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Gefährliche Arbeitsstoffe sicher abtrennen

Zentrifugieren und trocknen im hermetisch geschlossenen System
Gefährliche Arbeitsstoffe sicher abtrennen

Die Kombination der HF Stülpfilterzentrifuge mit der HGR Kreisgasanlage ermöglicht die Aufbereitung toxischer und kanzerogener Stoffe unter Schutzgas. Umwelt- und Gesundheitsgefährdung durch Produktaustritt sowie eine Verschlechterung der Produktqualität durch Fremdstoff- und Luftzutritt von außen werden dadurch vermieden.

Dr. Hans Korfmann, Dr. Max Königseder

Die Heinkel HF Stülpfilterzentrifuge mit Kreisgasanlage (Abb. 1) ermöglicht eine restschichtfreie und kornschonende Fest-Flüssig-Trennung. Besonders geeignet ist diese Technologie für Mehrzweckanlagen mit häufigem Produktwechsel. Nach dem Trennvorgang wird der Trommeleinsatz durch eine Translationsbewegung geöffnet und der Feststoff unter Rotation ausgetragen. Dieses System bewirkt einen restschichtfreien Betrieb ohne die bekannten Probleme einer Grundschichtverstopfung, da auch wenige Millimeter hohe Kuchen bei jeder Charge vollständig aus der Zentrifuge entfernt werden (Abb. 2). Einsetzen lässt dich die Zentrifuge in der Pharmaindustrie, der Biotechnologie, der Feinchemie und der Lebensmittelverfahrenstechnik. Die Anlage arbeitet vollautomatisch und wird über Display oder Prozessleitsystem überwacht. Im werkseigenen Technikum können Versuche unter Produktionsbedingungen durchgeführt werden. Die Stülpfilterzentrifuge erfüllt die GMP-Anforderungen und die GAMP-Empfehlungen für validierte Prozesse. Mit dem Einsatz einer Kreisgasanlage lassen sich die Einsatzmöglichkeiten der Zentrifugen erweitern.
Trocknungsprozess
Nach der klassischen Zentrifugation oder der druckgasüberlagerten Zentrifugation (Hyperzentrifugation) wird durch das zentrale Füllrohr der Stülpfilterzentrifuge trockenes Gas, meist Stickstoff, mit Druck in die Trommel eingeführt. Das Gaspolster durchströmt mit hoher Geschwindigkeit die geöffneten Kapillaren und entspannt am Außenrand der Trommel. Die Hindurchführung des Gases mit hoher Geschwindigkeit bewirkt einerseits ein beschleunigtes Abführen des Feuchtigkeitsfilms auf der Oberfläche der Partikel. Andererseits wird durch das Antrocknen der oberen Kornschichten die durch die Oberflächenspannung der Flüssigkeit verursachte Stabilität der remanenten Feuchte eliminiert. Der Flüssigkeitsfilm kontrahiert zu einem kleinen Tröpfchen und wird durch die wirkenden Massenkräfte abgeführt. So lässt sich die Flüssigkeit in den Kontaktstellen der Partikel vollständig abtrennen. Schrumpfrisse, die abhängig vom Feuchtigkeitsgehalt der Feststoffpackung bei der Trocknung auftreten können, sind bedeutungslos, da bei dieser Art der Trocknung zwei Potentiale gleichsam wirken: Der hohe Zentrifugalwert und der hohe Differenzdruck. Die Trocknung kann auch bei Temperaturen durchgeführt werden, für die sonst Vakuumprozesse notwendig sind.
Kreisgasführung
Das mit Flüssigkeit beladene Gas aus dem Trockenprozess wird in der Kreisgasanlage auf den bis 5 bar einstellbaren Betriebsdruck rekomprimiert, wieder aufgeheizt und in den Kreisprozess zurückgeführt. Die beim Trocknungsvorgang aufgenommene Flüssigkeit, zum Beispiel Lösemittel, wird dabei bis auf einen beliebig kleinen Restgehalt abgetrennt und ausgeschleust. Durch die Kombination von Stülpfilterzentrifuge und Kreisgasanlage wird die Isolierung von Feststoffen in einem vollständig geschlossenen System ermöglicht, von der Suspensionsaufgabe bis zur Abfüllung des trockenen Produktes. Diese spezielle Betriebsweise führt auch zu einer Verringerung der umweltbelastenden Abgase.
Im Gegensatz zur Zentrifuge arbeitet das Kreisgassystem kontinuierlich und ist während der Prozessschritte Füllen, Schleudern, Waschen, Endschleudern und Austrag des Feststoffes von der Zentrifuge isoliert. Das Kernelement der Kreisgasanlage stellt ein Flüssigkeitsringkompressor dar. Das Kondensat dient als Sperrflüssigkeit für den Kompressor (ggf. können andere Flüssigkeiten zugesetzt werden). Die Kompressionsenergie der umlaufenden Sperrflüssigkeit wird an einen wassergekühlten Rohrbündelwärmetauscher übertragen. Die Temperaturen bewegen sich in diesem Anlagebereich zwischen 30 und 45 °C.
Zweite Kühlstufe
Eine weitere Abkühlung des abströmenden komprimierten Gases lässt sich in einer nachgeschalteten zweiten Kühlstufe, deren Temperaturniveau durch den angestrebten Restgehalt an Flüssigkeit im rückgeführten Gas bestimmt wird, erreichen. Je nach Anforderung und Eigenheiten des Systems ist die zweite Kühlstufe in zwei verschiedenen Versionen ausgelegt. Die Kühlung kann in einem Waschturm mit einem eigenen solegekühlten Kühlkreislauf erfolgen (Abb. 2). Als Wärmeüberträger dient das Kondensat oder eine zur Senkung des Dampfdruckes eingespeiste Waschflüssigkeit. Je nach Anforderungen an das gereinigte Kreisgas kann die Temperatur im Waschturm weit unter 0 °C liegen. Durch die Verwendung eines zusätzlichen Waschmediums wird der Restgehalt an Flüssigkeit im rückgeführten Gas vor allem bei Lösemitteln mit niedrigem Siedepunkt deutlich verringert, ohne dass die Temperatur des Systems sehr weit abgesenkt werden muss. Für die zweite Version der Kühlung wird, anstatt des Waschturms, ein solegekühlter Wärmetauscher mit nachgeschaltetem Tröpfchenabscheider eingesetzt. Nach der zweiten Kühlstufe wird das Gas in einem nachgeschalteten Wärmetauscher wieder auf die zum Trocknen gewünschte Temperatur aufgeheizt und in die Zentrifuge zurückgeführt.
Konstanter Druck
Der Betriebsdruck des Systems wird durch ein von 2 bis 5 bar einstellbares Überströmventil konstant gehalten. Durch dieses Ventil fließt das nicht in den Trockenprozess abgeleitete Gas von der Druckseite des Kompressors auf die Saugseite zurück. Bei einer Unterbrechung des Gasstromes zur Zentrifuge fließt das gesamte Kreisgas über diesen kurzen Weg. Das geschlossene Gassystem ist durch Unterdruck- und Überdrucksicherungen abgesichert. Der Druck im Bereich des Zentrifugenabgangs bewegt sich nur von -20 bis +30 mbar. Die Unterdrucksicherung wird über eine Stickstoffleitung gespeist, um das System inert zu halten. Die Leitungen sind so angeschlossen, dass in die Anlage nur Stickstoff nachströmen kann und das Abgas den entsprechenden Entsorgungsanlagen zugeführt wird. Die Anlage lässt sich durch Fluten reinigen. Abgestimmt auf den gängigen Zentrifugengasbedarf, gibt es die Kreisgasanlage in vier Baugrößen:
HGR 150, HGR 600, HGR 1200 und HGR 1800 mit 150, 600, 1200 und 1800 Nm3/h. Die Baugrößen ab HGR 600 sind mit parallel arbeitenden Kompressoren von 600 Nm3/h Kompressorleistung ausgerüstet und können bei entsprechender Grundauslegung stufenweise nachgerüstet werden.
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