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Bis zur Trockne eindampfen

Wirtschaftliche Abwasserentsorgung über Vakuumverdampfung
Bis zur Trockne eindampfen

Bis zur Trockne eindampfen
Abb. 2 Verfahrensschema Vakuumverdampfer Typ E
In den vergangenen Jahren haben sich Vakuumverdampfer bei der Beseitigung von Abwasserproblemen zu einem starken Wachstumsmarkt entwickelt. Sie finden gegenüber herkömmlichen Behandlungsverfahren immer öfter den Vorzug aufgrund der kompletten Automatisierung des gesamten Prozesses sowie den damit verbundenen Einsparmöglichkeiten in Bezug auf Arbeitskosten, Volumenreduzierung, Wiederverwendung des produzierten Destillates sowie den Verzicht auf Behandlungschemikalien.

Abb. 1 Mit dem Aufkonzentrierer vom Typ RW 2000 fallen Produkte im Trockenzustand an

Abb. 2 Verfahrensschema Vakuumverdampfer Typ E
In den vergangenen Jahren haben sich Vakuumverdampfer bei der Beseitigung von Abwasserproblemen zu einem starken Wachstumsmarkt entwickelt. Sie finden gegenüber herkömmlichen Behandlungsverfahren immer öfter den Vorzug aufgrund der kompletten Automatisierung des gesamten Prozesses sowie den damit verbundenen Einsparmöglichkeiten in Bezug auf Arbeitskosten, Volumenreduzierung, Wiederverwendung des produzierten Destillates sowie den Verzicht auf Behandlungschemikalien.
Voraussetzungen zur Aufkonzentrierung von Abwässern mit dem Vakuumverdampfer sind ein Wasseranteil von mindestens 85% und maximale Konzentration in Höhe von 10 bis 15% an gelösten Feststoffen. Erreicht werden kann ein Destillatanteil von bis zu 95%. Der Rest ist das Konzentrat.
Vakuumverdampfer werden heute in fast allen Industriebereichen eingesetzt. Auch durch die ständige Weiterentwicklung der Geräte in Bezug auf Materialien und Prozesstechnik eröffnen sich ständig neue Einsatzfelder wie:
? Aufkonzentrierung von Spül- und Reinigungsabwässern (z. B. Reaktorabwässer)
? Aufkonzentrierung von Produktabwässern (z. B. Klebstoffindustrie, Farbindustrie, Pharmaindustrie)
? Aufkonzentrierung medizinischer Sonderabfälle
? Aufkonzentrierung von Aromen
? Weitere Aufkonzentrierung von Abwässern im Anschluß an bestehende Membranverfahren
In einigen Fällen geht es auch nicht nur darum, das Volumen zu verringern und die Entsorgungskosten zu reduzieren, sondern auch um ein geeignetes Trennungsverfahren für die Wiederverwendung des Konzentrats im Produktionsprozess.
Stand der heutigen Technik sind Vakuumverdampfer, deren Verfahrensgrundlage das Wärmepumpenprinzip ist. Hier wird die produzierte Wärmeenergie zur Erwärmung des Abwassers im externen Wärmeaustauscher sowie die Kälteenergie zur Kondensation des verdampfenden Wassers verwendet (siehe Kasten).
Der Vakuumverdampfer erzeugt über eine Wasserstrahlpumpe oder Vakuumpumpe einen Unterdruck von ca. minus 0,9 bar im Kessel. Anschließend saugt der Verdampfer das Abwasser unter dem erzeugten Vakuum selbstständig ein; dieser Vorgang wird mit einem pneumatisch gesteuerten Ventil geregelt, abhängig vom Füllstand.
Freongas in einem Kühlkreislauf wird mit einer Wärmepumpe expandiert und komprimiert; dadurch wird die notwendige Energie zur Kondensation des Destillats erzeugt. Bei einem Vakuum von ca. 5,3 kPa Unterdruck verdampft die Lösung bei etwa 35 ºC.
Um eventuell störende Schaumbildung zu vermeiden, kann ein Entschäumermittel während des Destillationsprozesses automatisch zudosiert werden. Allerdings tragen spezielle Einrichtungen im Kessel, sowie der ständige Umlauf über den externen Wärmeaustauscher mit anschließender Sprühverdampfung zur weitgehenden Vermeidung bei. Aus diesem Grund können selbst stark Netzmittel-haltige Abwässer wie z. B. aus der Shampooherstellung im Vakuumverdampfer aufkonzentriert werden.
Das produzierte Destillat wird bei 20 °C in der Anlage zwischengespeichert; die dazu notwendige Kühlung wird dem Kühlkreislauf der Wärmepumpe entnommen. Nach Erreichen einer in der Steuerung voreingestellten Zeit wird in Abständen ein Teil des Konzentrats über ein pneumatisch gesteuertes Ventil ausgetragen. Der gesamte Ablauf ist SPS-gesteuert und arbeitet vollkommen automatisch und kontinuierlich, was auch einen Wochenendbetrieb ohne Aufsicht ermöglicht. Regelmäßige Service- und Reinigungsarbeiten entfallen, da die Anlage durch den externen Wärmeaustauscher eine selbstreinigende Wirkung hat.
Durch die niedrige Verdampfungstemperatur bei ca. 35 °C wird ein Destillat guter Qualität produziert, welches in den meisten Fällen eingeleitet oder wiederverwendet werden kann. Im Vergleich mit anderen Verdampfungsverfahren haben Untersuchungen ergeben, daß z. B. der CSB-Wert bei einer Verdampfungstemperatur von 80 °C um das bis zu zehnfache höher liegt als bei 35 °C. Ähnlich wirkt sich dies natürlich auf viele Stoffe aus. Weiterer Vorteil der niedrigen Verdampfungstemperatur sind eine geringere Schaumbildung sowie eine reduzierte Beanspruchung des Kesselmaterials in Bezug auf Korrosion.
Die Größe der Standardanlagen liegt bei einer Destillatleistung von 6,25 bis 2500 l/h. Wichtigstes Kriterium für die Auswahl des richtigen Verdampfers ist neben dem Material der Anteil gelöster Feststoffe. Für Abwässer mit geringem Anteil werden die Verdampfertypen der E-Serie eingesetzt (siehe Abb. 2).
Bei mittlerem Feststoffgehalt werden Verdampfertypen der R-Serie verwendet, die mit einem umlaufenden Schaber im Kesselboden ausgestattet sind und wo die Wärmeübertragung am Kesselboden stattfindet, also das Medium nicht über einen externen Wärmeaustauscher aufgewärmt wird. Für Bereiche mit sehr hohem Feststoffgehalt, oder wo hohe Konzentrationsraten erwünscht werden, um ein Konzentrat im Trockenzustand mit einer geringen Restfeuchte zu erreichen, wurde die RW-Serie entwickelt (siehe Abb. 1). Hier wird das Konzentrat im Kesselbereich durch eine Förderschnecke ständig in Bewegung gehalten und später auch mit dieser aus dem Kessel herausbefördert. Weitere Vakuumverdampfer-Serien sind ausgelegt für die Nutzung von Fremdenergie in Form von Warmwasser oder Dampf.
Halle 4.1 Stand K26-K27
Patrick Fischer
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