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Zentrifugalverdampfer

Zentrifugalverdampfer

Zentrifugalverdampfer Prozessflussdiagramm

Das Zentrifugalverdampfersystem ECF wird zur schonenden partiellen Verdampfung flüssiger Mischungen eingesetzt, speziell wenn Anforderungen – z.B. sehr kurze Verweilzeiten sowie geringe Temperaturdifferenz zur beheizten Verdampferfläche – über die Möglichkeiten klassischer Verdampfer einschließlich des Fallfilm- und Dünnschichtverdampfersystems EFF und ETF und sogar des Kurzwegverdampfersystems ESF hinausgehen.

Die Rohlösung wird aus einer Vorlage oder kontinuierlich zentral auf die rotierende und beheizte Verdampferplatte aufgegeben und mit Hilfe der Zentrifugalkraft als sehr dünner Film zum äußeren Rand der Verdampferplatte getrieben. Die Leichtsieder werden von der Verdampferfläche partiell abgedampft, die Temperaturdifferenz kann durch die hier besonders hohen Wärmeübergangszahlen sehr klein und damit schonend ausgeführt werden. Das Destillat kondensiert an dem innenliegenden Kondensator und fließt von dort entweder in eine Vorlage oder wird über eine Pumpe kontinuierlich ausgetragen. Analog dazu fließt das Konzentrat durch den über die Zentrifugalwirkung aufgebauten Druck – ohne zusätzliche Pumpe – aus dem Verdampfer.

Zur Einstellung der gewünschten Prozessbedingungen wie Druck und Temperatur werden Vakuumpumpen sowie zur Beheizung, Verdampfung und Kondensation Thermostate (Labor- und Pilotmaßstab) eingesetzt. Im Produktionsmaßstab greift man auf klassische Energieträger wie Dampf, Thermalöl beziehungsweise Kühlwasser, Sole und Glykol zurück. Über eine Kühlfalle wird unerwünschter Eintrag von Leichtsiedern aus dem Abgasstrom in das Vakuumpumpsystem reduziert.

  • Verdampfungsapparate mit geringem Hold-Up und entsprechend kurzer Verweilzeit mit enger Verweilzeitverteilung und schonenden Betriebsbedingungen für: 
    • Labor- und Pilotsysteme aus Edelstahl mit Borosilikatglas 3.3 in standardisierter Ausführung, optional prozessspezifische Anpassungen
    • Produktionssysteme aus Edelstahl in prozess- und kundenspezifischer Ausführung
  • Modular ergänzende Verdampfersysteme nach Prozessanforderungen, beispielsweise:
    • Vor- und nachgeschaltete Verdampfer, beispielsweise System EFF-ETF
    • Flash-Box
  • Prozess- und kundenspezifische Randbedingungen, z.B. ATEX, DGRL, FDA, GMP, ASME, UL-Normen
  • Geeignet für Medien mit erhöhten Anforderungen:
    • Wärmeempfindliche Medien
    • Feststoffhaltige Medien
    • Höherschmelzende Medien
  • Machbarkeitsstudien oder vorhandene Expertise für typische Anwendungen: 
    • Fettsäuren und Fettsäurederivate
    • Nebenprodukte aus der Speiseöl-Herstellung
    • Spezialpoly- oder Oligomere
    • Pharma- und Kosmetik Produkte
    • Specialty Chemicals
    • Duft- und Aromastoffe

Testdestillation sowie Labor- und Pilotverdampfersystem

Labor mit Instrumenten

Für viele Anwendungen sind neben der Zusammensetzung von Destillat und/oder Rückstand bzw. Konzentrat auch Produkteigenschaften wie Geruch und Farbe relevant. Ebenfalls müssen mögliche Effekte, die bei der Verdampfung auftreten können, wie z. B. Schaumbildung oder Fouling auf der Wärmeübertragungsfläche berücksichtigt werden. Die letztgenannten Eigenschaften lassen sich nicht theoretisch ermitteln oder abschätzen, sondern erfordern die Möglichkeit einer visuellen Beurteilung des Verdampfungsprozesses. Dies lässt sich am besten in Glasanlagen von COROSYS umsetzen, die nach einem Baukastensystem individuell zusammengestellt werden können.

Ist die prinzipielle Machbarkeit festgestellt, sind zur Auslegung einer Produktionsanlage die Prozessparameter zu verifizieren, d.h. Wärmeübergang und maximale flächenbezogene Verdampfungsraten bzw. praktische Stufenzahl sowie die erreichbaren Ausbeuten und Qualitäten zu bestimmen. Hierfür hat COROSYS eine standardisierte Baureihe von Pilotanlagen aus Edelstahl (optional auch Sonderwerkstoffe) in verschiedenen Größen und Ausführungen zur Auswahl.

Für neue Verdampfungs- oder Destillationsaufgaben bietet COROSYS in-house Dienstleistungen beginnend bei der Literaturrecherche über thermodynamische Simulationen und Laborversuche bis hin zu Pilotierungen von Einzelsystemen oder Kombinationen von Fallfilm-(EFF), Dünnschicht-(ETF) und Kurzwegverdampfer (ESF), wenn erforderlich auch in Kombination mit Rektifikation (ERF) an.

Die Hauptziele und Möglichkeiten von Vorstudien/Testdestillationen sowie Labor- und Pilotanlagen sind nochmals in der nachfolgenden Tabelle kurz und übersichtlich zusammengefasst:

Vorstudien/Testdestillationen Laborsysteme Pilotsysteme
Literatur-/Patentrecherche, Bestimmung von Stoffdaten, Themodynamische Modellierung von Verdampfung/Rektifikation Machbarkeitsüberprüfung Detaillierte Prozessdatenermittlung basierend auf Machbarkeitsstudie und vorabgestimmtem Verdampfersystem
Edelstahl mit Borosilikatglas 3.3 Edelstahl mit Borosilikatglas 3.3,
optional andere Werkstoffe
Edelstahl,
optional andere Werkstoffe
Versuche zur Feststellung der Machbarkeit /
Trennschärfe
Laborversuche meist mit einem vorausgewählten Filmverdampfersystem Engineering der Produktionsanlage mit Dimensionierung der Apparate und Medien
Vergleich der verschiedenen Filmverdampfersysteme und anschließende Vorauswahl Bestimmung der Richtprozessparameter sowie erreichbaren Ausbeuten und Qualitäten Detaillierte Bestimmung der Prozessparameter sowie erreichbaren Ausbeuten und Qualitäten
Optische Begutachtung des Systemverhaltens (Farbe, Geruch, Schaum, Feststoffe, Ablagerungen,…) Berücksichtigung und optische Begutachtung des Systemverhaltens (Farbe, Geruch, Schaum, Feststoffe, …) Berücksichtigung des Systemverhaltens (Farbe, Geruch, Schaum, Feststoffe, Ablagerungen,…)
Abstimmung der Analytik  Mustermengen oder Kleinstproduktionsmengen Größere Mustermengen oder Kleinproduktionsmengen

Standardsysteme und Optionen für Labor- und Pilotsysteme

Fallfilmverdampfer für den Labor- und Pilotbereich können aus zahlreichen Modulen und Optionen zusammengestellt werden. Die nachfolgende Tabelle soll die Möglichkeiten zeigen und damit die Konzepterstellung unterstützen. Für eine detaillierte Charakterisierung mit Prozessanforderungen steht ergänzend der Fragebogen für Verdampferprozesse zur Verfügung.

Technische Spezifikation Labor- und Pilotverdampfer

Bereich Verdampfer Austauschfläche Durchmesser Austauschfläche Kondensator
Material Feedbereich
Labor ETF 0004-G 0,04 m² DN 150 0,1 m² Edelstahl / Borosilikatglas 3.3 1 – 15 [kg/h]
Pilot ETF 0012-G 0,06 m² DN 250 0,3 m² Edelstahl / Borosilikatglas 3.3 7 – 70  [kg/h]

Standardsysteme und Optionen für Labor- und Pilotsysteme

Darüberhinausgehend gibt es zahlreiche nachfolgend angegebene und auswählbare Optionen für den Fallfilmverdampfer. Die Optionen stellen keine vollständige Charakterisierung dar, sondern sollen die Möglichkeiten für den Kunden aufzeigen und die effiziente Erstellung eines Konzepts für die Machbarkeit unterstützen, soweit die Charakterisierung nicht über den Fragebogen für Verdampferprozesse erfolgt.

Bereich Option
Richtlinien
  • zul. Betriebsbedingungen (Produkt) …../..… barg & ..…/….. °C
  • ATEX-Richtlinie 2014/34EU, EX-Zone …../..… (innen/außen), II ….., T …..
  • GMP-Richtlinien
  • Sonstige Richtlinien: …….………………………….
Werkstoff
  • G – Edelstahl (1.4571/1.4404) / Borosilikatglas 3.3
  • S – Edelstahl (1.4571/1.4404)
  • X – alternativer Werkstoff: …….………………………….
Feed
  • F1 – Dosiertropftrichter
  • F2 – Pumpe
  • F3 – Vorlage für Pumpbetrieb
  • F5 – Flash-Box für Pumpbetrieb
  • FX – andere Feedoptionen: …….………………………….
Verdampfer
  • E2L – Wellendichtring
  • E2M – Magnetkupplung
  • E2X – abweichendes Wellenabdichtungssystem……………………
Vakuumsystem
  • V1 – Drehschieberpumpe, ca. 0,1 – 10 mbara
  • V2 – Membranvakuumpumpe, ca. 10 – 1.000 mbara
  • V3 – Öldiffusionspumpe, ca. 0,1 – 10 mbara
  • VX – Kombination andere Vakuumpumpen: …….………………………….,, gewünschte Menge ..… Nm³/h und Betriebsdruck ..… mbara
Kühlfalle
  • C1 – Kühlfalle, Borosilikatglas 3.3, für Trockeneis oder flüssigen Stickstoff
  • C2 – Kühlfalle, Edelstahl, für Trockeneis oder flüssigen Stickstoff
  • C3 – Kühlfalle, Edelstahl/Borosilikatglas 3.3, elektrisch
Austrag Konz. & Destillat
  • A1 – Austrag in Spinne (3-fach)
  • A2 – Austrag in Glaskolben
  • A3 – Austrag in Schnittmeßgefäß
  • A4 – Austragspumpe
Temperierung1)
  • T1Y – Feed Y = T, S, E …………°C
  • T2Y – Verdampfer Y = T, S …………°C
  • T3Y – Kondensator Y = C, CW …………°C
  • T4Y – Kühlfalle Y = CW, E …………°C
  • T5Y – Austrag Destillat Y = C, CW …………°C
  • T6Y – Austrag Konzentrat Y = C, CW …………°C
  • TXY – Andere: …….…………………………. Y = ….., …………°C
Sonstiges
  • S1 – Gestell Edelstahl, fahrbar, mit Auffangwanne, L, P ohne Schutzverkleidung
  • S1X – gewünschte Abweichungen: …….………………………….
  • S2 – Manuelle Bedienung, örtliche Anzeige Temperatur & Druck, L, P Not-Aus Schalter
  • S2X – gewünschte Abweichungen: …….………………………….

1) T = Thermostat S= Steam E=Electrical C= Cooling Media CW=Cooling Water

Verdampfersysteme im Produktionsmaßstab

Produktion RohrsystemProduktionsanlagen werden üblicherweise prozessspezifisch dimensioniert, meist auf der Basis von Pilotversuchen. Typische Verdampfungsleistungen der industriellen ETF Verdampfer beginnen bei einigen Kilogramm bis hin zu mehreren Tonnen pro Stunde. In Abhängigkeit von Produkt und Aufgabenstellung stehen verschiedene Wischersysteme zur Verfügung.

Die Wischersysteme sind fliegend gelagert, optional mit dynamischen Tropfenabscheidern sowie mit doppeltwirkender Gleitringdichtung zur Abdichtung der Wischerkorbwelle gegen Atmosphäre ausgestattet. Grundsätzlich sind auch eine Feinbearbeitung der produktberührenden Flächen sowie der Einsatz alternativer Werkstoffe möglich.

Die Produktionsanlagen werden bevorzugt als Package-Unit ausgeführt, dies reduziert zum einen den kundenseitigen Planungsaufwand und zum anderen vor allem die Aufbau- und Inbetriebnahmedauer vor Ort beim Kunden.

Der Bau der Produktionssysteme erfolgt unter Beachtung der erforderlichen Richtlinien wie DGRL 2014/68 EU oder ASME, ATEX 2014/34 EU, UL-Normen, GMP-Richtlinien, TA-Luft und der Maschinenrichtlinie 2006/42/EG.

Technische Spezifikation Labor- und Pilotverdampfer

 

Bereich Verdampfer Austauschfläche Durchmesser Austauschfläche Kondensator Material

Austauschfläche

Kondensator

Industrie ECF 0030-S 0,3 m² DN 400 1,0 m2 Edelstahl 20 – 200 m²
Industrie ECF 0075-S 0,3 m² DN 600 2,0 m2 Edelstahl 40 – 400 m²
Industrie ECF 0150-S 4,0 m² DN 800 5,0 m2 Edelstahl 75 – 750 m²
Industrie ECF 0300-S 6,0 m² DN 1000 8,0 m2 Edelstahl 120 – 1.200 m²

 

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Dr. Lukas Karst
Ansprechpartner Technik
Dr. Lukas Karst
Project Engineering

Tel.: +49 6122 / 70 75 - 0
E-Mail:  lukas.karst@corosys.com

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