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Korrosive Medien sicher beherrschen

Wärmetauscher und verfahrenstechnische Apparate aus veredeltem Grafit
Korrosive Medien sicher beherrschen

Die Verwendung von Apparatebaugrafit (Diabon) oder von PTFE-ausgekleidetem Stahl (Licuflon) als korrosionsbeständige Werkstoffe ermöglichen den effektiven Bau von Wärmeaustauschern und anderen verfahrenstechnischen Apparaten. Aufgrund der verschiedenen Anforderungen sowie gestiegenem Kostenbewusstsein bei den Anwendern, ist eine aus technischer und ökonomischer Sicht optimale Lösung notwendig. Dabei kommt das volle Produktspektrum der SGL Group zum Einsatz.

Dipl.-Ing. Klaus Baldermann

Aufgrund seiner überragenden Wärmeleitfähigkeit eignet sich Grafit insbesondere zur Konstruktion von Wärmeaustauschern. Der Grafitwerkstoff Diabon zeichnet sich durch eine sehr gute Korrosionsbeständigkeit bei Temperaturen von -60 bis +200 °C aus. Diabon besteht überwiegend aus polykristallinem Grafit, dessen offene Poren mithilfe eines Phenolharzes geschlossen werden, so dass ein gas- und flüssigkeitsdichtes Material entsteht.
Diabon ist beständig gegen die meisten konzentrierten Säuren wie Salzsäure, Flusssäure, Phosphorsäure und Schwefelsäure sowie alle wässrigen Lösungen, die Halogenide, Nitrate oder Sulfate enthalten. Darüber hinaus können nahezu alle gängigen organischen Lösemittel mit dem Werkstoff Diabon kombiniert werden. Als eine der wenigen Ausnahmen für die eingeschränkte Beständigkeit von Grafit sind stark oxidierende Medien wie z. B. Salpetersäure, hochkonzentrierte Schwefelsäure (Oleum) und Chromsäure zu nennen.
Die verschiedenen Grafitwerkstoffe, die die SGL Group für die Anwendungen im chemischen Apparatebau anbietet, unterscheiden sich im Wesentlichen durch
  • ihren Anteil an kristallinem Kohlenstoff,
  • ihr Porenvolumen und die Porengrößenverteilung sowie
  • den zur Imprägnierung verwendeten Kunststoff.
Daraus ergeben sich unterschiedliche mechanische und thermische Eigenschaften, so dass sich die einzelnen Grafitwerkstoffe optimal für unterschiedliche Anwendungen einsetzen lassen:
Diabon NS1 ist ein dichter, kunstharzimprägnierter Apparatebaugrafit mit sehr homogener Materialstruktur für die Fertigung von Wärmeaustauschern und Chlorwasserstoff-Syntheseanlagen sowie allen druck- und temperaturbelasteten Bauteilen.
Diabon NS2 ist ein dichter, kunstharzimprägnierter Apparatebaugrafit mit geringem Porenvolumen bei reduzierter Porengröße und höheren Festigkeitswerten für Rohrböden, Blöcke und Rohre für Wärmeaustauscher bei erhöhter mechanischer Beanspruchung und/oder extrem korrosiven Medien und Lösemitteln.
Diabon NS+ ist ein dichter, kunstharzimprägnierter Feinkorn-Apparatebaugrafit mit sehr geringem, gleichmäßig verteiltem Porenvolumen bei minimaler Porengröße und höchsten Anforderungen an Festigkeitswerte für Rohrböden und Blöcke und/oder extrem korrosiven Medien und Lösemitteln.
Diabon CT ist ein dichter, PTFE-imprägnierter Apparatebaugrafit mit sehr homogener Materialstruktur für Blockwärmeaustauscherblöcke bei oxidierenden und basischen Medien.
Diabon F100 ist ein fluorkunststoffgebundener Grafit mit sehr hohem Grafitanteil und sehr homogener Struktur für Plattenwärmeaustauscherplatten sowohl bei abrasiver Beaufschlagung als auch für Prozesse mit oxidierenden Chemikalien.
Wärmeaustauscher aus Diabon
Der patentierte Mehrfach-Rohrbündelwärmeaustauscher RM aus Diabon verfügt im Vergleich zu herkömmlichen Rohrbündelapparaten über eine Wärmeaustauschfläche, die anstelle eines einzigen Rohrbündels nunmehr auf mehrere kleinere Rohrbündel aufgeteilt ist. Die Grafit-Rohrbündel werden jeweils in einen Mantel aus Kohlenstoffstahl eingebaut. Eines oder mehrere dieser Elemente (Modulbauweise) können dann in ein Gestell mit Stützplatten integriert werden. Die Rohrbündel sind sowohl gegen die Stahlflansche als auch gegen die Kopfstücke mit O-Ringen abgedichtet. Das besondere Konzept ermöglicht einfachen oder mehrfachen Gegenstrom oder mehrere unterschiedliche Anwendungen in einem Apparategestell, z. B. mehrere Kondensationsstufen sowie Restgas- und Kondensatunterkühlung mit jeweils unterschiedlichen Kühlmedien. Ein weiterer, ganz besonderer Vorteil dieser Bauart ergibt sich daraus, dass reiner Gegenstrombetrieb möglich ist und deshalb im Vergleich zu Standardapparaten die volle Temperaturdifferenz ausgenützt werden kann. Anwendungen mit mehrfachem Durchgang und gleichzeitiger Überschneidung der Kühlwassertemperatur und der Prozessmedientemperatur werden damit möglich. Dies kann zu einer Flächeneinsparung von bis zu 40 % führen. Die optimierte Auslegung mit Anströmung auf jeweils kleinere zylindrische Rohrfelder garantiert für jedes Bündel identische Verhältnisse ohne Toträume bzw. unterströmte Zonen und Verwirbelungen. Aufgrund dieser Tatsache zeigen diese Apparate beim Betrieb mit Medien, die eigentlich zu Verschmutzung neigen, ein besonders gutes Anti-Fouling-Verhalten und somit eine deutlich erhöhte Verfügbarkeit.
Blockwärmetauscher
Die jüngste Innovation stellt der Sicabon-Blockwärmeaustauscher aus EKasic-C-Siliziumcarbid dar. Sicabon verbindet hierbei das Know-how der SGL Group bei der Herstellung von Wärmeaustauschern mit der Kompetenz von ESK Ceramics bei der Produktion von Blöcken aus gesintertem Siliziumcarbid. Dieser besondere Wärmeaustauschertyp wurde zusammen mit den Anwendern speziell für die Bedürfnisse der Fine- und Pharmaindustrie sowie für Anwendungen mit höchsten korrosiven Belastungen entwickelt. Sicabon-Wärmeaustauscher bestehen aus SiC-Blöcken, die mit horizontalen und vertikalen Bohrungen versehen sind, durch die die Prozessmedien strömen. Die Blöcke werden übereinander montiert und mit korrosionsbeständigen Dichtungen gegeneinander abgedichtet. Ein frei beweglicher Stahlmantel umschließt die gesamte Blocksäule und wird gegen die Kopfstücke abgedichtet (z. B. über einen O-Ring). Die unterschiedlichen Wärmeausdehnungen von Siliziumcarbid und Stahl können so über Schraubenfedern ausgeglichen werden. Die Kopfstücke können aus emailliertem oder PTFE-ausgekleidetem Stahl ausgeführt werden. Die besonderen Vorteile dieses Wärmeaustauschertyps sind die sehr guten Wärmeübertragungsleistungen, Thermoschockbeständigkeit sowie nahezu universelle Korrosionsbeständigkeit. So können stark oxidierende Medien oder z. B. Mischbeaufschlagungen von stärksten organischen Lösemitteln, Säuren oder Laugen, bei denen Apparatebaugrafit an seine Grenzen gerät, bei Temperaturen bis zu +200 °C (+400 °C) eingesetzt werden. Speziell für die Fine- und Pharmaindustrie bestechen als weitere Vorteile des Sicabon-Designs die geringe Anzahl von prozessberührenden Dichtungen sowie eine hohe Gewährleistung der Produktreinheit, da keine Partikel herausgelöst werden können. Einsatzgebiete dieses Wärmeaustauschertyps sind insbesondere Kondensatoren, Verdampfer und Heizer. Die mögliche GMP-gerechte Ausführung der Sicabon-Apparate vereint somit zusammen mit den angesprochenen Vorteilen ein ausgereiftes verfahrenstechnisches Design mit den Vorzügen des Hochleistungswerkstoffs Siliziumcarbid.
Thermische FCKW-Zerstörung
Die Porenbrennertechnik wird seit einigen Jahren erfolgreich in der Energie- und Wärmetechnik angewandt. Wegen ihrer Vorteile – vollständige Umsetzung, kompakte Bauweise, kleiner Betriebsinhalt, großer Betriebsbereich – ist diese Hochtemperaturtechnologie auch für die thermische Nachbehandlung von korrosiven Industrieabgasen interessant. Der Ecopor-Porenbrenner ist eine leistungsfähige Mehrzweckanlage für die Synthese von Salz- bzw. Flusssäure aus (fluor)chlorkohlenwasserstoffhaltigen Industrieabgasen, in der die Schadstoffe durch einen Porenbrenner zerstört werden. Somit kann mit dieser Anlage der Chlor- bzw. Fluorkreislauf geschlossen werden. Die Umsetzung der Brenngase erfolgt in den Poren einer inerten Festkörpermatrix aus zwei Bereichen, die sich hinsichtlich der Porengröße und z. B. Wärmetransporteigenschaften unterscheiden. Die Matrix besteht aus einer Schüttung von Raschigringen geeigneter Größe, die aus Aluminiumoxid oder Siliziumcarbid hergestellt werden. Durch die hervorragenden Wärmetransporteigenschaften durch Wärmeleitung und Wärmestrahlung innerhalb der Festkörpermatrix ist der Wärmetransport gegenüber einer freien Flamme deutlich effektiver. Ein praktisch vollständig genutztes Reaktionsvolumen führt somit dazu, dass die notwendige Brennkammer, im Vergleich zu konventionellen Öfen, viel kleiner ausgelegt werden kann. Zur Reaktionskontrolle wird das aus der Verbrennungszone tretende Rauchgas in einem Heißgaskühler, der unmittelbar an die Brennkammer angeschlossen ist, abrupt auf Temperaturen unter 200 °C abgekühlt. Die Gesamtanlage zur thermischen FCKW-Zerstörung besteht aus dem eigentlichen Porenbrennersystem und einem nachgeschalteten Anlagenteil zur Aufarbeitung des HCl- bzw. HF-haltigen Rauchgases, gefertigt aus hochwertigem Diabon-Apparatebaugrafit. Zur Aufarbeitung des Rauchgases werden die Halogenwasserstoffe (HCl und/oder HF) in einem Fallfilmabsorber, der an den Gaskühler des Porenbrennersystems angeflanscht ist, und einem nachgeschalteten Wäscher abgetrennt und in Form von konzentrierten Säuren gewonnen. Bei geeigneter Reaktionsführung kann Lebensmittel- bzw. technische Qualität erreicht werden.
Mit der Porenbrennertechnik Ecopor wird eine Umsetzung der zu verbrennenden Schadstoffe bis nahe an das chemische Gleichgewicht erreicht. Das in die Atmosphäre abgegebene, gereinigte Abgas erfüllt stets die Vorgaben der TA-Luft, auch wenn der Volumenstrom und die Zusammensetzung des Rohgases schwanken. Porenbrenner können schnell an- und abgefahren und in einem großen Leistungsbereich betrieben werden. Sie kommen ohne Stützbetrieb aus und verfügen, bezogen auf ihre thermische Leistung, über sehr kleine Abmessungen. Sicherheitstechnisch von Bedeutung sind die kurzen Notabschaltzeiten von 2 Sekunden und der niedrige Betriebsinhalt.
Halle 4, Stand C20
Diabon-Werkstoffe cav 432
Mehrfach-Rohrbündelwärmetauscher cav 433
Blockwärmeaustauscher cav 434
Porenbrennertechnik cav 435

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