Emaillierte Wärmeaustauscher werden in verfahrenstechnischen Prozessen eingesetzt, bei denen es im Wesentlichen auf die folgenden Einsatzkriterien ankommt:
- Optimaler Wärmeübergang bei geringen Verlusten
- Höchste chemische Beständigkeit der produktberührten Oberflächen
- Graphitfreie Oberfläche, welche keine unerwünschten Partikel an das Medium abgeben kann, wie es beispielsweise bei Graphit-Wärmetauschern der Fall sein kann
- Glatte, gut zu reinigende Oberflächen
- Absolute Dichtheit des Gesamtsystems, so dass die Anlage auch im Vakuum und bei höheren Drücken (bis 16 bar) sicher betrieben werden kann
- Möglichkeit zur flexiblen und aufgabenspezifischen Konfiguration
Dementsprechend können THALETEC Wärmeaustauscher als Kondensatoren, Verdampfer oder allgemein als Wärmeübertrager flüssig-flüssig eingesetzt werden. Als Medien auf der Serviceseite können alle bekannten flüssigen Heiz- /Kühlmedien eingesetzt werden. Wasser, Sole oder Thermoöl sind problemlos verwendbar.
THALETEC bietet mit seinen Wärmeaustauschern unter anderem Einspar- und Optimierungspotentiale im Bereich der Rückgewinnung von Prozesswärme, der besseren Ausbeute eingesetzter Energien und Materialien sowie der Reduzierung von unnötig hohen Wärmeleitwiderständen.
Dichtungsfrei
Die dichtungsfreien emaillierten U-Rohrbündel-Wärmeaustauscher von THALETEC sind ein bereits über ein Jahrzehnt erprobtes Produkt. Der konstruktive Aufbau sowie die Herstellung sind weltweit einzigartig und durch eine Reihe von Patenten geschützt.
Bedeutendstes und einzigartiges Merkmal der THALETEC Wärmeaustauscher ist die völlig dichtungsfreie Verbindung der emaillierten Rohre mit dem ebenfalls emaillierten Rohrboden. Da kein Dichtelement vorhanden ist, werden die Anwendungsgrenzen der Wärmetauscher einzig durch die Emaillierung bestimmt. Grenzen, die sich aus den Beständigkeitseigenschaften der bekannten Elastomerdichtungen ergeben könnten, gibt es bei den emaillierten Wärmeaus-tauschern von THALETEC nicht.
Durch das dichtungslose Verbindungssystem werden Forderungen an GMP-gerechte Konstruktion daher sicher erfüllt. Produktrückstände sowie Produktbeeinflussung sind durch die Grundkonzeption ausgeschlossen.
Im Bedarfsfall kann die Verbindung Rohr/Rohrboden schadensfrei gelöst werden, so dass einzelne Rohrsegmente jederzeit ausgetauscht werden können.
Effizient und kompakt
Um einen optimalen Wärmedurchgang zu gewährleisten, wird bei der Fertigung der U-Rohre mit einer genau definierten und eng tolerierten Schichtdicke porenfrei präzisionsemailliert. Das für den Emailauftrag genutzte, automatisierte Auftragsverfahren gewährleistet eine homogene Werkstoffstruktur mit extrem niedrigen Schwankungen in der Emailschichtdicke. Dies garantiert eine gleichmäßige Wärmeverteilung und wirkt thermischen Spannungsspitzen in der Emailschicht entgegen.
Die gesamte konstruktive Ausführung in Verbindung mit der Präzisionsemaillierung ergibt Wärmeübergangskoeffizienten von bis zu 800 W/m2K! Damit sind besonders kompakte Wärmeaustauscher möglich. Entsprechend der thermischen Auslegung sind THALETEC Wärmeaustauscher sowohl zum Beheizen (z.B. als Verdampfer) oder auch zum Kühlen (z.B. als Kondensator) universell einsetzbar.
In Bezug auf die Länge des Wärmeaustauschers sind theoretisch keine Grenzen gesetzt. Die Länge des Rohrbündels kann im Bedarfsfall bis zu 4.500 mm betragen. Der Nenndurchmesser der Wärmeaustauscher kann bis zu einer Größe von DN 600 ausgeführt werden.
Im Diagramm in Abbildung 3 sind Richtwerte für Austauschfläche je Meter des Rohrbündels und des Doppelmantels in Abhängigkeit vom Nenndurchmesser des Wärmeaustauschers dargestellt. Beispielsweise ist die Austauschfläche eines Wärmeaustauschers mit einer Rohrbündellänge von 1 Meter und der Nennweite DN 300 etwa 9 m2. Ein Mantel um das Gehäuse des Wärmetauschers bringt weitere 0,9 m2 Austauschfläche. Entsprechend würde ein Wärmeaustauscher mit ummanteltem Gehäuse und mit einer Bündellänge von 4,5 m eine wärmetechnisch wirksame Wärmeaustauschfläche von etwa 17,5 m2 realisieren (A=9,2 m2/m + 0,9 m2/m)*4,5 m = 44,45 m2). Vereinfacht ausgedrückt hat ein Wärmeaustauscher der genannten Abmessungen die Wärmeübertragungsleistung, die einem einfachen Doppelmantel-Wärmeaustauscher mit einer Fläche von 44,5 m2 entspricht. Weitere detaillierte Angaben finden Sie in Flyer K014.
Einfach zusammengefasst bedeutet dies:
1 m2 Wärmetauscherrohr Oberfläche haben dieselbe wärmetechnische Übertragungsleistung wie 3 m2 einfacher Doppelmantel!
Abbildung 3: Wärmetechnisch wirksame Austauschfläche je Meter Länge des Rohrbündels in Abhängigkeit vom Nenndurchmesser
THALETEC Wärmeaustauscher sind im Standard für Vakuum und Drücke bis 6 bar auf Produkt- und Serviceseite ausgeführt. In Sonderfällen können Drücke auf Produkt und Serviceseite bis 16 bar realisiert werden. Die maximale Temperaturbelastbarkeit liegt bei 230°C und ist durch die Einbauteile aus PTFE sowie die Materialen der Flansch-abdichtungen begrenzt. Die maximal zulässige Temperaturdifferenz zwischen Produkt- und Servicemedium liegt bei etwa 140 K. Die Auslegung erfolgt üblicherweise nach Druckgeräterichtlinie oder gemäß ASME-Code.
Im Standard sind THALETEC Wärmeaus-tauscher eingängig ausgeführt. In Fällen, bei denen die Strömungsgeschwindigkeit im Innern der Rohre nicht ausreichend hoch ist, können auch mehrgängige Wärmeaustauscher realisiert werden.
Hier wird die Montage eines THALETEC Wärmeaustauschers in ein emailliertes Gehäuse gezeigt.
Abbildung 4: Montage von THALETEC-Wärmeaustauschern in Serie
Emaillierte Wärmeaustauscher von THALETEC werden immer individuell auf die Anforderungen des Verfahrens zugeschnitten und konstruktiv ausgeführt. Abbildung 5 zeigt beispielhaft einen Wärmeaustauscher, welcher in vertikaler Anordnung in eine Anlage eingebaut wird. Neben dem Rohrbündel trägt auch der Doppelmantel zusätzlich zur Wärmeübertragung bei.
Abbildung 6 zeigt einen Wärmeaustauscher, der als Kopfkondensator in einer Kolonne zum Einsatz kommt. Mit Hilfe einer Losflanschverbindung wird der Wärmetauscher auf die Haube der Kolonne aufgesetzt und sorgt für eine effektive Kondensation des anfallenden Mediums.
Abbildung 7 zeigt einen Wärmetauscher mit einer Austauschfläche von 21 m² in vertikaler Auslegung. Es handelt sich hierbei um eine Ausführung nach ASME-Code für einen amerikanischen Kunden. Diese Bauform ist sehr gut geeignet, um sie in bestehende Anlagen zu integrierten. In einem kleinen Bauvolumen können so große Wärmeaustauschflächen realisiert werden.
In Abbildung 8 ist ein Wärmeaustauscher in Tandem-Anordnung abgebildet. Dabei sind in einem Gehäuse zwei emaillierte Rohrbündel installiert, die jeweils auf einem unterschiedlichen Temperaturniveau betrieben werden. Die Tandem-Anordnung ermöglicht es daher, sehr hohe Temperaturdifferenzen zwischen Temperiermedium und Produkt sicher zu beherrschen. Das Risiko einer Beschädigung infolge eines Thermoschocks besteht nicht. Dennoch ist der Aufbau des Wärmeaustauschers sehr kompakt und platzsparend.
Kein Fouling durch innenbeschichtete Rohre
Um Fouling und der Korrosion im Innern der Wärmetauscherrohre vorzubeugen, hat THALETEC zusammen mit einem Spezialisten ein System zur Innenbeschichtung der Wärmetauscherrohre entwickelt. Das System beruht auf einer Einbrennbeschichtung aus einem duroplastischen Kunststoff. Das polymere Grundsystem wird dabei durch spezielle Zusatzstoffe so modifiziert, dass ein perfekter Schutz gegen Inkrustation und Korrosion auf den Rohrinnenseiten erreicht wird. Das Beschichtungssystem zeichnet sich darüber hinaus durch folgende Merkmale aus:
- Hohe Wärmeleitfähigkeit der Beschichtung und Dichtheit bei nur geringen Beschichtungsdicken
- Dauerhaft anhaltende hohe Wärmeleitfähigkeit
- Aktiv korrosionsschützend durch hydrophobe Oberfläche
- Deutliche Herabsetzung der Fouling-Anfälligkeit durch glattere und weniger adhäsive Oberfläche; damit auch deutliche Reduzierung des Reinigungsaufwandes und Erhöhung der Anlagenverfügbarkeit
- Kein Risiko elektrostatischer Aufladungen
Abgerundetes Programm
Ein umfassendes Angebot an Zubehör rundet das Programm der THALETEC Wärmeaustauscher ab. Beispielsweise ist folgendes Zubehör optional verfügbar:
- Emaillierte Temperaturmesssonden zum Erfassen der Ein- und Auslauftemperatur des Produktes (Abbildung 9)
- Schauglaseinheiten zum Beobachten der Vorgänge im Wärmeaustauscher
- Schnellöffnungsdeckel zur visuellen Inspektion des Inneren des Wärmeaustauschers sowie als Zugang für eine CIP-Reinigung
Weitere Komponenten können bedarfsbezogen entwickelt und geliefert werden.
Sichere Auslegung
Bei der Auslegung und Konfiguration Ihres optimalen emaillierten Wärmeaustauschers stehen Ihnen unsere Experten zur Verfügung. In unserer Broschüre K014 finden Sie einen Fragebogen, welcher die vollständige Beschreibung Ihrer spezifischen Aufgabestellung ermöglicht.
Schlussfolgerungen
THALETEC emaillierte Wärmeaustauscher sind universell in chemisch anspruchsvollen Prozessen einsetzbare, sichere und hoch effiziente Apparate. Sowohl in chemischen Anwendungen als auch in solchen, bei denen es auf höchste Produktreinheit ankommt, können emaillierte Wärmeaustauscher von THALETEC ihre positiven Eigenschaften gegenüber anderen Werkstoffen ausspielen. Gerne helfen wir Ihnen dabei, die für Ihre Anwendung richtige und optimale Ausführung zu konzipieren und zu fertigen. Fragen Sie uns! Wir unterstützen Sie gerne!