Für die Abscheidung von Lösemitteldämpfen eignen sich Schwadenkondensatoren, die mit Kältekreisen ausgerüstet sind. Je nach Eintrittstemperatur der Abluft sind luft- oder wassergekühlte Vorstufen kombinierbar, um die Kühlung mittels Kälteverdichtern in einer kleineren Stufe zu ermöglichen und so die Antriebsenergie des Schwadenkondensators zu minimieren.
Johann Kleinbauer
Die Neuregelung der Lösemittelverordnung, die im August vergangenen Jahres in Kraft getreten ist und mit einer Übergangsfrist bis zum Jahr 2007 auch für bestehende Anlagen gilt, soll zur dauerhaften Verbesserung der Luftqualität beitragen. Am Ozonproblem und dem Sommersmog sind beispielsweise flüchtige organische Verbindungen aus Lösemitteln beteiligt. Innerhalb der nächsten sechs Jahre sollen diese Emissionen um ein Fünftel reduziert werden. Die Betreiber von Anlagen mit organischen Lösemitteln müssen demnach die entweichenden Lösemittelmengen begrenzen.
Der technische Aufwand für eine Abscheidung durch Auskondensieren hängt sehr stark von der notwendigen Abkühlung der Luft unter den jeweiligen Taupunkt des Lösemittels ab:
• Bei Lösemitteln, die tiefere Luftaustrittstemperaturen erfordern, nehmen die Kosten für den maschinellen Aufwand zu. Der Arbeitspunkt des Kältekompressors muss um rund 5 bis 7 °C unter der Luftaustrittstemperatur liegen, um die Verdampferpreise (Luftkühler) und die Abmessungen in vertretbaren Grenzen zu halten.
• Wird der Kältekreis mit Raumluft gekühlt, dann ergibt sich eine große Spreizung bei Kältemitteldruck und -temperatur zwischen der Verdichtersaug- und -druckseite. Mit fallender Luftaustrittstemperatur aus dem Kondensator nimmt der Massenstrom des Kältemittels ab. Das erforderliche Hubvolumen des Kältemittelverdichters muss also vergrößert werden, um die gleiche Kühlleistung zu erreichen.
• Bei Luftaustrittstemperaturen unter 0 °C vereisen die Luftkühlerflächen. Dies erfordert Abtaumaßnahmen, die die Effektivität der Kühleinrichtung verschlechtern.
Beachtliche Erfolge konnte duotemp jedoch bei vielen Lösemitteln durch Kondensation bei Luftaustrittstemperaturen oberhalb von 0 °C erzielen, wie die folgenden Beispiele zeigen.
Lösemittelkondensation oberhalb von 0 °C
Soll Prozessabluft (1000 m³/h) von Butanol und Isopropanol gereinigt werden, kann dies in zwei Stufen geschehen: in einer Vorstufe mit Wasserkühlung und einer Hauptstufe mit Solekühlung als Kältekreis. So enthält 60 °C warme, gesättigte Abluft noch maximal 189 Anteile Butanol und 830 Anteile Isopropanol in g/m³ Luft. Nach der Luftabkühlung auf +10 °C verbleiben noch sechs Anteile Butanol und 57 Anteile Isopropanol in g/m³ Luft.
Der maschinelle Aufwand für die Wasserkühlung der Vorstufe ist verhältnismäßig gering. Bei der Vorkühlung mit Wasser werden etwa 4 m³/h benötigt – beispielsweise Flusswasser mit 14 °C – und 18 kW Kühlleistung. Die Hauptstufe wird mit Sole von 0 °C betrieben und erreicht 9 kW, also ein Drittel der gesamten Kühlleistung. Über ein Warmwasserheizregister kann die Luft wieder auf die Anfangstemperatur nachgeheizt werden. Der zugehörige Kaltsolesatz wird separat außerhalb der Ex-Zone aufgestellt.
Die Lösemittelkondensation gelingt auch mit einer luftgekühlten Vorstufe, sollte kein Kühlwasser vorhanden sein. Im Vergleich zur wassergekühlten Vorstufe ist jedoch ein größerer maschineller Aufwand erforderlich. Zudem verschieben sich die Anteile der Kühlleistungen für Vor- und Hauptstufe. So bekommt der Kältekreis der Hauptstufe den größeren Anteil, weshalb der Kälteteil größer ausgeführt werden muss.
Bei der luftgekühlten Vorstufe ergeben sich für dieselben Vorgaben (Luftmenge, Eintritts- und Austrittstemperatur) folgende Leistungsanteile:
• 9 kW Kühlleistung der Vorstufe bei Raumluft 35 °C im Sommer
• 18 kW Kühlleistung der Hauptstufe
Wird eine Nachheizung der abgekühlten Luft beispielsweise auf die ursprüngliche Eintrittstemperatur gewünscht, lässt sich mit dieser luftgekühlten Variante eine teilweise Nachheizung mit einem Gegenstrom-Wärmetauscher in der Vorstufe realisieren. Dies spart Heizenergie.
Solekühlung der Hauptstufe
Für die Solekühlung der Hauptstufe können wasser- oder luftgekühlte Kühlgeräte zum Einsatz kommen. Sie sind dann außerhalb der Ex-Zone aufzustellen und werden mit zwei gegen Schwitzwasser isolierten Rohrleitungen verbunden. Die erforderlichen Teile für den geschlossenen Solekreislauf – wie Pumpe, Soletank, Membrangefäß und die Steuerung einschließlich der Temperaturregelung – sind eingebaut.
Die Kühlgeräte der Baureihe Kücon sind mit einer automatischen, stufenlosen Regelung der Kühlleistung ausgerüstet, um die geforderte Leistung im Bereich von 100 bis 0% ohne Abschaltung des Kältekreises anzupassen. Damit wird der Kälteverdichter geschont und schädliche Einschaltstromstöße unterbleiben.
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