Wasser-Temperiergerät

Glycol-WasserDampf

Die Temperatur ist der entscheidende Parameter bei Verfahren wie der chemischen Synthese, der Extraktion natürlicher Moleküle, der Fermentation und sogar bei biochemischen Prozessen. Diese Prozessschritte finden in einer Vielzahl von Anlagen statt – darunter Reaktoren, Nacherhitzer, Kristallisatoren, Filtertrockner, Trockner, Fermenter und Bioreaktoren –, die alle ein gemeinsames Merkmal aufweisen: einen Mantel, durch den ein Wärmeträger zirkuliert, um die Prozesstemperatur zu regeln. Die aufeinanderfolgenden Stufen eines Chargenprozesses werden innerhalb derselben Anlage bei unterschiedlichen Temperaturen durchgeführt, die typischerweise im Bereich von -20 °C bis 150 °C liegen, sich jedoch bei anspruchsvollen Prozessen bis auf +200 °C oder bei anspruchsvollen Prozessen sogar –100 °C reichen. Bei dem hier vorgestellten Gerät handelt es sich um eine Temperaturregeleinheit , die zum Einsatz kommt, wenn die Prozesstemperatur entweder im negativen oder positiven Bereich von –20 °C bis 150 °C liegt. Als Betriebsmedien werden Dampf zum Heizen, Wasser zur Vorabkühlung und glykolhaltiges Wasser zur Endkühlung benötigt. An die Betreiber werden spezifische Anforderungen gestellt hinsichtlich: • Produktivität: Bei Temperaturwechseln darf keine Zeit verloren gehen. • Produktionsqualität: Die Temperatur muss präzise und gleichmäßig sein; das Produkt darf beim Kontakt mit der Behälterwand nicht überhitzen. Die angestrebte Prozesstemperatur muss direkt erreicht werden, ohne „Überschwingen“. • Sicherheit: Die durch exotherme Reaktionen erzeugte Wärme muss effektiv abgeführt werden. • Anlagenwartung: Die wiederholte Einspeisung von Dampf, Wasser oder Sole verursacht stark schädliche Korrosion. Diese werden vorteilhafterweise durch einen sekundären Wärmeträgerkreislauf ersetzt, der als „Monofluid“-System bezeichnet wird, bei dem über den gesamten Temperaturbereich hinweg dieselbe sauerstofffreie Flüssigkeit durch den Reaktormantel zirkuliert. Seit vielen Jahren hat sich CELSIUS auf die Konstruktion und Herstellung einer speziellen Anlage spezialisiert, die als „Thermal Skid“, „Monofluid Skid“ oder Temperaturregelungsanlage bekannt ist. Das „Ein-Fluid“- Wärmeträger wird je nach Temperaturbereich ausgewählt – Wasser, Wasser-Glykol oder Thermoöl – und entsprechend den Prozessanforderungen mithilfe einer vor Ort verfügbaren Energiequelle wie Dampf, Strom, Wasser, Wasser-Glykol, Sole, Thermoöl oder sogar flüssigem Stickstoff für kryogene Temperaturen erwärmt oder gekühlt. Um Belastungen durch Temperaturunterschiede und -schwankungen zu vermeiden, kommen spiralförmig gewickelte Rohrwärmetauscher zum Einsatz. Alle für die Temperaturregelung erforderlichen Komponenten – Umwälzpumpe, Wärmetauscher, Regelventile, Absperrventile, Messtechnik, Automatisierungssysteme usw. – sind in einer einzigen, auf einem Skid montierten Einheit zusammengefasst. Die Einheit wird vollständig montiert, verrohrt, isoliert und verkabelt an den Standort geliefert, wodurch der Zeitaufwand für Installation, Anschluss und Inbetriebnahme vor Ort (häufig an einem Seveso-klassifizierten Standort) minimiert wird. Das Energiemodul wird mit einem CE-Typenschild und einer CE-Konformitätsbescheinigung gemäß der Europäischen Druckgeräterichtlinie PED 2014/68/EU sowie, sofern zutreffend, der ATEX-Richtlinie 2014/34/EU für Geräte, die in explosionsgefährdeten Bereichen eingesetzt werden; außerdem enthält es ein Installationsqualifizierungsprotokoll (IQ), um die FDA-Validierung der Anlage zu erleichtern. Aufgrund seiner umfangreichen Erfahrung verfügt CELSIUS über das gesamte erforderliche Fachwissen zur Konstruktion und Herstellung dieser Prozessanlage, die die Temperatur der Reaktionsmasse im Produktionsbehälter regelt. Auf der Grundlage der Solltemperatur der Masse und der Messwerte der Temperatursonden sowohl im Reaktor als auch im Ein-Fluid-Kreislauf wählt das Automatisierungssystem den geeigneten Wärmetauscher aus und steuert die Absperr- und Regelventile. Darüber hinaus umfasst das CELSIUS-Automatisierungssystem einen digitalen Zwilling des Reaktors und des Energiemoduls. Der Reaktor wird auf der Grundlage seiner Betriebseigenschaften – wie Mantel, Rührsystem und Lösungsmittelgehalt – modelliert. Während einer Betriebssimulation steuern die Temperaturwerte die Regelventile. Im Gegenzug ermöglichen die Ventilstellungen die Berechnung von Strömungsgeschwindigkeiten, Strömungseigenschaften und Wärmeübergangskoeffizienten innerhalb des Mantels und des Wärmetauschers; dies ermöglicht die Bestimmung der Temperaturen im Reaktor und im Ein-Fluid-Kreislauf für den nachfolgenden Zeitschritt. Durch die Verwendung der Anlagenparameter des Betreibers ermöglicht diese Simulation, dass der digitale Zwilling des Systems – bestehend aus Reaktor und Energiemodul – bereits Wochen vor der Auslieferung betrieben werden kann. Dies erleichtert die Optimierung der Regelparameter und beschränkt die Inbetriebnahmephase auf einen einzigen Tag, wobei Einstellungen verwendet werden, die bereits auf die tatsächlichen Betriebsbedingungen kalibriert sind.