Platzsparende und energieeffiziente Plattenwärmetauscher SYNOTHERM®

Werkstoffe 08. 05. 2022
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Plattenwärmetauscher zum Heizen und Kühlen wollen zukünftig in der Galvano- und Oberflächentechnik Maßstäbe ­setzen, indem sie eine hohe chemische Beständigkeit mitbringen und gleichzeitig einen geringen Platzbedarf aufweisen – Mazurczak bietet Wärmetauscher mit bester Energienutzung und höchster Beständigkeit, optimal angepasst auf die individuellen Anforderungen der Kunden.

Als metallische Werkstoffe für die Wärmetauscher der Mazurczak GmbH stehen vier verschiedene Edelstähle (1.4301, 1.4404, 1.4571 und 1.4539) sowie Titan 3.7035/grade 2 zur Verfügung. Die Ausführung mit einem metallischen Grundkörper und einer Fluorpolymerbeschichtung wird eingesetzt, wenn die metallischen Werkstoffe nicht chemisch beständig sind oder Antihafteigenschaften erforderlich sind (Zink-Phosphatierung). Jeder Wärmetauscher SYNOTHERM® wird individuell projektiert und realisiert. Auch bei schwierigsten Einbausituationen, können durch variable Abmessungen, unterschied­liche Werkstoffe und flexible Anschlussmöglichkeiten eventuelle Probleme gelöst werden.

Abb. 1: Komponenten und Aufbau eines Wärmetauschers

Abb. 2: Der Wärmetauschergrundkörper ist mit einem Fluorpolymer beschichtet

 

Zur effizienten Planung des Wärmetauschers wird zunächst der Wärme- oder Kühlbedarf des Prozesses berechnet. Durch diese Berechnung wird der notwendige Energiebedarf ermittelt. Mit der bei Mazurczak eigens entwickelten Wärmetauscher-Software wird der Wärmetauscher SYNOTHERM® entsprechend ausgelegt und der Nutzer erhält exakte Angaben zu den Leistungen, den benötigten Volumenströmen und dem Druckverlust. Anhand dieser Informationen können die Anlagen und Behälter optimal ausgelegt und konstruiert werden.

Die 3D-CAD-Zeichnungen ermöglichen eine passgenaue Integration in den Behälter. Nach der Bestellung werden die Zeichnungen zur Freigabe in verschiedenen CAD-Formaten zur Verfügung gestellt.

Aufbau und Komponenten

Den wesentlichsten Bestandteil der Plattenwärmetauscher stellen zwei Metallbleche für die Herstellung der Basisplatte dar. Auf einer Tafelschere werden die Metallbleche auf die erforderliche Abmessung ­zugeschnitten. Die Basisplatte kann millimetergenau an den verfügbaren Platz im Behälter angepasst werden. Das Punktschweißen und Kantenschweißen erfolgt durch einen reproduzierbaren, vollautomatischen Schweißprozess.

Vorlauflauf und Rücklauf bestehen aus einer Verrohrung mit der entsprechenden Anschlusstechnik. Abgewinkelte Verrohrungen sollen die Montage im Behälter erleichtern. Als Anschlusstechnik kann entweder ein Flansch oder Gewindenippel angeschweißt werden. Durch Hochdruckumformung wird die kissenähnliche Struktur der Plattenwärmetauscher erzeugt. Mit Hilfe der Fixierbleche und Abstandshalter können die Plattenwärmetauscher transportiert und an den Behältern befestigt werden.

Werkstoffpalette um Edelstahl 1.4539/AISI 904L erweitert

Um neue Anwendungen und ­Einsatzbereiche in der Galvano- und Oberflächentechnik sowie der Lebensmittelindustrie, der Aquakultur und der Reinigungstechnik erschließen zu können, hat Mazurczak die Werkstoffpalette für die Wärmetauscher SYNOTHERM® mit dem Edelstahl 1.4539/AISI 904L ergänzt.

Der Werkstoff 1.4539 ist ein nichtrostender, superaustenitischer Nickel-Chrom-Molybdän-
Kupfer-Stahl, der weitestgehend beständig gegenüber zahlreichen organischen und anorganischen Säuren ist. Der Grund hierfür ist der hohe Nickel-/Chromanteil in Verbindung mit Kupfer und Molybdän. Das hochlegierte 1.4539-Material ist meerwasserbeständig und besitzt einen hohen Widerstand gegen Lochfraß- und Spannungsrisskorrosion.

Wärmetauscher aus Edelstahl 1.4539 sind besonders geeignet für den Einsatz in schwefelsäurehaltigen Lösungen (z. B. Kühlung von Eloxalbädern auf Basis von Schwefelsäure), hochkonzentrierter Phosphorsäure, hochkonzentrierter Natronlauge, Mischsäuren (Schwefelsäure und Salpetersäure) sowie zur Kühlung bestimmter Elektropolierbäder (Schwefelsäure und Phosphorsäure).

Abb. 3: Linse beziehungsweise Kissenstruktur

 

Eigenschaften von ­SYNOTHERM® im Vergleich

Der Aufwand für die Instandhaltung der Plattenwärmetauscher ist im Vergleich zu Rohrwärmetauschern wesentlich geringer. Die ebene und glatte Oberfläche lässt sich einfach und schnell reinigen. Herabfallende Teile oder Sedimente können sich nicht auf dem Wärmetauscherkörper ablagern oder sich in diesem verfangen.

Hervorragende Antihafteigenschaften in Zink-Phosphatierungen

Die beschichteten Plattenwärmetauscher SYNOTHERM® verfügen ebenfalls über einen metallischen Grundkörper. In einem mehrstufigen Beschichtungsprozess wird eine Fluor­polymerbeschichtung auf die metallische Oberfläche aufgebracht.

Durch die Beschichtung weisen die Plattenwärmetauscher SYNOTHERM® eine sehr hohe chemische Beständigkeit und hervorragende Antihafteigenschaften auf. Sie erfüllen damit zwei entscheidende Anforderungen für den Einsatz im chemischen ­Apparatebau. Die ­antiadhäsive ­Fluorpolymerbeschichtung sorgt für eine homogene Wärmeübertragung und für konstante Prozessbedingungen, wenn Inkrustationen, Anbackungen und Ablagerungen die Wärmeübertragungsfähigkeit von Wärmetauschern ­einschränken. Die Reinigung von Wärmetauschern, die Zink-Phosphatierungen beheizen, wird durch die Antihafteigenschaften erheblich vereinfacht. Die Inkrustation kann als komplette Schicht vom Wärmetauscher gelöst werden. Die Inkrustation muss nicht mehr bergmännisch vom metallischen Grundkörper abgebaut werden.

Große ­Wärmetauscherfläche bei geringen Bauvolumen

Die Wärmetauscher verfügen über eine hohe Flächendichte. Das bedeutet, dass hierdurch eine große Wärmetauscherfläche im Verhältnis zum benötigten Bauvolumen zur Verfügung gestellt werden kann. Die gesamte Bautiefe des Wärmetauschers beträgt nur 60 Millimeter (10 mm Basisplatte + 50 mm Abstandshalter zur Behälterwand).

Abb. 4: Strömung und Umlenkung im Inneren des Wärmetauschers

 

Mittels Hochdruckumformung wird die kissenähnliche Struktur der Plattenwärmetauscher erzeugt. Diese Struktur ermöglicht eine starke Verwirbelung des Wärmetauscher­mediums. Das Wärmetauschermedium wird zudem durch das Schweißpunktraster kontinuierlich umgelenkt. Dadurch ergibt sich eine höhere Wärmedurchgangszahl k im Vergleich zu Rohrwärmetauschern.

Wie die Grundformel [1] zeigt, wird dadurch bei gleichbleibender Temperaturdifferenz Δϑln weniger Wärmeübertragungsfläche A benötigt, um die gleiche Leistung Q zu übertragen:

Q = k × A × Δϑln

Plattenwärmetauscher sind bis zu 33 % energieeffizienter als Rohrschlangenwärmetauscher und haben einen geringeren Platzbedarf. Dies reduziert die Baugrößen und Kosten der Behälter und es steht mehr Platz für andere Komponenten des Behälters oder der Anlage zur Verfügung. Folglich sparen die Wärmetauscher SYNOTHERM® Platz, Gewicht, Material und Kosten.

Literatur

[1] P. von Böckh, T. Wetzel (Hrsg.): Wärmeübertragung, Grundlagen und Praxis, 6. Aufl. 2015, Karlsruhe, S. 9

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