The pursuit of purity

KLARE SACHE

Weinproduktion, Ölverarbeitung und Abwasserreinigung haben eines gemeinsam: Der Prozess erfordert die Trennung von Feststoffen aus Flüssigkeiten. Die Dekanterzentrifugen von Alfa Laval meistern diese Aufgabe problemlos. Dabei nutzen sie Kräfte, die bis zu 3.500 Mal größer sind als die Schwerkraft.

Fakten

Alfa Laval
Alfa Laval ist Spezialist für Wärmeübertragungs-, Separations- und Pumpentechnik. Das 1883 gegründete Unternehmen hat einen Nettoumsatz von 3,4 Milliarden Euro bei 16.400 Mitarbeitern. Alfa Laval stellt Dekanter seit den 1950er Jahren her und hält in dieser Sparte einen Anteil von 20 Prozent am Weltmarkt. Die größten Märkte des Unternehmens sind die USA und Kanada.

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Alfa Laval

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Frank Fiddelaers Peder Dalgaard

Viele industrielle Prozesse erfordern die Abscheidung von Schwebstoffen aus einer Flüssigkeit. Die Abwasserreinigung, die Verarbeitung von Ölen und die Weinproduktion sind nur einige Beispiele. Das Endprodukt ist in der Regel die gereinigte Flüssigkeit. In manchen Fällen sind es jedoch die Feststoffe, die nach der Separation übrig bleiben, wie etwa bei der Sojaproduktion.

Würde der Faktor „Zeit“ keine Rolle spielen, könnte man einfach die Schwerkraft nutzen, um die jeweiligen Stoffe abzuscheiden: In einem Absetzbecken oder -behälter sinken die Feststoffe zu Boden, wenn die Suspension stillsteht. Schneller geht es allerdings mit Alfa Lavals Dekanterzentrifugen.

„Die Dekanter-Trommel rotiert mit einer Umfangsgeschwindigkeit von 100 bis 110 Metern pro Sekunde“, erklärt Bent Madsen, Leiter Technik und Prozesse im Produktionszentrum für Dekanter von  Alfa Laval in Kopenhagen. „Dadurch entstehen im Inneren Zentrifugalkräfte, die 3.000 bis 3.500 Mal größer sind als die Schwerkraft.“

Eines der neuesten und größten Modelle von Alfa Laval ist der Lynx 1000 mit einer Durchsatzleistung von 540 Kubikmetern pro Stunde. Bei unserem Besuch in der Fertigungsstraße türmt sich vor uns im Bereich der Ausgangskontrolle ein 18,5 Tonnen schweres Ungetüm von fast neun Metern Länge und über zwei Metern Höhe auf. Für den Antrieb des Lynx 1000 sorgen zwei Elektromotoren, einer davon mit einer Leistung von 330 Kilowatt.

In einem anderen Bereich wird gerade an einer Dekanter-Trommel aus hochfestem Duplex-Stahl gearbeitet. Der große blanke Zylinder ist an einem Ende mit ringförmig angebrachten Austrittsöffnungen versehen. Am anderen Ende ist die Öffnung konisch geformt. Der Innendurchmesser von Dekanter-Trommeln variiert zwischen 0,2 und einem Meter, und die Trommellänge kann bis zum Vierfachen des Durchmessers betragen. Die Größe hängt von der Anwendung ab.

Im Inneren der Dekanter-Trommel ist eine Förderschnecke eingebaut. Trommel und Schnecke rotieren mit sehr hoher Drehzahl, in manchen Fällen mit bis zu 5.000 Umdrehungen pro Minute, aber die Schnecke dreht sich geringfügig langsamer. Der Drehzahlunterschied liegt je nach Medium zwischen einer und 50 Umdrehungen pro Minute.

Während sich die Trommel mit der Schnecke dreht, wird die Suspension über ein zentrales Zulaufrohr zugeführt. Unter dem Einfluss der Zentrifugalkräfte setzen sich die Feststoffe der Suspension an der Trommelwand ab und werden dann von der Schnecke zum konischen Ende der Trommel transportiert. Die geklärte Flüssigkeit gelangt über die Austrittsöffnungen im Endstück der Trommel, die gleichzeitig als Wehre dienen, in ein Ablaufbecken.

Bei diesem kontinuierlichen Prozess können große Mengen an Suspensionen in kürzerer Zeit verarbeitet werden, als es bei herkömmlichen Sedimentationsverfahren möglich wäre. Die je nach Anwendung gewählte Kombination aus Drehzahl, Differenzdrehzahl und Dekantergeometrie beeinflusst das Endergebnis.

 

Schmierfett für hohe Drehzahlen
Der Lynx 1000 ist der erste Dekanter einer völlig neuen Generation von Alfa Laval. Er hat eine Durchsatzleistung von bis zu 540 Kubikmetern pro Stunde. Der Dekanter wurde speziell für abrasive Feststoffe in der Erdöl- und Erdgasindustrie entwickelt und weist eine längere Lebensdauer auf als seine Vorgängermodelle. Um zu verhindern, dass Schmutzpartikel in die Hauptlager eindringen, wollte das Konstruktionsteam von Alfa Laval die Lager mit Fett schmieren. Das erwies sich als Problem.

„Laut SKF Lagerkatalog sind Geschwindigkeiten und Lasten, wie sie bei uns vorkommen, mit Fettschmierung nicht möglich“, sagt der Getriebespezialist Lauge Svarrer.

Es folgten fünf Jahre mit Labortests und Lagersystemoptimierung in enger Zusammenarbeit mit SKF. Alfa Laval baute eine spezielle Testanlage, in der Betriebsparameter, Lager und Fette in verschiedenen Kombinationen ausgewertet werden konnten.

„Wir mussten einen Weg finden, um diese schnell rotierenden Lager bei einer stabilen Temperatur zu schmieren“, erinnert sich Entwicklungsingenieur Kristoffer Sjögreen, der die Tests überwachte.
Dr. Jan Cederkvist, Leiter der Produktvalidierung, erklärt dazu: „Ein kurzfristiger geringer Temperaturanstieg ist beim Einspritzen des Schmierfetts normal. Exzessive Anstiege, die eine Gefahr für die Lager darstellen, gilt es jedoch zu vermeiden. Wichtig ist, dass die Konstruktion zuverlässig und robust ist.“

Es ging letztendlich darum, das richtige Verhältnis zwischen den Parametern zu finden.

Peder Dalgaard, der bei SKF als Anwendungsingenieur tätig ist, bringt es auf den Punkt: „Man muss einfach jeden Aspekt berücksichtigen: die Toleranzen, die richtige Menge und Sorte von Schmierfett, die Konstruktion des Lagersystems und die Laufpräzision der Lager. In diesem Fall wird LGHP 2 von SKF als Schmierfett verwendet. Das Lagersystem besteht aus einem Rillenkugellager und einem Zylinderrollenlager in getrennten Lagergehäusen.“

Das Ergebnis ist ein hohes Maß an Lagersystemoptimierung.

„Das Projekt hat zu einer äußerst stabilen Leistung von fettgeschmierten Rollen- und Rillenkugellagern bei hohen Lasten, allen relevanten Prozesstemperaturen und Drehzahlkennwerten von über  500.000 n x dm geführt“, sagt der leitende Entwicklungsingenieur Frank Fiddelaers.

 

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