Für den harten Einsatz

Dipl.-Ing. Frank Lehnhoff

Der Diabon-Plattenwärmeübertrager arbeitet nach dem gleichen Prinzip wie konventionelle Plattenwärmeübertrager, allerdings werden die Platten, die die Fluide voneinander trennen, aus speziellen Grafitwerkstoffen gefertigt. Als Werkstoffe stehen mit Diabon F100 und NS1/NS2 zwei unterschiedliche Konzepte zur Verfügung. Die Wärmeübertragungskanäle entstehen, wenn die zu einem Plattenpaket zusammengefassten Grafitplatten mit Dichtungen abgedichtet werden. Die Spannbolzen sind, anders als bei konventionellen Plattenwärmeübertragern, mit Federn versehen. Diese kompensieren die thermische Ausdehnung der Wärmeübertragungsplatten. Es stehen drei unterschiedliche Plattengrößen zur Verfügung. Grundsätzlich zeichnet sich der Plattenwärmeübertrager bedingt durch in der Regel turbulente Kanalströmungen durch eine geringe Verschmutzungsneigung aus. Darüber hinaus ist er zu Reinigungszwecken auf beiden Seiten mechanisch leicht zugänglich und kann durch Hinzufügen oder Entnehmen von Platten an geänderte Prozessanforderungen angepasst werden. Ein weiterer Vorteil ist das geringe Inhaltsvolumen und die damit verbundene schnelle Reaktion auf Änderung von Regelgrößen.

Vor 20 Jahren haben Alfa Laval und SGL Carbon Deutschland in einem Joint- Venture gemeinsam den ersten Diabon-Plattenwärmeübertrager (Diabon F100) entwickelt. Aufgrund der großen Nachfrage folgten im Jahr 1994 Platten aus den Werkstoffen Diabon NS1/NS2. Die Diabon-Wärmeübertrager verfügen über deutlich bessere Wärmeübertragungseigenschaften als Wärmeübertrager aus den Werkstoffen Glas oder Teflon. Dies drückt sich in einem höheren Wärmerückgewinnungsgrad bzw. einer größeren Temperaturannäherung zwischen den beiden Fluiden aus. Gleiches gilt auch im Vergleich zu Block- und Rohrbündelwärmeübertragern aus Grafit. Mit den Diabon-Plattenwärmeübertragern lassen sich Temperaturannäherungen von nur 1 bis 2 K realisieren. Erfahrungen haben gezeigt, dass sich gerade das Plattenwerkstoffkonzept Diabon NS1/NS2 als besonders robust darstellt. Aufgrund der hervorragenden Korrosionseigenschaften lassen sich Diabon-Plattenwärmeübertrager für eine Vielzahl von Aufgabenstellungen einsetzen. Einige Anwendungen sind z. B. Salzsäure und HCl-Gas in allen Konzentrationen, Schwefelsäure bis zu 90 %, Flusssäure bis zu 60 %, Phosphorsäure in allen Konzentrationen, Beizbäder, Mischsäuren, Chlorkohlenwasserstoffe und Katalysatoren wie z.B. Aluminiumchlorid.

Diabon F100 ist ein fluorkunststoffgebundener, porenfreier Feinkorngrafit mit extrem homogener Materialstruktur. Der Fluorkunststoff umgibt die Grafitkörner wie eine Haut und ist fein zwischen diesen verteilt. Diabon F100 ist daher gegen stark oxidierende Fluide wie Salpetersäure bzw. Gemische aus Salpetersäure und Flusssäure, die beim Beizen von Edelstahl zum Einsatz kommen, äußerst resistent. Zusätzlich wird die Verschmutzungsneigung der Platten durch die antiadhäsive, porenfreie Oberfläche minimiert. Diese Antifouling-Eigenschaft des Plattenwerkstoffes wird durch das hochturbulente Plattenprofil noch erhöht. Die Platten werden nach dem Heißpressverfahren gefertigt.

Diabon NS1 und NS2 sind kunstharzimprägnierte Feinkorngrafitwerkstoffe, die sich durch eine homogene Materialstruktur und gleichförmige Porenverteilung auszeichnen. Diese Kombination resultiert in hoher Festigkeit verbunden mit ausgezeichneten Wärmeübertragungseigenschaften. Sicherheitsbetrachtungen unter Verwendung finiter Elemente zeigen, dass der Sicherheitsfaktor bei Diabon-NS1-Plattenwärmeübertragern hinsichtlich Spannungsrissbildung und Materialermüdung fünfmal höher ist als bei anderen Bauformen, z. B. Grafit-Blockwärmeübertragern.

Der Werkstoff NS2 zeichnet sich im Vergleich zu NS1 durch seine extrem homogene Materialstruktur mit deutlich reduziertem Porenanteil aus. Die besondere Materialstruktur wird durch einen zusätzlichen Imprägnierungsschritt erzielt. Diabon NS2 verfügt zudem über eine höhere Festigkeit und geringere Quellempfindlichkeit und ist damit noch korrosionsbeständiger und undurchlässig für Gase und Flüssigkeiten. Die Kanalgeometrie entsteht auf der einen Seite durch mechanische Bearbeitung in Form eines Wellenmusters, während die Platte auf der anderen Seite über eine unprofilierte, glatte Oberfläche verfügt. Das Plattenprofil resultiert in einer effizienten Wärmeübertragung in Verbindung mit einem geringen Druckabfall. Dieser Plattentyp eignet sich für die Temperierung mittels Dampf sowie zur Kondensation von korrosiven Fluiden. Die Kanalgeometrie gestattet auch Fluide mit einem gewissen Anteil an Feststoffen und Fasern.

Bei den Diabon-Plattenwärmeübertragern findet ein PTFE-Dichtungsband Verwendung. Beim Zusammenbau des Wärmeübertragers wird eine weiche PTFERundschnur auf eine Filmdicke von ca. 0,2 mm verpresst. Die filmartige Dichtung, die sich beim Öffnen des Wärmeübertragers leicht entfernen lässt, bietet den Fluiden nur eine kleine Angriffsfläche und zeichnet sich durch eine hohe chemische Beständigkeit gegenüber allen bekannten Chemikalien aus. Ein Vorteil ist, dass die Dichtung prinzipiell unbegrenzt lagerfähig und bei sehr hohenTemperaturen (>180 °C) einsetzbar ist. Die Ausnahme bildet der kleinste Apparatetyp. Hier kommt abweichend die Dichtungsqualität Sigraflex zum Einsatz, die gleichfalls über sehr gute Beständigkeitseigenschaften verfügt.

cav 401

Plattenwärmeübertrager

Diabon

IFAT  2008