Dekanter und Zentrifugen sind die Arbeitspferde in der Fest-Flüssig-Trennung: Robust konstruiert und für den Dauereinsatz gedacht. Die etablierte Technik hat sich in den letzten Jahren deutlich weiterentwickelt – und weitere Neuerungen stehen noch an.
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Da die Maschinen in vielen Anwendungen nahezu im Dauereinsatz sind, ist der Energiebedarf im Verhältnis zur Durchsatzleistung ein wichtiger Kostenfaktor: „Einzelne Bausteine wie der Energieverbrauch, der Entwässerungsgrad oder der Verbrauch an Betriebsstoffen werden immer wichtiger“, erklärt Tobias Meßmer, Produktmanager für Dekanter bei Flottweg. Ein wichtiger Einsatz der Trennapparate ist die Entwässerung von Industrie- und Klärschlämmen, um vor der Entsorgung deren Gewicht zu reduzieren.
Damit dieser Prozess für den Betreiber wirtschaftlich ist, muss der Entwässerungsprozess so günstig und damit so energieeffizient wie möglich sein: Bei der Entsorgung von Klärschlamm, machen die Entsorgungskosten rund 75 % der Gesamtkosten aus, 20 % sind Kosten für Betriebsstoffe wie Polymer, rund 5 % entfallen auf Energiekosten. Jeder dieser Faktoren lässt sich beeinflussen. Hersteller haben darum in den letzten Jahren kontinuierlich daran gearbeitet, den Energieverbrauch ihrer Geräte zu senken und deren Durchsatz zu erhöhen, ohne gleichzeitig die Trennleistung zu beeinträchtigen. „Die Trommelgeometrie und das Schnecken-Design bieten noch viel Potenzial zur Steigerung der Durchsatzleistung“, erklärt Meßmer. „Aber auch die gezielte Abführung der Flüssigphase ist vielversprechend zur Reduzierung des Energieverbrauches.“
Mit diesem Ansatz haben beispielsweise die Entwickler von Alfa Laval in den letzten zwei Jahrzehnten den Energiebedarf der Separatoren um 50 bis 80 % gesenkt. Die meisten Geräte sind so konstruiert, dass der Produktfluss mittig von unten in die Maschine ein- und mittig oben an der Maschine wieder austritt. Dies reduziert den potenziellen Energieaufwand durch das Drehen außerhalb der Mitte spart 30 bis 40 % Energie gegenüber dem herkömmlichen Zulauf.
Weitere Einsparungen entstehen durch Direktantriebe anstelle von Getriebemaschinen, da keine Antriebskraft mehr über eine Riemen- oder Kegelradumlenkung weitergeleitet wird. Die Antriebswelle ist direkt mit dem Motor verbunden, was weitere 10 bis 15 % Energieeinsparung ermöglicht sowie den Wartungsaufwand senkt. Eine Neuentwicklung ist auch die Erzeugung eines Vakuums im schnelldrehenden Trommelbereich bei 3.000 bis 5.000 U/min. Der reduzierte Luftwiderstand minimiert den Energieaufwand, einschließlich des Strombedarfs der Vakuumpumpe liegt die Einsparung für das gesamte System bei ca. 25 %.
Der Flüssigkeitsstrom durch die Maschine ist ein wichtiger Faktor bei der validierten Reinigung der Trennapparate. Bild: Heinkel
Im Bereich Separatoren bewirkt die Unidisc-Technologie mit Mikrostempeln eine höhere Trennleistung und Hygiene für sensible Produkte wie Hefen und Bakterien. Durch eine verbesserte Stabilität der Abstände im Tellerpaket wird das Produkt schonender behandelt und gleichzeitig besser getrennt, da die Tellerabstände geringer ausfallen können. Auf gleichem Raum steht dadurch mehr Trennfläche bereit, außerdem fällt die Reinigung leichter.
Neben dem Energiebedarf lassen sich auch weitere Betriebskosten durch Verbesserungen an der Maschine senken. Ein Beispiel dafür ist das Xelletor-Konzept von Flottweg. Die Dekanterzentrifugen dieser Baureihe sind so konstruiert, dass sie bei Einsätzen wie der Klärschlamm-Trocknung einen vergleichsweise hohen Trockenstoffgehalt liefern, bei gleichzetig geringerem Einsatz von Flockungsmitteln. Dadurch sinken sowohl die Betriebskosten als auch die Entsorgungskosten für den getrockneten Schlamm.
Auch jenseits der Konstruktion der Geräte selbst gibt es Verbesserungsmöglichkeiten im Zentrifugen- und Dekanterbetrieb: Betreiber fordern eine möglichst hohe Verfügbarkeit der Maschinen. Um sie dabei zu unterstützen, haben viele Hersteller ihr Serviceangebot erweitert. „Eine Unterstützung seitens des Herstellers zur Auslegung der Zentrifuge ist immer mehr gefordert. Um einen Produktionsausfall bei maschinenspezifischen Störungen zu minimieren, wird eine lokale Präsenz immer wichtiger“, sagt Helge Fiedler, Produktmanager bei Heinkel.
Neben der hohen Verfügbarkeit der Maschinen sollen Ausfallzeiten für Servicetätigkeiten nicht nur gering, sondern auch möglichst leicht einzuplanen sein. Dies vereinfacht die Berechnung der Gesamtkosten über einen längeren Zeitraum, was wiederum die Planungssicherheit steigert. Daher sind zunehmend auch Konzepte und Möglichkeiten zur vorausschauenden Wartung ein fester Bestandteil des Angebots der meisten Hersteller. Um dies zu ermöglichen, ist ein größeres Ausmaß and Prozesskontrolle erforderlich.
Digitalisierung hat dabei bereits viel erreicht und vereinfacht: Ein höherer Vernetzungsgrad der Apparate innerhalb einer Produktionsanlage sowie die Analyse des Trennprozesses in Echtzeit ermöglichen das automatische Anpassen der Prozesse an veränderte Bedingungen: „Eine weitere Neuerung ist das Condition Monitoring, bei dem man in Echtzeit maschinenrelevante Daten abfragen und beurteilen kann. Gerade im Hinblick auf vorbeugende Wartung und Stillstandzeiten ein wichtiger Beitrag, durch den unsere Anlagen bei den Kunden immer noch effektiver werden“, erklärt Robert Stangl, Sales Manager Food & Water bei Alfa Laval. Gleichzeitig erfüllt diese digitale Einbindung zur Überwachung und Regelung von Prozessparametern den Wunsch vieler Betreiber nach einem höheren Automatisierungsgrad.
Weitere Herausforderungen sind weniger spezifisch auf Dekanter und Zentrifugen beschränkt, sondern auch von anderen Anlagenteilen bekannt. Platzbedarf, Aufstellungsort, Zugänglichkeit für den Service oder Produktionszeiten haben weniger mit der Anwendung an sich als vielmehr mit den Bedingungen vor Ort beim Betreiber zu tun. Für die optimale Auslegung einer Anlage sind diese Punkte jedoch genauso entscheidend wie spezifische Produkt-Besonderheiten, und müssen entsprechend berücksichtigt werden.
Durch eine verbesserte Stabilität der Abstände im Tellerpaket wird mit der Unidisc-Technologie das Produkt schonender behandelt und gleichzeitig besser getrennt, da die Tellerabstände geringer ausfallen können. Bilder: Alfa Laval
Das fällt den meisten Betreibern leichter, wenn sie eine Systemlösung aus einer Hand erhalten können. Anbieter stellen sich darauf ein, indem sie Betreiber schon bei der Auslegung für den trenntechnischen Prozessschritt beraten und entsprechend umfassende Lösungen liefern. Die einzelnen Prozessparameter stehen in einer Abhängigkeit zueinander, zeigen aber ihre Auswirkung in unterschiedlicher Ausprägung und Regelmäßigkeit. Die Analyse und Validierung dieser Abhängigkeiten lässt sich beispielsweise bei Flottweg durch gezielte Feldversuche und FEM-Simulation erreichen.
Hersteller wie Heinkel ermöglichen standardisierte Lösungen für unterschiedliche Anwendungen durch einen modularen Aufbau seiner Zentrifugen, der außerdem die Lieferzeiten verkürzt. Für besonders spezifische Anforderungen sind darüberhinaus eigens entwickelte Sonderlösungen möglich. Der Anbieter sieht wachsende Unterschiede in den Anforderungen verschiedener Industriezweige: In der chemischen Industrie steigt der Bedarf an größeren Zentrifugen und effektiveren Trennverfahren. Die pharmazeutische Industrie dagegen benötigt durch den Trend zu immer potenteren Wirkstoffen eher kleinere Apparate. Diese müssen jedoch den hohen Ansprüchen der Industrie an effiziente Reinigung – häufig per Dampfsterilisation – entsprechen: „Durch die Entwicklung eines sanitären Designs können wir höchste Hygieneanforderungen und validierte Reinigungsprozesse erfüllen, die beispielsweise bei der Herstellung von Pharmawirkstoffen unumgänglich sind“, bestätigt Heinkel-Produktmanager Fiedler.
Die Dekanter der Xelletor-Serie von Flottweg sind darauf ausgelegt, Betriebskosten bei der Schlammentwässerung zu senken. Bild: Flottweg
Für die Zukunft erwarten die Anbieter auch weiterhin deutliche Verbesserungen: Viele Möglichkeiten der Digitalisierung und Automatisierung lassen sich erahnen, sind aber noch lange nicht ausgeschöpft, sodass in diesen Bereich spannende Neuerungen zu erwarten sind. Während sich die Trennleistung eines Dekanters durch höhere Drehzahlen zwar steigern lässt, ist dies schon aus technischen Gründen nicht unbegrenzt möglich. Die Dynamik der rotierenden Systeme erfordert bereits eine Annäherung an die Grenzen existierender Werkstoffe, gleichzeitig müssen die Konstruktionen wettbewerbsfähig sein.
Vielversprechend sind Ansätze und Technologien, welche schon in anderen Maschinenbau-Sektoren etabliert sind und Potenzial für Dekanter bieten, sich aber noch nicht wirtschaftlich umsetzen lassen. Meßmer nennt als Beispiel Magnetlager als alternatives Lagerungskonzept für den Rotor: „Diese Technologie steht für uns noch am Anfang, da noch nicht alle Rahmenbedingungen wie technische Leistungsdaten, und weltweite Verfügbarkeit ausreichend erfüllt oder gewährleistet werden können.“ Ebenfalls noch nicht realisierbar sind verschiedene Anforderungen für Apparate im ex-gefährdeten Bereich, „da manche Betriebsmittel oder Normteile in den benötigten Materialien noch nicht vorhanden sind“, führt Fiedler aus. „Hinzu kommt, dass verschiedene Komponenten für den Ex-Bereich beschränkt oder gar nicht einsetzbar sind.“ Für die Verwirklichung dieser und weiterer Zukunftsvisionen, darin sind sich alle Hersteller einig, ist nach wie vor ein enger Kontakt zwischen Entwicklern und Betreibern notwendig.
Alfa Laval Ifat, 7.-11.9.2020, Halle A1 – 251 Flottweg Ifat, 7.-11.9.2020 ,Halle A1 – 550
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