Umstellung auf die Platte kann sich lohnen

Eindampfanlagen werden in vielen Bereichen gebraucht: In der Lebensmittelindustrie etwa bei Zucker und anderen Süßungsmitteln, bei Stärke, Fruchtsaftkonzentraten oder Extrakten, zudem aber auch in der pharmazeutischen und chemischen Industrie und für die Aufkonzentrierung von Prozessabwasser. Der Einsatz von Plattenverdampfern und -kondensatoren kann hier an vielen Stellen helfen Platz und Energie zu sparen, denn durch speziell gefertigte Platten und Prägemuster können optimale Verdampfungsergebnisse in kompakter Bauform erreicht werden. Die Ausführung einer Eindampfanlage mit Plattenverdampfern und -kondensatoren kann im Vergleich zu herkömmlichen Fallfilm- oder Dünnschichtverdampfern zu mehr als einer Halbierung der Anlagenhöhe führen. So ist es möglich, eine über vier Ebenen reichende Fallfilmverdampferanlage mit einer Bauhöhe von 16 m durch eine Anlage mit Plattenapparaten und einer Höhe von 8 m über zwei Ebenen zu ersetzen. Durch diese verhältnismäßig niedrigen Anlagen ergeben sich bei den Investitionskosten für das umgebende Gebäude oder Stahlkonstruktionen zusätzliche Einsparpotenziale. Bei bereits vorhandenen Konstruktionen ermöglichen Plattenverdampfer eine einfache Erweiterung der Anlage, z. B. als sogenannte Booster.

Das Herz einer jeden Eindampfanlage ist der Verdampfer, mit dessen Hilfe das Produkt von seinem Lösemittel getrennt wird. Alfa Laval setzt mit der Alfavap-Baureihe auf Steigstromverdampfer in kompakter Plattenbauform, die nicht nur weniger Platz benötigen als Konkurrenztechnologien, sondern auch bei veränderten Betriebsbedingungen flexibel angepasst werden können. Beim Alfavap wird das Kassettenkonzept verwendet, bei dem die Platten in Paaren verschweißt sind. Die spezielle Prägung der Platten bewirkt hohe Turbulenzen und damit einen hohen Wärmedurchgangskoeffizienten. Der Steigstromverdampfer ist besonders wirksam bei hohen Konzentrationen und hohen Viskositäten und kann auch bei Temperaturunterschieden von nur 3 K arbeiten. Beim Einsatz des Alfavap mit thermischer und mechanischer Brüdenverdichtung (TVR, MVR) stellt dies einen enormen Vorteil dar.

Mit dem Alfacond steht ein Plattenwärmeübertrager zur Verfügung, der speziell für die Vakuumkondensation ausgelegt ist. Er besteht aus einem Plattenpaket mit in Paaren verschweißten Platten, die Kassetten bilden. In den geschweißten Kanälen strömt der kondensierende Brüden und die mit Dichtungen versehenen Kanäle sind für das Kühlwasser vorgesehen. Durch die asymmetrische Anordnung der Kanäle mit einem großen Kanal auf der Brüdenseite und einem kleinen Kanal auf der Kühlwasserseite ist die Plattengeometrie nahezu ideal für die Kondensation. Dadurch kann ein sehr niedriger Druckabfall auf der Brüdenseite gehalten werden, während auf der Wasserseite Geschwindigkeit und Turbulenzen bestehen bleiben. Im Ergebnis führt dies zu einer Maximierung des Wärmedurchgangskoeffizienten und eine Minimierung von Verunreinigungen, wodurch sehr engen Temperaturdifferenzen zwischen Kühlwasseraustritt und Kondensationstemperatur möglich werden. Kondensationstemperaturen von 40 °C sind üblich bei der Verwendung der Alfacond-Plattenkondensatoren.

In einer Eindampfanlage lässt sich der Energieverbrauch durch die Anzahl der eingesetzten Stufen beeinflussen. Die zur Verfügung stehende Temperaturdifferenz aus der gegebenen Heizdampftemperatur und der sich ergebenden Kondensationstemperatur im Kondensator definiert die Anzahl der Verdampferstufen. Als Beispiel dient eine bisher in zwei Stufen betriebene Eindampfanlage mit Fallfilmverdampfer und Rohrbündelkondensatoren. Durch die Umrüstung des Kondensators auf einen Plattenkondensator ist eine Erhöhung der Temperaturdifferenz zwischen Heizdampf- und Kondensationstemperatur bei der Beibehaltung des bisherigen Kühlwassers möglich. Die gewonnene Differenz kann für den Einsatz einer zusätzlichen Verdampferstufe genutzt werden. Unter Berücksichtigung dieses Effekts und der Umrüstung der Vorwärmer auf Plattenwärmeübertrager ergibt sich eine Frischdampfreduzierung von 35 bis 40 %. Neben diesen anlagentechnischen Veränderungen lässt sich durch den Einsatz der Plattensteigstromverdampfer auch der Energieverbrauch der Pumpen verringern.

Produkte, die zu Verschmutzungen neigen, müssen häufig durch den Verdampfer rezirkuliert werden, damit eine ausreichende Befeuchtung der Verdampferoberflächen gewährleistet wird, um das Fouling bzw. Scaling zu minimieren. Bei der Verwendung eines Fallfilmverdampfers muss für die gewünschte Rezirkulation die gesamte Höhe des Apparats überwunden werden. Dies können über 12 m sein. Durch den Einsatz eines Plattensteigstromverdampfers verringert sich die statische Höhe. Im besten Fall wird aufgrund des Naturumlaufs keine zusätzliche Pumpe benötigt. Unter dem Strich kann dies den Stromverbrauch in der Gesamtanlage um bis zu 80 % reduzieren. Es zeigt sich, dass neben einer produktschonenderen und platzsparenden Anlage auch eine Steigerung der Effizienz mittels Plattenverdampfern und -kondensatoren realisiert werden kann, und das alles bei niedrigeren Installationskosten.

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