Prozesslösung für thermische Trennverfahren

Highlights

•  Korrosionsfeste Werkstoffe für aggressive Stoffe
•  Vakuum- und druckfest für unterschiedlichste Prozessbedingungen
•  Temperaturbereich bis +230°C
•  Diffusionsfest für lange Korrosionsbeständigkeit
•  Glatt für saubere Oberflächen, anhaftungsneutral
•  Abriebfest für lange Standzeiten
•  Kompakte Bauweisen für reduzierte Investitionskosten
•  Zuverlässige Verfahrensauslegung reduziert Investitionskosten
•  Optimale Lösungen für einen effizienten Prozess
•  Vom ersten Entwurf, über die Komponente, bis zur Inbetriebnahme der Anlage - alles aus einer Hand

Konzept

Optimale Lösungen mit Trennkolonnen für hochkorrosive Prozesse

Bei der Aufarbeitung bzw. Reinigung von chemischen Stoffen kommen häufig thermische Trennverfahren zum Einsatz. Weit verbreitet
sind hierbei Prozesse mit zwei flüssigen bzw. einer flüssigen und einer gasförmigen Phase. Solche Prozesse sind insbesondere
die Extraktion, Absorption, Desorption, Strippung und die oben beispielhaft schematisch dargestellte Destillation bzw.
Rektifikation. Bei diesen Trennverfahren sind Stoffübergänge zwischen 2 Phasen notwendig, beim gezeigten Beispiel der Rektifikation
zwischen der flüssigen und der dampfförmigen Phase. Um diese Stofftrennung apparativ so kompakt wie möglich zu gestalten,
müssen deshalb möglichst große Stoffaustauschflächen auf kleinem Raum geschaffen werden. Hierfür werden in der thermischen
Verfahrenstechnik Kolonnen mit speziellen Einbauten verwendet.

Der verfahrenstechnische Kern der Kolonnen sind die Einbauten bzw. Packungen, mit denen die Stoffaustauschflächen erzeugt
werden. Hierbei kommen zum einen spezielle Böden wie Glocken- oder Siebböden aber auch Füllkörperschüttungen oder strukturierte
Packungen zum Einsatz. Insbesondere für Packungen und Schüttungen sind neben den Auflagern weitere Einbauten
notwendig, um eine gleichmäßige und somit optimale Flüssigkeitsbenetzung zu gewährleisten. Dies sind zum einen
Flüssigkeitsverteiler, welche die eintretenden Flüssigkeiten gleichmäßig über den Kolonnenquerschnitt verteilen und zum anderen
Randabweiser, welche die an der Kolonneninnenwand herablaufende Flüssigkeit wieder in die Packungen zurückleiten. Um die
Flüssigkeitsströme aus der Kolonne hinaus zu steuern sind weitere Einbauten erforderlich. Mitgerissene Tröpfchen werden am
oberen Ende der Kolonne mittels Demister sicher zurückzuhalten. In der Kolonne herablaufende Flüssigkeitsströme werden unterhalb
der Packungen mittels Sammlern vollständig aufgefangen und entweder aus der Kolonne hinausgeführt oder direkt in einem
Wiederverteiler eingeleitet. Am unteren Ende der Kolonne sorgen Vortexbrecher und Ablaufsammler für einen störungsfreien Ablauf
der Flüssigkeit. Für eine optimale Prozesslösung ergeben sich für die o.g. Komponenten je nach Nennweite und Prozess ganz
unterschiedliche Konstruktionen aus unterschiedlichen Materialen, die wir im Laufe von Jahrzenten entwickelt haben und sich bei
unseren QVF® Verfahren bestens bewähren.

Die Auslegung der für Ihren Prozess am besten geeigneten Kolonnen und die Auswahl der optimal geeigneten Einbauten übernehmen
wir gerne für Sie!

Vom Basic-Engineering bis zur Inbetriebnahme der Kolonne bekommen Sie bei uns alles aus einer Hand.

Kolonnen

Glaskolonnen bis DN1000 – Emailkolonnen bis DN2400

Wir liefern Ihnen aus eigener Produktion QVF® Kolonnen aus Borosilikatglas 3.3 bis DN1000 und DeDietrich® Stahl/Email-
Kolonnen bis DN2400. Die Kolonnen können zwischen –60° bis +230°C betrieben werden. Die QVF® Glaskolonnen und die
Dietrich® Stahl/Emailkolonnen werden für Europa entsprechend der Druckgeräterichtline 2014/68/EU (97/23/EC) nach AD2000
oder DIN EN 13445 ausgelegt. Für andere Länder werden die Emailkolonnen auch nach anderen Normen wie z.B. ASME VIII Div.1. für die USA oder für China entsprechend SQL gefertigt. Im Normalfalls sind die QVF® Glaskolonnen nach EN1595 für Drücke
zwischen -1 und +1 barg und die De Dietrich® Stahl/Emailkolonnen üblicherweise zwischen -1 bis +6 barg zugelassen.
Erweiterte Einsatzbedingungen sind nach Rücksprache möglich.

Beide Werkstoffe, DeDietrich® Email DD3009 und QVF® Borosilikatglas 3.3 sind insbesondere gegenüber Säuren hochkorrosionsbeständig
und stellen kostengünstige, temperaturbeständige Alternativen zu metallischen Sonderwerkstoffen und nicht vakuumfesten
PTFE-Ausgekleidungen dar.

Die Oberflächen beider Werkstoffe sind äußerst glatt, so dass Anbackungen vermieden werden und sich die Kolonnen
gegebenenfalls sehr leicht reinigen lassen. Beide Werkstoffe sind katalytisch inert und geschmacksneutral.
Durch unsere einzigartige Fertigungstechnik gewährleisten wir eine weltweit führende Toleranzgenauigkeit in Bezug auf Ebenheit,
Geradheit und Ovalität. Emailkolonnen sind bei Bedarf mit engen Toleranzen nach ½ DIN 28007-T2 lieferbar. Die Emaillierungen
erfüllen unter anderem die Anforderungen an Qualität und Kontrolle nach gültigen Normen wie z.B. ISO 28721-1.

Neben den Bauhöhen der Kolonnenschüsse für die Füllkörperschüttung bzw. strukturierten Packung sind auch die Bauhöhen der
Auflager, Flüssigkeitsverteiler und Sammler wesentlich für die Höhe einer Kolonne, die häufig eine gewisse Gesamthöhe
aus baulichen Gründen nicht überschreiten darf.

Für Emailkolonnen, die eine Gesamthöhe von 52m erreichen können, fertigen
wir Einzelsegmente bis 5,5m Höhe .

Glockenböden

Die Lösungen für weite Belastungsbereiche

Für Glaskolonnen von DN200 bis DN600 haben wir Glockenböden aus Borosilikatglas 3.3 und PTFE entwickelt. Diese Böden
weisen über einen weiten Belastungsbereich eine konstante Trennleistung auf. Der Flüssigkeitsstand auf den Böden kann konstruktiv
eingestellt werden, so dass die Kolonne auch mit geringsten Gasbelastungen oder auch als Reaktionskolonne betrieben werden
kann.
 

Füllkörper

Immer der passende Typ

Entsprechend der Aufgabenstellung wählen wir gerne für Sie den am Markt verfügbaren, optimal passenden Füllkörpertyp aus. Es
werden hierfür je nach Einsatzbedingungen sowohl temperatur- und korrosionsbeständige QVF® Raschig-Ringe aus Borosilikatglas
3.3 als auch Typen und Materialien anderer Hersteller verwendet und die Kolonnen verfahrenstechnisch entsprechend ausgelegt.

Strukturierte Packungen

Hohe Trennleistung bei niedrigem Druckabfall

Ideal zu unseren korrosionsbeständigen Kolonnen aus Borosilikatglas 3.3 und Stahl/Email passt unsere strukturierte
Packung DURAPACK® aus Borosilikatglas.3.3. Sie weist die gleiche Korrosionsbeständigkeit wie die Glaskolonne auf und ist im
Vergleich zu Kunststoffen auch bei höheren Temperaturen mechanisch stabil. Da Borosilikatglas 3.3 porenfrei ist, erodiert und
korrodiert die Packung deutlich weniger als vergleichbare Keramikpackungen. Aufgrund ihrer hohen Trennstufenzahl ist sie die
optimale Packung für korrosive Trennaufgaben und dies, insbesondere im Vakuumbereich, aufgrund ihres geringen Druckabfalls.

Ab DN450 sind die Packungselemente segmentiert, so dass sich damit Kolonnen jeglichen Durchmessers bestücken lassen. Die
maximale Füllhöhe pro Tragrost beträgt im Regelfall 3m (für Glaskolonnen) sowie 5m (für Emailkolonnen).

Bitte fragen Sie nach unserem separatem Datenblatt DURAPACK®.

Randabweiser

PTFE-Manschetten erhöhen die Effizienz

In Packungskolonnen neigen Flüssigkeiten dazu an der Innenwand der Kolonne herabzufließen. Diese Randgängigkeit führt
dazu, dass die Flüssigkeit nicht mehr die eigentliche Oberfläche der Packung benetzt und somit kaum noch am Stoffaustauschprozess
teilnimmt. Hierdurch sinkt die Effizienz der Kolonne.

Um diesen Effekt zu minimieren muss die Flüssigkeit in regelmäßigen Abständen von der Wand wieder in die Packung zurückgeleitet werden. Hierfür haben wir Leittrichter aus PTFE entwickelt, die entweder in den Kolonnenschüssen eingebaut werden oder als Randabweiser-Bänder um die strukturierten Packungen geführt werden.

Auflager

Glas trägt sicher die ganze Last

Als Auflager verwenden wir je nach Packung und Nennweite entweder QVF® Tragroste aus Borosilikatglas 3.3 oder QVF® CORE-Trays.
Die QVF® Glaskolonnen besitzen integrierte eingeschmolzene Auflageringe, auf denen die Glasroste ruhen.
In Stahl/Email-Kolonnen werden die Tragroste je nach Nennweite auf emaillierte Zwischenringe oder auf metallisch vakuumfest
verkleidete Tragringe gesetzt.

Beim patentierten QVF® CORE-Tray wird die Packung von Glaszylindern getragen.

Er ist besonders vorteilhaft als Auflager für strukturierte Packungen, da er den freien Querschnitt für die Gasströmung nicht merklich
reduziert und somit den Druckabfall nicht heraufsetzt.

Die ablaufende Flüssigkeit und die aufsteigenden Dämpfe werden so aneinander vorbeigeführt. Die ablaufende Flüssigkeit wird nicht durch die Dämpfe aufgestaut und der maximale Durchsatz somit nicht eingeschränkt.

Je nach Flüssigkeitsbelastung werden im QVF® CORE-Tray die Ablauföffnungen für die
Flüssigkeit mit unterschiedlichen Elementen aus PTFE oder Borosilikatglas 3.3 so ausgestattet, so dass er gleichzeitig als äußerst
kompakter Wiederverteiler dient.

Flüssigkeitsverteiler

Gleichmäßige Benetzung für jede Belastung

Je nach Kolonnenquerschnitt kommen aufgrund von unterschiedlichen Materialeigenschaften und somit Verarbeitungsmöglichkeiten
unterschiedliche Werkstoffe zum Einsatz. Wir verwenden hierfür produktberührt QVF® Borosilikatglas 3.3, De Dietrich® Stahl/
Email, SiC, PTFE, PVDF und korrosionsbeständige Metalle wie Tantal, Zirkonium, Titan. Zudem müssen je nach Prozess bei gleichem
Kolonnenquerschnitt unterschiedliche Berieselungsdichten realisiert werden. Dies erreichen wir durch unterschiedliche
Konstruktionstypen, wie z.B. Rinnen-, Röhren-, Tüllenverteiler- oder unserem patentierten QVF® CORE-Tray-Verteiler. In der Summe ergibt
sich daraus eine Vielzahl unterschiedlicher Varianten von Flüssigkeitsverteilern, aus der wir gerne für Sie die optimale Lösung für
Ihren Prozess bereitstellen.

Der QVF® CORE-Tray-Verteiler ist eine besondere Lösung im korrosionsfesten Anlagenbau. Er führt die aufsteigenden Dämpfe an
der herablaufenden Flüssigkeit so vorbei, dass die Dämpfe die Flüssigkeit nicht aufstauen können und ein Fluten der Kolonne sicher
vermieden wird.

Diese Lösung ist eine Kombination aus einer gelochten Bodenplatte, Zylindern mit Öffnungen für die Dampfphase und Ablaufhilfen
für die Flüssigkeit.

Die Bodenplatte besteht je nach Nennweite und Kolonnentyp entweder aus Borosilikatglas 3.3, Stahl/Email oder mit Metallen wie
Tantal oder Zirkonium verkleidetem Stahl. Die Zylinder aus Borosilikatglas 3.3 weisen je nach Verwendung als Zulaufboden, Packungsauflager oder Wiederverteiler unterschiedliche Konstruktionen und Öffnungen für die Dampfphase auf. Die Ablaufhilfen sind je nach Menge der ablaufenden Flüssigkeit in verschiedenen Konstruktionen aus Borosilikatglas 3.3 oder PTFE verfügbar.

Da der QVF® CORE-Tray zwischen die Kolonnenschüssen eingespannt wird, trägt er nur minimal zur Gesamthöhe einer Kolonne bei, was sich bei den Kosten für das Produktionsgebäude positiv auswirkt.
Je nach Anwendungsfall setzen wir noch weitere Verteilertypen wie Glas-Röhrenverteiler, Glas-Rinnenverteiler und metallische
Sonderverteiler ein.

Sammler

Zuverlässige Seitenentnahme

Meist werden die Sammler mit Flüssigkeitswiederverteilern kombiniert um Kosten und Bauhöhe einzusparen. Es gibt aber auch
reine Sammler, die dazu dienen einen Seitenstrom aus der Kolonne heraus zuführen.
Bis DN1400 fertigen wir Sammler aus Borosilikatglas 3.3. Alternative Materialien sind SiC und Tantal aus denen wir Sammler/Wiederverteiler größerer Nennweiten entwickelt haben.

Demister / Tropfenabschneider

Kein Tropfen wird mitgerissen

Demister oder Tröpfchenabscheider am oberen Ende der Kolonne sollen verhindern, dass Tröpfchen von der letzten Trennstufe
durch die Gasströmung mitgerissen werden. Solche Demister kann man z.B. durch eine zusätzliche Packung oder, raum- und kostensparender, mit Gewebegeflechten aus inerten Materialien realisieren.
Besonders bewährt haben sich für hochkorrosive Anwendungen Gewebe aus perflourierten Kohlenwasserstoffen wie PFA/ETFE.
Die Gewebe werden mit Tragkonstruktionen aus SiC oder anderen Werkstoffen in der Kolonne befestigt.

Vortexbrecher/Ablaufsammler und Dampfeinleitung

Der Ablauf muss stimmen

Bei Prozessen wie z.B. Absorption, Desorption, Strippung werden in aller Regel relativ große Flüssigkeitsmengen z.B. mit einer
Pumpe aus dem Kolonnensumpf herausgefördert. Hier haben sich Ablaufsammler aus PTFE im Kolonnensumpf bewährt, welche
sowohl zentrisch als auch exzentrisch angeordnet als Vortexbrecher dienen.

Ein Vortexbrecher verhindert zum einen die Bildung einer Trombe, durch welche die Gasphase in die Pumpe eingesaugt werden könnte, zum anderen, dass sich Feststoffe wie Abrieb von z.B. Keramikpackungen absetzen können und somit nicht aus der Kolonne in nachfolgende Anlagenteile gelangen.

Beim im Bild zentral und seitlich angeordneten Dampfeintritten muss gewährleistet sein, dass keine herablaufende Flüssigkeit
in diese Stutzen eintreten kann. Eine möglichst gleichmäßige Verteilung des einströmenden Dampfes nutzt die
Packung effizient und reduziert somit die Gesamthöhe der Kolonne

Konzept - Auslegung – Engineering- Umsetzung

Alles aus einer Hand

Seit Jahrzehnten liefern wir Anlagen mit Kolonnen für thermische Trennprozesse wie insbesondere für die Aufarbeitung von hochkorrosiven
Säuren. Hierfür konstruieren und fertigen wir in unseren eigenen Werken die Hauptkomponenten entsprechend international und lokal geltenden
Qualitätsstandards und Richtlinien.

Die Verfahren entwickeln wir in unserem eigenen Technikum. Mit diesem erprobten Know-how legen wir Trennkolonnen optimal aus und übernehmen gegebenenfalls auch die Gewährleistung für den Prozess.

Gerne legen wir computergestützt auch für Sie die geeignete Kolonne aus und liefern Ihnen die optimale Lösung, mit denen Sie Ihre Prozesse effizient und zuverlässig gestalten können.

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