News

Kategorien

Alle SPA & Member PUMPselector Technologien Branchen Ergänzendes

Sichere Herstellung von Polyaluminiumchlorid dank Doppelschlauchmembran


Die Auswahl der richtigen Pumptechnologie sowie der ökonomischste Einsatz von Werkstoffen ist immer wieder eine spannende Herausforderung – insbesondere, wenn der Betreiber mit korrosiven oder toxischen Medien konfrontiert ist. Der konkrete Fall einer Sprühtrockneranwendung zur Herstellung von Polyaluminiumchlorid erfordert die Verwendung von Spezial-Werkstoffen, um die Beständigkeit gegenüber dem Medium zu gewährleisten. Darüber hinaus muss die Pumpe für den anspruchsvollen Prozess die optimalen technischen Voraussetzungen erfüllen und einen pulsationsarmen Betrieb gewährleisten. Gleichzeitig muss sichergestellt sein, dass sowohl die Anschaffungs- als auch die Betriebskosten konsequent günstig ausfallen. 

In vielen industriellen Herstellungsprozessen steht am Ende der Prozesskette oft ein Überschuss-Produkt, dessen kommerziellen Nutzen es zu gestalten gilt. Als Beispiel dient eine Anlage zur Herstellung von Natronlauge in Indien. Bei der Produktion fallen große Mengen Chlorid in Slurry-Form an – ein säurehaltiges und daher besonders aggressives Medium. Im Verlauf des Prozesses wird das Chlorid zur Reaktion mit Aluminiumhydroxid gebracht, um daraus Polyaluminiumchlorid (PAC) herzustellen. Hierbei handelt es sich um eine äußerst korrosive Lösung mit einem pH-Wert von 1-3. Eine geeignete Hochdruckpumpe transportiert das PAC bei hohen Temperaturen mit einem Druck von 70-100 bar in einen Sprühtrockner. Dort entsteht PAC-Pulver in mikrofeinen Teilchen als Zwischenprodukt für die weitere Verwendung. PAC wird zum einen in der Wasseraufbereitung verwandt, zum anderen in der kosmetischen Industrie bei der Herstellung von Antitranspirationsspray (Deo).

 

Das Verfahren zur Gewinnung des Polyaluminiumchlorid birgt einige besondere Herausforderungen, denen bei der Auswahl einer geeigneten Pumpe Rechnung getragen werden muss:

-    druckfeste und korrosionsbeständige Werkstoffe
-    hermetisch dichter Prozess
-    Druck 70-100 bar
-    Temperatur bis 120° C
-    pulsationsarme Förderung
-    optimaler Wirkungsgrad
-    minimale Kosten (Capex + Opex)

 

Titan-Werkstoff als Vorgabe

Der hohe Druck muss möglichst konstant aufrechterhalten werden, um eine gleichmäßige Körnung des PAC-Pulvers zu erzielen. Bei Drücken von bis zu 100 bar kommen als Werkstoff für Rohrleitungen und Armaturen in erster Linie Metalle in Frage. Korrosionsbeständig sind Hastelloy C oder Titan. Anhand von einschlägigen Erfahrungswerten und Tests beschloss der Betreiber, fördermediumberührte und druckfeste Teile aus Titan fertigen zu lassen. Für Dichtungen und zur Medientrennung sollte PTFE verwendet werden.

Für derart anspruchsvolle Prozesse bei hoher Temperatur haben sich Verdrängerpumpen bewährt dank ihrer besonderen Bauweise. Schraubenspindelpumpen und Exzenterschneckenpumpen sind zwar pulsationsarm, allerdings sind die speziellen Voraussetzungen wie Dichtheit und Beständigkeit der Werkstoffe bei günstigem Preis nur schwer zu realisieren. Kreiselpumpen kommen aufgrund des hohen Betriebsdrucks nicht in Frage.

 

Pulsationen unerwünscht

Unter Berücksichtigung der prozessbedingten Anforderungen kam nur eine Plunger- oder Kolbenpumpe in Betracht. In diesem Fall fiel die Entscheidung zu Gunsten einer Doppel-Schlauchmembranpumpe. Da Sprühtrockner-Anlagen im Allgemeinen sehr empfindlich auf Pulsationen reagieren, hat sich eine dreifach wirkende Pumpe mit um 120° versetzten Kurbelwellen/Pleuelversatz bewährt, um einen möglichst pulsationsarmen Betrieb zu gewährleisten. Mithilfe eines entsprechend dimensionierten Pulsationsdämpfers werden die Restpulsationen sogar noch weiter auf unter 1,5 % reduziert. Die Verwendung einer Triplex-Pumpe ermöglicht es zudem, die für diesen speziellen Sprühtrockner vorgegebene sehr niedrige Fördermenge von max. 2 m³/h zu erzielen.


Schematische Darstellung einer FELUWA Triplex-Pumpe mit eingebautem Pulsationsdämpfer
Abbildung 1: Schematische Darstellung einer Triplex-Pumpe mit eingebautem Pulsationsdämpfer


Medienberührte Teile reduzieren

Die Gestaltung der fördermedienberührten Teile in Titan stellte für die Sammel- bzw. Verbindungsleitung kein Problem dar; ebenfalls problemlos war die Ausführung der Förderventile und Ventilsitze aus Titan. Während die Innenteile wie z. B. Membrangehäuse und Pumpendeckel bei herkömmlichen Membran-Kolbenpumpen stets unmittelbar mit dem Fördermedium in Berührung kommen, punktet die gewählte Doppel-Schlauchmembranpumpe mit einer zweifachen Abdichtung des Medienraumes gegenüber der Umgebung. Eine Ausfertigung der Pumpenköpfe in Titan war somit nicht erforderlich, was in deutlichen Kosteneinsparungen resultierte.

Durch die Verwendung einer flexiblen Doppel-Schlauchmembrane wird das Medium strömungsgünstig und ohne irgendeinen Kontakt zwischen Medium und drucktragenden Teilen der Pumpe geführt. Der Druck im Pumpengehäuse und im Pumpenkopf, welcher über das Verdrängungsvolumen der Plunger erzeugt wird, ist in der hydraulischen Flüssigkeit und im Medium gleich, d. h. die Membran hat lediglich die Aufgabe, das kritische Medium und die hydraulische Flüssigkeit voneinander zu trennen. Innerhalb und außerhalb der Membran herrscht nahezu der gleiche Druck, so dass die Membran lediglich der Verformungsarbeit ausgesetzt ist, sonst aber keinem Stress unterliegt. Durch diese Konstruktion werden Kosten für Wartung und Verschleißteile merklich minimiert.

 

traditionelle Membranpumpe und Doppel-Schlauchmembranpumpe im Vergleich
Abbildung 2: Traditionelle Membran-Kolbenpumpe (links) & Doppel-Schlauchmembranpumpe mit hermetischer Abtrennung des Fördermediums (rechts)

 

Werkstoff mit besonderen Eigenschaften

Während bei vielen Standard-Anwendungen die Schlauchmembrane aus NBR gefertigt wird, kam für den speziellen Fall der Polyaluminiumchlorid-Förderung ausschließlich PTFE als ideales Material für die Membrane in Frage. Mit diesem Sonderwerkstoff, der gegen die korrosiven Eigenschaften des PAC beständig ist, werden Standzeiten von über zwei Jahren erreicht – eine enorme Entscheidungshilfe für den Betreiber, da bei der gewählten Konstruktion somit lediglich Ventilkugeln und Ventilsitze die einzigen wirklichen Verschleißteile darstellen.

 

Sicherer Betrieb durch bewährte Technik

Neben den spezifischen Besonderheiten wirken 1000-fach bewährte Serienteile aus dem modularen Baukasten des Herstellers und bieten somit die optimale Lösung hinsichtlich der Anschaffungs- und Betriebskosten.

Zusätzliche Features garantieren einen sicheren und verschleißarmen Betrieb:

Zum Austausch von Verschleißteilen, in diesem Fall lediglich die Einbauteile der Förderventile, verbleibt die Pumpe in der Rohrleitung integriert. Speziell entwickelte Schallsensoren ermöglichen die Zustandsüberwachung jedes einzelnen Ventils. So wird nur das betroffene Ventil gewartet, was wiederum die Betriebskosten senkt.

In der Regel geschieht der Antrieb über einen drehzahlgeregelten Motor. Werden zwei und mehr Pumpenaggregate im Parallelbetrieb gefahren, kommt eine elektronische Kurbelwellenkopplung zum Einsatz, welche die Pulsationen im System weiter reduziert, wodurch sich ein gleichmäßiger Volumenstrom ergibt. Durch eine solche Kurbelwellenkopplung wird ein entsprechend passender Drehwinkelversatz über die gesamte Betriebsdauer beibehalten, d.h. zwei Triplex-Pumpen laufen mit der Gleichförmigkeit einer sechsköpfigen Pumpe.

Die Pumpe vereint somit die vom Betreiber vorgegebenen Sonderanforderungen mit den bewährten Eigenschaften eines Serienproduktes – eine echte Empfehlung für ähnlich herausfordernde Einsatzfälle.

 

FELUWA Triplex-Pumpe mit Doppel-Schlauchmembran
Abbildung 3: Die im September 2017 ausgelieferte Pumpe vergrößert das Produktionsvolumen der indischen Anlage, in der bereits seit Jahren vier baugleiche Pumpen desselben Herstellers erfolgreich in Betrieb sind.

 

Quelle & Bilder: Hr. Gänsel / FELUWA

 

Seite teilen