Leistungsdatenvergleich von Kopfkondensatoren WTP-Plattenkondensator versus Rohrbündel – wer macht das Rennen?

Im Rahmen des Innova²-Verbundprojektes zur Steigerung der Energieeffizienz von Produktionsprozessen hat LOB zusammen mit Bayer Technology Services zwei Bauarten von Kopfkondensatoren im Hinblick auf ihre Energieeffizienz verglichen: Einen Rohrbündel-Wärmetauscher und einen WTP-Plattenwärmetauscher.

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WIKA Alexander Wiegand SE & Co. KG

Glatt Ingenieurtechnik GmbH

Process Sensing Technologies PST GmbH

LOB GmbH

Im Technikum der Bayer Technology Services in Leverkusen wurden ein WTP-Plattenwärmetauscher mit ca. 10 m² und ein verfahrenstechnisch vergleichbares Rohrbündel in eine bestehende Kolonnen-Verdampfereinheit mit 0,6 m Durchmesser und einer Höhe von ca. 2 m so eingebaut, dass die unterschiedlichen Kondensatoren wechselseitig betrieben werden konnten.

So entstand die Möglichkeit, die Leistungsdaten von Platten- und Rohrbündelkondensatoren auf direktem Weg zu vergleichen. Zugleich bot der Test die Gelegenheit, die in der Literatur und bei LOB bereits erstellten Berechnungsmethoden zu bestätigen und neue verfahrenstechnische Modellrechnungen hinzuzufügen.

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Haupteigenschaften des WTP-Systems

Beim WTP-System erfolgt die Kondensation zwischen den Platten, beim Rohrbündel in den Rohren. Im Test wurden in beiden Fällen Brüden und Kondensat im Gleichstrom und mit einer Übertragungsleistung von bis zu 320 kW von oben nach unten geführt. Die Wärmeübertragungsfläche wurde dabei längs überströmt. Bei dieser Stromführung erfolgt die Kondensation in der Regel bei niedrigen Drücken. Da das Kühlwasser unter hohem Druck stand, sind beim Rohrbündel-Wärmetauscher dicke Böden erforderlich, um die Druckdifferenz zu kompensieren. Aus diesem Grund setzt sich verstärkt der WTP-Plattenwärmetauscher als Kondensator durch. Die Aufweitung der WTP-Platten erfolgt Drücken, die höher liegen als der spätere reguläre Betriebsdruck, so dass eine erste Druckprüfung schon vorweggenommen wird.

Außerdem besitzen WTP-Kondensatorplatten mehr Gestaltungsmöglichkeiten als ein Rohrbündel. Die Wahl der Schweißkreise und eine Anpassung an die individuellen Einsatzbedingungen schaffen die Voraussetzung für eine sehr kompakte, leichte und kostensparende Konstruktion. Die Gewichtsersparnis bei volumenreduzierter, kompakter Bauweise beträgt ca. 50 %. Beim Einsatz als Kopfkondensator wird dadurch die Statik der hohen Kolonne kostenreduziert entlastet. Auch ist die Abreinigung der Platten im Außenraum einfacher, wenn Stoffe kondensiert werden, die bei der Verflüssigung zu Anbackungen neigen.

Die Versuchsdurchführung

Im Jahr 2014 fanden zwei Testreihen in der Technikumsanlage der Bayer Technology Services statt. Die Messungen wurden durchgeführt mit technischem Chlorbenzol bei 800 mbar(a) und 200 mbar(a) als Reinstoff sowie einer Zumischung von bis zu 9 kg/h Stickstoff als Inertgas.

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