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Verdampferanlagen

Verdampferanlagen energieoptimiert betreiben

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Als Faustregel gilt: Je geringer die Temperaturerhöhung gewählt werden kann, desto weniger Verdichtungsarbeit ist aufzuwenden. Andererseits nimmt aber mit kleinerem Kompressionsverhältnis die benötigte Heizfläche zu, sodass auch hier, ähnlich wie bei mehrstufigen Anlagen, ein Kompromiss zwischen Invest- und Betriebskosten gefunden werden muss.

Zwischen Wirtschaftlichkeit und Energieeinsatz

Die mechanische Brüdenverdichtung gewinnt aufgrund der steigenden Energiekosten immer mehr Bedeutung, denn die Amortisationszeiten sind dadurch extrem gesunken.

Gängige Anlagenschaltungen bei Verdampfern waren in der Vergangenheit Mehrstufenschaltungen oder die thermische Brüdenkompression. Bei der ersten Variante beheizt der Frischdampf nicht nur eine Verdampferstufe sondern mehrere. Je mehr Stufen ein Verdampfer hat, desto geringer ist nämlich sein Primärenergiebedarf in Form von Dampf. Mit steigender Stufenzahl nimmt allerdings die Temperaturdifferenz zwischen Heizmedium und Produkt zwangsläufig ab, sodass die Heizflächengröße immer stärker wächst. Das bedeutet, dass mit steigender Stufenzahl die Investitionskosten in die Höhe gehen, und die Dampfeinsparung pro zusätzlicher Stufe sinkt. Die zweite gebräuchliche Methode ist die thermische Verdichtung der Brüden eines Siederaumes auf den höheren Druck eines Heizraumes nach dem Strahlpumpenprinzip. Treibdampf verdichtet die Brüden, und diese gelangen wieder als Heizmedium in den Prozess zurück.

Der Trick bei der Auslegung von Verdampferanlagen ist es also, die richtige Balance zwischen der Investitionssumme und dem zum Betrieb der Anlage benötigten Energieeinsatz zu finden.

Bioethanolherstellung mit mechanischer Brüdenverdichtung

Wie die Verfahrenstechniker durch geschicktes wärmetechnisches Verschalten einer Gesamtanlage den Energieinsatz reduzieren können, zeigt u.a. eine Neuentwicklung, für die die Ingenieure von GEA Wiegand sogar mit dem konzernweiten Innovations-Award prämiert wurden. Mit einem besonderen Energiespartrick kann beispielsweise der Energieaufwand bei der Whiskydestillation um gut die Hälfte gesenkt werden. Leitet man nämlich die Whiskybrüden nach der Destillation durch einen Fallstromverdampfer und nutzt den Wärmeinhalt zur Erzeugung von Niederdruckdampf, so kann man diesen problemlos mit mechanischen Brüdenverdichtern auf ein höheres Temperaturniveau bringen und dem Destillationsprozess wieder zuführen.

Das Verfahren ist in leicht modifizierter Form auch bei der Bioethanolherstellung einsetzbar. Die konventionelle Herstellung von Bioethanol ähnelt nämlich der Whisky-Destillation, da sie ebenfalls aus zwei energetisch gekoppelten Kolonnen besteht. Das angepasste Verfahren nutzt nun die doppelte Anzahl der Rektifikationskolonnen und kombiniert diese mit mehreren mechanischen Brüdenverdichtern. Damit wird der Durchsatz durch die Anlage verdoppelt, ohne dass sich der Dampfbedarf erhöht.

Bei der Herstellung von Bioethanol ist die Destillation der Schritt mit dem höchsten Energieverbrauch. Die konventionelle Destillation verbraucht mehr als zwei Kilogramm Dampf pro Liter reinem Alkohol. Mit der neuen Technologie halbiert sich dieser spezifi-sche Energieverbrauch. Außerdem wird auch die Kohlendioxyd-Emission beträchtlich reduziert, wodurch der Betreiber weniger Emissionszertifikate erwerben muss. Bei einer Bioethanolanlage mit einer Leistung von 100.000 Tonnen pro Jahr lassen sich durch den Einsatz der Technologie der Brüdenverdichtung somit mehrere Millionen Euro einsparen.

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