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(Bild 1) Bauteile eines GEA PHE Systems Plattenwärmetauschers

(Bild 2) Freistromplatte von GEA PHE Systems – keine Verstopfung durch freien Fließspalt

(Bild 3) Freistromplatte von GEA PHE Systems – keine Verstopfung durch freien Fließspalt

(Bild 4) 2-stufige Kondensatiom mit Wärmerückgewinnung

An vielen Stellen und Produktionsschritten einer Zuckerfabrik, vom Rohsaft bis zur Zuckertrocknung und vom Schwemmwasser bis zum Ölkühler steht ein Wärmeübertrager, und meistens ist das heute ein Plattenwärmetauscher!

Röhren-,  Spiral-,  oder Freistrom- Wärmer für unfiltrierte Medien:

Bis genau vor 20 Jahren wurden fast nur Rohrbündelwärmetauscher eingesetzt, die für die Beheizung mit Brüden gut geeignet waren. Für die Beheizung mit Kondensat oder Fallwasser sind Rohrbündelwärmetauscher jedoch nicht gut geeignet, sondern hier waren Spiralwärmetauscher durch den exakten Gegenstrom besser geeignet.

Vor 20 Jahren, im Jahr 1984 wurde jedoch die erste größere Freistromplatte FA 184 entwickelt und im Jahr 1992 die allen bekannte FA 192,  gerade rechtzeitig für die Neubauten in Könnern, Zeitz und Klein Wanzleben. Wo liegen die Vorteile und Einsatzgrenzen dieser Apparate? Der Hauptvorteil liegt darin, dass es verschiedene NT - Serie und Freistrom-Platten gibt, sodass man mit der entsprechenden Erfahrung fast für jeden Heiz- und Verdampfungs- Prozess die passende Platte auswählen kann. Durch die optimale Plattenprägung und den dem Anwendungsfall entsprechenden Plattenspalt und die richtige Auslegung ergeben sich mit Plattenwärmetauscher und Plattenverdampfern die höchsten K-Werte und dadurch die geringsten Heizflächen und dadurch die geringsten Investitionskosten. Das liegt auch an der kompakten Bauart mit geringem Betriebsgewicht, d. h. geringe Aufstellungskosten und geringes Saftvolumen.

Durch  die kompakte Bauart mit der geringen Außenfläche, die nur aus den Gestellplatten und den Dichtungen besteht, ist im Allgemeinen keine thermische Isolierung erforderlich.  Und das  geringe Saftvolumen hat noch den Vorteil, dass, wenn der Apparat entleert und chemisch gereinigt wird, nur eine entsprechend geringe Menge an Spül- und Reinigungslösung benötigt wird. Ein weiterer wichtiger Vorteil gegenüber allen anderen Wärmetauschertypen ist der, dass Plattenwärmetauscher erweitert und geänderten Betriebsbedingungen fast beliebig angepasst werden können. Wie bei allen Wärmeübertragern hängt der K-Wert immer auch von Geschwindigkeit, Turbulenz und Selbstreinigungseffekt ab. Aber damit steigt natürlich auch der Druckverlust.

Deshalb ist es von großem Vorteil, dass man Plattenwärmetauscher nicht nur bez. der Fläche, sondern auch bez. Druckverlust und K-Wert den geänderten Bedingungen anpassen kann, während alle anderen Wärmeübertrager, die nicht so flexibel sind, nur für einen bestimmten Auslegungsfall optimal ausgelegt sein können. Bei der Beheizung mit Kochbrüden stoßen Freistromwärmetauscher allerdings mit ihrer max. Nennweite von DN 350 an ihre Grenzen. Wenn in großen Fabriken nicht zwei oder mehr Wärmer parallel aufgestellt werden sollen, wird hier ein speziell konstruierter Rohrbündelwärmetauscher erforderlich, der aber sehr groß und teuer ist. Der Kochbrüden-Wärmer hat auch noch den Nachteil, dass er oben auf der Kochstation installiert werden muss, und der Rohsaft dort hochgepumpt werden muss. Diese lange Saftleitung ist gerade bei dem niedrigen Temperaturniveau auch aus mikrobiologischer Sicht nicht von Vorteil.

Bauteile eines GEA PHE Systems Plattenwärmetauschers: (Bild 1)

1. Stütze
2. untere Führungsschiene
3. Losplatte
4. Spannbolzen
5. oberer Träger
6. Wärmetauscherplatten
7. Festplatte

Deshalb hat sich hier die Beheizung mit Fallwasser statt mit Kochbrüden vielfach bewährt, weil hier das Wasser runter zum Rohsaft läuft. Hier ist allerdings die Temperatur des Fallwassers der entscheidende Faktor. Diese Temperatur lässt sich durch bewährte Sprühdüsen anheben oder durch eine zweistufige Kondensation. Diese kann in zwei hintereinander geschalteten Kondensatoren oder in einem übereinander geschalteten Kondensator-Turm erfolgen.

Ebenso wie der Rohsaft müssen also alle Säfte und Abwässer mit Feststoffen in Freistromwärmetauschern angewärmt werden, da die Feststoffe die effektiveren NT - Serie mehr oder weniger schnell zusetzen. Das gilt auch für den Klarsaft  oder Dünnsaft 1 hinter der 1. Filtration: 1. ist dieser Saft meistens nicht so klar filtriert, wie der Dünnsaft vor der Verdampfstation und 2. ist die Belagbildung gerade in diesen Wärmetauschern oft beträchtlich. Nun sind Freistromwärmetauscher wegen der höheren Blechstärke und durch den schlechteren K-Wert aufgrund des breiteren Freistrom-Spaltes bedeutend teurer als die NT - Serie. Deshalb ist bei diesem Dünnsaft 1 die Entscheidung besonders schwer, je nach Qualität der 1. Filtration und der Belagstärke, ob man hier einen Freistromwärmetauscher oder einen Wärmetauscher der NT - Serie und einen 2. Stand-by- Wärmer zum Reinigen aufstellen soll!

(Bild 2 + Bild 3)

NT - Serie  für klar filtrierte Medien: (Bild 4)

Der Dünnsaft vor der Verdampfstation ist natürlich klar filtriert und sollte auch keinen Rost oder andere Feststoffe enthalten. Deshalb ist hier die NT - Serie die einzig richtige Lösung. Hier ist jedoch das Heizmedium zu klären: Wird normaler Brüden oder Durchzugsbrüden eingesetzt? Durchzugsbrüden hat den Vorteil, dass die Verdampfer immer bestens entgast werden, und dass die Wärme der Entgasungs-Brüden exergetisch-optimal stufenweise genutzt wird. Andererseits ist die Kondensationstemperatur der Durchzugsbrüden etwas geringer, sodass  auch die Annäherung der Safttemperatur an die Brüdentemperatur etwa 2 °C schlechter ist. Hier sind also nicht 1-2 °C, sondern 3-4 °C Annäherung realistisch und wirtschaftlich. Das Gleiche gilt für den sogenannten Lumpensammler, in dem die Wärme von allen Entgasungsbrüden noch ausgenutzt wird. Hier entspricht allerdings die Kondensationstemperatur der Mischung der des kältesten Brüden!

Wenn die Verdampfstation knapp ist, bietet sich eine enge Temperaturannäherung  in den Dünnsaftwärmern und ein abdampfbeheizter Dünnsaftwärmer als das preisgünstigste Mittel an, um die Leistung der Verdampfstation etwas anzuheben. Dieser abdampfbeheizte Dünnsaftwärmer kann natürlich auch schon als Vorverdampfer arbeiten, was natürlich die Leistung des folgenden Verdampfers und damit die entsprechende Brüdentemperatur anhebt. Um die Lebensdauer der Dichtungen des abdampfbeheizten Dünnsaftwärmers zu verlängern, sollte dieser Abdampf auf jeden Fall als Durchzugsbrüden aus der 1. Heizkammer verwendet werden. Nur so ist sichergestellt, dass der Dampf nicht mehr überhitzt ist, und die 1. Stufe optimal entgast wird.

Im Zuckerhaus werden, abgesehen von Klärewärmern, meistens NT - Serie Wärmetauscher eingesetzt, da die Abläufe das Zentrifugen-Sieb passiert haben. Es gibt jedoch auch Kristalle und Feststoffe, die durch Überfüllung der Zentrifuge oder mit Bodenabläufen oder Fegezucker in den Ablauf und dadurch in den Wärmer gelangen können. In diesem Fall sollte man doch sicherheitshalber einen Freistromwärmetauscher z. B. den Typ N40 mit 5mm freiem Fließspalt einsetzen, der sich auch als Klärewärmer und zur Leistungserhöhung der Lösestation als Zirkulationswärmer vielfach bewährt hat. Wenn dadurch beim Ablauf  nicht sichergestellt ist, dass alle Fein-Kristalle aufgelöst sind, werden für diesen Fall teilweise  zwei Ablaufwärmer eingesetzt, von denen der zweite den Ablauf mit Brüden auf ca. 90 °C anwärmt, und der erste Ablauf gegen Ablauf auf die gewünschte Temperatur einstellt.

Reinigung der GEA PHE Systems Plattenwärmetauscher:

Vielfach werden vor allem die Freistromwärmetauscher noch mit Hochdruckreiniger im geöffneten Zustand gereinigt, obwohl es erfahrene Firmen gibt, die auch die Beläge untersuchen und die entsprechenden Reinigungschemikalien empfehlen. Oft reicht ein geringer Zusatz von Kebosol oder Lithsolvent zur Lauge oder Säure, um mit genügender Zirkulation und Umkehrspülung, wie beim Saft, den gewünschten Reinigungseffekt zu erzielen, selbst wenn man später den Apparat öffnen muss, um ihn leerzulassen. Bei Klarsaft bzw. Dünnsaft1 und Dünnsaft2 bilden sich hingegen harte Beläge, ähnlich denen in der Verdampfstation. Diese müssen oft, wie in der Verdampfstation, erst alkalisch aufgeschlossen werden, um sie dann mit Ameisen- oder Amidosulfon- Säure entfernen zu können. Oft reicht es hier schon, wenn die entsprechende Reinigungs-Lösung so wie der Dünnsaft durch die Wärmer in die Verdampfer gepumpt wird.

Zusammenfassung:

So haben sich Platten-Wärmer und Platten-Verdampfer seit viele Jahren an fast allen Stellen in der Zucker- und Alkohol-Industrie mehr und mehr durchgesetzt, und dadurch sind wir als erfahrene Hersteller ein wichtiger Ratgeber bei allen wärmetechnischen Projekten.