrasive oder hochreine Prozesse in der chemischen und pharmazeutischen Verfahrenstechnik geht. Technisches Email ist ein Verbundwerkstoff, bestehend aus einem „Träger“, üblicherweise ein Feinkornbaustahl oder ein rostfreier Stahl, und der eigentlichen Emailleschicht. Die Emailleschicht ist ein glasartiger Überzug auf dem Trägermaterial, welcher in etwa zwischen 1 und 2mm dick und höchst korrosionsbeständig, insbesondere bei saurer Beanspruchung, ist. So steckt eine hochwertige Emaillierung 160°C heiße Salzsäure bei 20%iger Konzentration locker weg.

Aufgrund der glasartigen Oberfläche sind emaillierte Bauteile leicht zu reinigen. Email ist zudem metallionenfrei, so dass es zu keinerlei Kontamination des Produktes durch Metallionen, zum Beispiel Eisen, Nickel oder Chrom, kommen kann. Emaillierte Apparate können bei hohen Drücken und Temperaturen verwendet werden. Gegenüber korrosionsbeständigen Kunststoffbeschichtungen ist Email vollkommen diffusionsdicht für Gase und Flüssigkeiten und besitzt eine deutlich bessere Wärmeleitfähigkeit als alle Kunststoffe, die als Auskleidungen verwendet werden können. Auch eine Kombination aus beispielsweise PTFE für spezielle Einbauteile und Flachdichtungen sowie Siliziumkarbid für Wärmeaustauscherrohre ist möglich. Schließlich sind emaillierte Apparate im Vergleich zu solchen aus hochlegierten Sonderstählen oder anderen Metallen wesentlich preiswerter.

Emaillierte Wärmeübertrager

Im Vergleich zu metallischen unbeschichteten Werkstoffen ist emaillierter Stahl ein relativ schlechter Wärmeleiter, obwohl er beispielsweise Kunststoffe dennoch um Größenordnungen übertrifft. Um Prozesse schnell fahren zu können, kommt es darauf an, Wärme schnell zu oder abzuführen, was durch die Emaillierung einerseits und durch die relative Abnahme der Austauschfläche bei zunehmender Apparategröße begrenzt ist. Um dennoch mehr Wärmeaustauschfläche zur Verfügung zu haben, kann man mit Wärmeaustauschern arbeiten, die anstelle eines Stromstörers in einen Behälterstutzen eingebaut sind. Für solche Anwendung wurde der Power-Baffle entwickelt. Der Apparat wirkt sowohl als Wärmetauscher als auch als Stromstörer. Da in emaillierten Apparaten der Stromstörer üblicherweise mit einer Temperatursonde ausgerüstet ist, verfügt der Power-Baffle ebenfalls über ein eingestecktes Pt100-Messelement.

Emaillierte Rührorgane

Neben der Maximierung der Wärmeaustauschflächen im gerührten Apparat ist die eingesetzte Rührtechnik selbst ausschlaggebend. Im Rahmen der Entwicklungsarbeiten bei Thaletec sind spezielle Rührorgane entstanden, die in emaillierter Form bis dato nicht realisiert werden konnten. In Kooperation mit der Firma Inotec wurde beispielsweise der Inojet-Rührer emailtechnisch umgesetzt. Ein Rührer mit becherartig geformten Rührelementen erzeugt ein komplexes Strömungsbild im Reaktor, so dass in einigen Fällen sogar auf einen Stromstörer verzichtet werden kann. Für das Rühren von Restmengen in Reaktoren, die speziell für das Suspendieren und das Homogenisieren verwendet werden, gibt es nun die TAR-Turbine. Ein primär axial förderndes Rührorgan besitzt zusätzliche Rührflügelelemente, die nah über dem Behälterboden bewegt werden. Gerührte Restmengen im einstelligen Prozentbereich, bezogen auf die Nennfüllmenge des Apparates, sind damit realisierbar.

Ein universelles Rührorgan ist die neue DCT-Turbine. Vier angestellte und gebogene Rührerflügel auf zwei konischen Welle-Nabe-Verbindungen können sowohl in konkaver als auch in konvexer Anordnung auf der Rührerwelle installiert werden. Je nach Anordnung optimiert die Turbine den Wärmeübergang an der Behälterwand und dem Behälterboden, sorgt für ein vollständiges Suspendieren von Feststoffen und vermindert das Risiko des Verblockens des Behälterauslaufs mit agglomerierten Feststoffen.

Mehr Stutzen frei – mehr Prozessflexibilität

Die Anzahl der verfügbaren Stutzen am emaillierten Apparat ist begrenzt. Leider können Stutzen nicht ohne Weiteres in einen vorhandenen emallierten Apparat eingebracht werden. Um dennoch die Anzahl der verfügbaren Stutzen am emaillierten Apparat zu erhöhen ohne das Prozessergebnis zu beeinflussen, hat der Hersteller einige neue Lösungen entwickelt. Der Premium-Baffle ist ein Flachstromstörer, der am Stromstörerflansch mit einem zusätzlichen Stutzen ausgestattet ist. Dieser Stutzen kann zum Einleiten von Flüssigkeiten unmittelbar in die Turbulenzzone vor dem Stromstörer verwendet werden. Auch mit dem Premium-Tube lässt sich die Anzahl von verfügbaren Stutzen erhöhen. Der Polyport steigert die Prozessflexibiliät für den Anlagenbetreiber weiter. Ein emaillierter Sammler mit prozessspezifisch angeordneten Stutzen und einem dichtungsfrei und druckfest ins Email eingeschmolzenen Schauglas erhöht die Anzahl der verfügbaren Anschlüsse.