Umweltfreundliche Tiefkühlanlage

Thomas Grün, Anton Steiner

Ziel war der Einsatz umweltfreundlicher und energiesparender Kältemittel und Kälteträger. Deshalb entschied sich die Schweizer Großbäckerei Jowa für die Errichtung einer industriellen Kohlendioxid-Kälteträgeranlage. Die Anlage ist seit 1998 erfolgreich in Betrieb. Die Ziele des Bauherrn wurden erfüllt, denn die Ammoniak-Tiefkühlanlage zeichnet sich durch einen geringen Energiebedarf, minimale Betriebskosten und größtmögliche Sicherheit für Betrieb und Umwelt aus.

Die Tiefkühlanlage wurde von der Walter Wettstein AG aus Gümligen konzipiert und ausgeführt. Als Kältemittel kommt Ammoniak (NH3) zum Einsatz, als Kälteträger dient verdampfendes Kohlendioxid (CO2). Letzteres verdampft an den Kühlstellen. Pumpen versorgen die Kühlstellen mit dem flüssigen Kohlendioxid.

Die Vorteile des Kälteträgers Kohlendioxid sind vielfältig. Im Vergleich zu konventionellen Kälteträgern wie Tyfoxit oder Pekasol ermöglicht die Verdampfungswärme von Kohlendioxid die Übertragung deutlich größerer Wärmemengen. Das bedeutet, dass die umzuwälzende Kälteträgermenge verringert werden kann, was in letzter Konsequenz zum Einsatz kleinerer Pumpen und Wärmetauscher und damit zu signifikanten Energieeinsparungen führt. Außerdem wirkt Kohlendioxid nicht korrosiv und ist unter ökölogischen Gesichtspunkten unbedenklich. Auch das Kältemittel Ammoniak ist umweltfreundlich, da es kein Ozonzerstörungspotenzial aufweist.

Herzstück der Kälteanlage ist ein vollverschweißter Plate&Shell-Plattenwärmetauscher von Vahterus. Er ist kompakt gebaut und weist eine hohe Druck- und Temperaturbeständigkeit auf. Ferner kommen in ihm keine mechanischen Dichtungen zum Einsatz. Die Anlage, sie ist für einen Betriebsdruck von 40 bar ausgelegt, wurde als Kaskade ausgeführt: Das gasförmige Kohlendioxid wird im Plate&Shell-Plattenwärmetauscher wieder verflüssigt. Dabei verdampft das Ammoniak im Mantelraum des Wärmetauschers. Diese Anlagenkonzeption ist sehr wirtschaftlich, denn sie nutzt die Verdampfungs- und Verflüssigungsenergie effizient aus. In der realisierten Anlage verdampft Ammoniak bei -35 °C. Der Kälteträger Kohlendioxid geht bei -33 °C in die flüssige Phase über.

Serienmäßig werden die Plate&Shell-Wärmetauscher für einen Betriebsdruck von bis zu 40 bar und Betriebstemperaturen von -50 bis 200 °C angeboten. Sonderanfertigungen sind möglich. Beispielsweise sind Wärmetauscher für maximale Betriebsdrücke von 100 bar und Betriebstemperaturen von -200 bis 600 °C erfolgreich im Einsatz. Möglich werden diese extremen Einsatzbedingungen durch ein spezielles Schweißverfahren, das von Vahterus in Finnland entwickelt wurde.

Die Plate&Shell-Wärmetauscher gibt es in vier verschiedenen Größen mit Anschluss-durchmessern am Plattenpaket von DN 20 bis DN 200 und mit Plattendurchmessern von 190 bis 998 mm (Tabelle). Realisierbar sind Wärmeübertragungsflächen von bis zu 480 m2. Die Vorteile der Plate&Shell-Wärmetauscher im Überblick:

• geringer Platzbedarf und deutlich reduzierte Kältemittelmenge durch kompakte Bauweise

• keine mechanischen Dichtungen

• große Variationsmöglichkeiten beispielsweise durch integrierte Tropfenabscheider

• Spezialschweißverfahren garantiert hohe Druckbeständigkeit

• ausgezeichnete Temperaturbeständigkeit durch die verwendeten Materialien

Industrielle Kälteanlagen mit Kohlendioxid als Kälteträger und Plate&Shell-Wärmetauschern sind in verschiedensten Bereichen der Lebensmittelindustrie erfolgreich im Einsatz. Allerdings muss beachtet werden, dass diese Anlagen erst ab einer gewissen Größe wirtschaftlicher arbeiten als konventionelle Ammoniak-Umpumpanlagen. Voraussetzung für einen effizienten Anlagenbetrieb ist die Berücksichtigung der konkreten Einsatzbedingungen, um die Vorteile des Kälteträgers Kohlendioxid optimal ausnutzen zu können.

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