Korrosionsbeständiger Verbundwerkstoff

Carbonfasern für die Destillation

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Carbonprodukte kommen immer dann zum Einsatz, wenn andere Materialien wie Stahl, Aluminium, Kupfer oder Kunststoff bezüglich ihrer Werkstoffeigenschaften wie Temperatur- und Korrosionsbeständigkeit an ihre Grenzen stossen. Die Mellacarbon-Einbauten für Trennkolonnen ermöglichen Anwendern den Bau von Anlagen mit einer deutlich höheren Kapazität. Die Basis für die Produktentwicklung war eine fruchtbare Zusammenarbeit zwischen Sulzer und SGL Carbon.

Kolonneneinbauten oder Packungen bestehen für gewöhnlich aus Metall, Kunststoff oder Graphit. Sulzer hat jetzt eine neue Reihe von Einbauten aus korrosionsbeständigen Kohlenstofffaser-Verbundwerkstoffen (CFC) für Trennkolonnen entwickelt. Die unter dem Markennamen Mellacarbon eingeführten Einbauten sind genauso beständig wie die bekannten Graphiteinbauten, aber leichter, fester und steifer. Sie sind in der Lage, höheren Temperaturen standzuhalten als Kunststoffe, und kosten weniger als Sondermetalle. Ein spezielles Stecksystem ermöglicht die Realisierung größerer Durchmesser, sodass größere Kolonnen mit deutlich höherer Kapazität gebaut werden können.

Merkmale von Kohlenstofffasern

Kohlenstofffasern werden durch die thermische Zersetzung von Kunststofffasern gewonnen, die zuerst bei 180 bis 300 °C unter Spannung an der Luft oxidiert werden. Durch Erwärmen der Fasern auf 1600 °C entsteht amorpher Kohlenstoff. Bei weiterer Erwärmung auf 3000 °C erhalten die Fasern eine kristalline Struktur. Die einzelnen Kohlenstofffasern haben einen Durchmesser von 5 bis 8 µm. Ihre Festigkeit ist bei gleichem Gewicht deutlich größer als die von Stahl. Die Dichte von Kohlenstoff beträgt 1,8 g/cm3, während Aluminium eine Dichte von 2,7 g/cm3 und Stahl von 7,8 g/cm3 besitzt. Zu den weiteren Vorteilen von Kohlenstoff gehören seine gute elektrische und thermische Leitfähigkeit. KohlenstofffaserVerbundwerkstoffe (CFC) sind weit verbreitet. Bei der CFC-Herstellung werden die Fasern als sogenannte Multifilamente (Fäden aus mehreren einzelnen Fasern) zu Bändern oder Geweben verarbeitet, die dann mit Kunststoffmonomeren (Epoxidharzen, Thermoplasten) imprägniert und polymerisiert werden. Das Ergebnis sind leichte, stabile Formprodukte, die äußerst zugfest, biegefest und korrosionsbeständig sind.

Der hochmoderne CFC-Werkstoff mit dem Namen Sigrabond stellt eine ökonomische Lösung dar. Mit dem neuen Design kann das Gewicht der Roste um rund 90 % reduziert werden, während die offene Fläche für die Wiederverteilung um 60 % vergrößert wird. Zudem erlaubt das Design (Abb. 2) den Bau von Kolonneneinbauten mit einem Durchmesser von über einem Meter, die einfach über einem Mannloch installiert werden können.

Getestete Wasserdurchlässigkeit

Bei einer der ersten Besprechungen des Innovationsteams war noch nicht klar, wie viel Flüssigkeit durch eine Wand aus CFC dringen würde. Kurzerhand nutzte das fünfköpfige Team eine Küchenspüle in der Nähe des Besprechungsraums als Testumgebung. Das Team füllte einen CFC-Behälter mit Wasser, den man für den Rest des Tages auf dem Tisch im Besprechungsraum stehen ließ.

Am Ende des Tages waren alle von den Eigenschaften des Materials überzeugt, da im Vergleich zur Strömung durch den Verteiler nur sehr wenig Flüssigkeit durch die Wände verloren ging. Um das Management von den Fähigkeiten des CFC-Werkstoffs zu überzeugen und die Verteilungseigenschaften zu demonstrieren, stellte das Team ein Modell zur Verfügung, das jederzeit unter einem Wasserhahn geprüft werden kann – quasi als langfristige Machbarkeitsstudie.

Fruchtbare Partnerschaft

Mit SGL hat Sulzer einen idealen Partner gefunden, der über einschlägige Erfahrung auf diesem speziellen Gebiet der Werkstofftechnik und über das notwendige Know-how zur Fertigung der CFC-Produkte verfügt. Nachdem die vertraglichen Grundlagen gelegt waren, stand einer effizienten Kooperation zwischen den Werkstoffexperten von SGL und den Engineering-Spezialisten von Sulzer nichts mehr im Weg. „Entscheidend für den Erfolg dieser F&E-Partnerschaft war eine offene und dynamische Kommunikation zwischen den Teams und einzelnen Spezialisten beider Unternehmen. Wir hatten bereits viele Ideen für technische Lösungen, und nachdem der Kooperationsvertrag stand, entwickelte sich eine offene Diskussion, die es uns ermöglichte, die größten technischen Herausforderungen schnell zu bewältigen“, erklärt Johannes Rauber, Senior Application Manager von Sulzer Chemtech.

www.prozesstechnik-online.de

Suchwort: cav0419sulzer


Autor: Christian Bachmann

Senior Expert Column
Internals,

Sulzer


Einbauten auf CFC-Basis:   Kooperation mit SGL

Die neue Familie von Einbauten auf CFC-Basis wurde gemeinsam mit der SGL Group entwickelt. SGL ist einer der marktführenden Hersteller von Kohlenstoff- und Kohlenstoff-Verbundwerkstoffen. Rund 70 % der Mitarbeiter der SGL Group sind in Europa beschäftigt. Die gesamte globale Forschung
und Entwicklung findet im Technologie- und Innovationszentrum in Meitingen in Deutschland statt. Der Haupt
sitz befindet sich in Wiesbaden, Deutschland.

Entscheidend für die Innovation war, dass das Team auf einem bekannten Sulzer-Produkt aufbauen und dieses verbessern konnte. Sulzer stellte das Wissen in den Bereichen Design, Prüfung und Installation, während SGL das Know-how für die Fertigung mit dem CFC-Werkstoff beisteuerte. Über drei Jahre lang arbeiteten Sulzer und SGL unermüdlich an der Entwicklung und Fertigung der ersten einsatzfähigen Produkte aus dem neuen Material. Dazu gehörten auch umfangreiche Tests im Labor und auf dem Prüfstand, um das Verhalten des Werkstoffs genau nachvollziehen zu können.

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