Mehrstufige-Dampfstrahl Vakuumsysteme

Technisches Vakuum bis 0,05 mbar

Mehrstufiges Körting Dampfstrahl-Vakuumsystem mit Strahlpumpen und Kondensatoren aus Graphit
Mehrstufiges Körting Dampfstrahl-Vakuumsystem mit Strahlpumpen und Kondensatoren aus Graphit

Optimale Lösungen für jeden Anwendungsfall

Die Anwendungsmöglichkeiten für mehrstufige Dampfstrahl-Vakuumsysteme in der Prozessindustrie sind nahezu unbegrenzt. Abhängig vom Anwendungsfall kommen die verschiedensten Varianten dieser Systeme zum Einsatz. Typisch für fast jedes mehrstufige Dampfstrahl-Vakuumsystem sind die Zwischenkondensatoren. Vom erforderlichen Prozessvakuum, von den Kühlwasserbedingungen und dem Treibdampfdruck hängt die Wahl der Vorverdichtung (1- bis 3-stufig) bis zur ersten Zwischenkondensation ab. In einigen Sonderfällen kann der Einsatz eines Vorkondensators zur Optimierung des Vakuumsystems beitragen. Die Auslegung der Zwischenkondensatoren bestimmt den dem Inertgas anhängenden Dampfanteil. Dieser wird zusammen mit dem Inertgas von der nachfolgenden Strahlpumpenstufe weiterverdichtet.

Spitzenposition im Weltmarkt

Für die Auslegung und Fertigung mehrstufiger Dampfstrahl-Vakuumsysteme nimmt die Körting Hannover AG auf dem Weltmarkt eine Spitzenposition ein. Seit der Gründung im Jahre 1871 durch Ernst Körting entwickelt und liefert das Unternehmen vakuumtechnische Anwendungen. Durch prozessorientierte Auslegungen wird, in Abhängigkeit der technischen und wirtschaftlichen Randbedingungen, für jede Anwendung ein optimiertes System entwickelt.

Die Auslegung der Körting Dampfstrahl-Vakuumpumpen stützt sich dabei auf ein besonders dichtes Kennfeld von Messergebnissen auf hauseigenen Prüfständen. Geeignete theoretische oder numerische Berechnungsmethoden für die Auslegung von Dampfstrahl-Vakuumpumpen sind bis heute nicht verfügbar. Die hohe Qualität des Körting Kennfeldes von Messergebnissen ist entscheidend für eine sichere und gleichzeitig wirtschaftliche Auslegung der Dampfstrahl-Vakuumpumpen. Auch Auslegungen in Grenzbereichen sind durch die hohe Anzahl von Messdaten abgesichert. Dadurch sind sehr kleine Treibdampfdrücke (sogar Abdampf < 1 bar (abs) ist einsetzbar) oder sehr hohe Verdichtungsverhältnisse (bis 16:1) problemlos realisierbar.

Vorteile

Körting Dampfstrahl-Vakuumsysteme bieten umfangreiche Vorteile:

  • keine mechanisch bewegten Teile
  • gemäß Druck- und Temperaturbedingungen im Apparatebau übliche Werkstoffe (aber auch Sonderwerkstoffe) einsetzbar
  • minimale Anforderungen hinsichtlich Wartung
  • höchste Verfügbarkeit (auch nach längeren Stillständen)
  • höchste Betriebssicherheit in allen Betriebspunkten (z. B. keine Kavitationsgefahr)
  • minimaler Aufwand an Sicherheitstechnik und Prozessüberwachung
  • hermetisch dicht ohne zusätzliche Einrichtungen
  • keine eigenen potenziellen Zündquellen, dadurch nicht im Anwendungsbereich der EU-Explosionsschutzrichtlinie ATEX

Prozessführung in mehrstufigen Dampfstrahl-Vakuumsystemen

Die Prozessauslegung, dabei vor allem die Wahl der Kondensatoren, richtet sich unter anderem nach der Verschmutzungsneigung der Prozessmedien. Die Art der Prozessauslegung und die Auswahl der Werkstoffe werden den jeweiligen Anforderungen angepasst.

Wesentliche Merkmale der Prozessauslegung in Dampfstrahl-Vakuumsystemen:
  • Misch- oder Oberflächenkondensatoren
  • Mischkondensatoren mit Kühlwasser oder Prozessmedium
  • Dampfstrahl-Vakuumsysteme mit Mischkondensatoren und geschlossenem
  • Kühlkreislauf (verschmutzungsunanfällig bei minimaler Abwassermenge)
  • Oberflächenkondensatoren mit Kondensation im Mantel- oder im Rohrraum
  • Oberflächenkondensatoren mit festen Rohrböden oder ziehbarem Rohrbündel (Schwimmkopf- oder U-Rohr-Bauweise)
  • unbeheizte, teilbeheizte oder vollbeheizte Dampfstrahl-Vakuumpumpen
  • Dampfstrahl-Vakuumpumpen mit Wasserdampf oder organischen Dämpfen als Treibmedium
  • Die Materialqualität der ausgeführten Systeme richtet sich in erster Linie nach der Korrosivität der eingesetzten Medien. Neben allen Stahl- und Edelstahl-Qualitäten werden auch hochlegierte Werkstoffe oder Graphit eingesetzt oder es werden geeignete Beschichtungen verwendet.

Vakuumsysteme mit Mischkondensatoren

Nahezu unbegrenzte Anwendungsmöglichkeiten gepaart mit hoher Zuverlässigkeit im Betrieb. Individuell auf jeden Anwendungsfall ausgelegt sind Körting Vakuumsysteme mit Mischkondensatoren in der Prozessindustrie seit Jahrzehnten bewährte und gefragte Lösungen. Sie bieten unter anderem die Vorteile eines wartungsfreien, unempfindlichen Betriebs.

Mehrstufige Vakuumsysteme mit Mischkondensatoren

Bei diesem 4-stufigen Dampfstrahl-Vakuumsystem mit Mischkondensatoren sind zwei Strahlpumpenstufen hintereinander geschaltet. Diese verdichten in einen Hauptkondensator. Anschließend entlüften zwei weitere Strahlpumpen den Hauptkondensator. Ein zwischengeschalteter Mischkondensator kondensiert den Treibdampf der dritten Strahlpumpenstufe. Ein solches Vakuumsystem kann, je nach Kühlwassertemperatur im ersten Mischkondensator, einen Saugdruck unter 1 mbar erreichen.

Vorteile

  • wartungsfreier, unempfindlicher Betrieb
  • seit Jahrzehnten bewährt im Einsatz
  • fast unbegrenzte Anwendungsoptionen

Vorteile

  • Vermischung von Prozess- und Kühlmedium im Mischkondensator

Funktionsdiagramm eines 4-stufigen Dampfstrahl-Vakuumsystem mit Mischkondensatoren

Regelbare Vakuumsysteme mit Mischkondensatoren

Bei sich ändernder Kühlwassertemperatur (Sommer oder Winter) können Dampfstrahl-Vakuumsysteme mit einer Regelung ausgestattet werden. So wird für jede Kühlwassertemperatur der minimal erforderliche Treibdampfverbrauch automatisch eingestellt.

Die Regelung greift im Bereich des Treibmassenstroms und ist über die Drosselung des Treibdampfdruckes oder durch eine Querschnittsvariation der Düse (Düsennadel) möglich. Besonders die Düsennadelsteuerung hat sich bewährt, da diese das maximale Expansionsverhältnis über die Treibdampfdüse ausnutzt. Die axiale Verschiebung der Düsennadel kann durch elektrische oder pneumatische Stellantriebe erfolgen.

Im Ergebnis dieser Installation stehen optimal angepasste Verbräuche und damit verbunden reduzierte Energiekosten bei gleichbleibender Leistung. Gegenüber einer starren Auslegung sind die Investitionskosten bei regelbaren Vakuumsystemen höher. Diese amortisieren sich bereits nach kurzer Zeit.

Vorteile

  • Reduzierung des Treibdampf- und damit des Energieverbrauches

Funktionsdiagramm eines Vakuumsystems mit regelbarer Strahlpumpe in der ersten Stufe, Mischkondensatoren und 2-stufiger Strahlpumpen-Entlüftungsgruppe.Funktionsdiagramm eines Vakuumsystems mit regelbarer Strahlpumpe in der ersten Stufe, Mischkondensatoren und 2-stufiger Strahlpumpen-Entlüftungsgruppe.

Vakuumsysteme mit Mischkondensatoren und Flüssigkeitsring-Vakuumpumpe

Flüssigkeitsring-Vakuumpumpen sind mechanische Pumpen. Diese sind durch bewegliche Teile störanfälliger als Strahlpumpen, durch den Einsatz mit elektrischer Energie allerdings kostengünstiger im Betrieb. Durch Kombination von Strahlpumpen mit Flüssigkeitsringpumpen können die Vorteile beider Systeme vereint werden.

Das Funktionsdiagramm zeigt ein 4-stufiges Hybrid-Vakuumsystem mit Mischkondensatoren. Die letzte Stufe des Vakuumsystems bildet eine Flüssigkeitsring-Vakuumpumpe. Diese entlüftet den zwischengeschalteten Mischkondensator auf Atmosphärendruck. Durch den Einsatz dieser mechanischen Pumpe kann Treibdampf eingespart werden. Ein solches System aus Strahlpumpen und mechanischer Vakuumpumpe wird als Hybridsystem bezeichnet.

Vorteile

  • kurze Anfahrzeit trotz Verzicht auf eine Anfahr-Strahlpumpe
  • reduzierte Betriebskosten

Nachteile

  • erhöhter Wartungs- und Reparaturaufwand (mechanische Pumpe)
  • Gefahr der Materialschädigung durch Kavitation (mechanische Pumpe)
  • Begrenzte Möglichkeiten in der Materialauswahl (mechanische Pumpe)

2-stufiges Vakuumsysteme mit Mischkondensatoren und einer Flüssigkeitsring-Vakuumpumpe als Entlüftungsstufe.

Vakuumsysteme mit Mischkondensatoren in nicht-barometrischer Aufstellung

Häufig steht bei der Konstruktion von Vakuumsystemen nur ein begrenzter Platz zur Verfügung. Die barometrische Aufstellung von Mischkondensatoren benötigt eine Fallwasserhöhe von mindestens 11 Metern. Um den vorhandenen Platz optimal zu nutzen und die Anlagenbauhöhe zu reduzieren, können Körting Vakuumsysteme mit Mischkondensatoren in nicht barometrischer Aufstellung ausgeführt werden.

Vorteile

  • reduzierte Anlagenbauhöhe

Nachteile

  • erhöhter Anlagen- und regelungstechnischer Aufwand und damit verbunden eine größere Störanfälligkeit

Vakuumsystem mit Mischkondensatoren in nicht-barometrischer AufstellungVakuumsystem mit Mischkondensatoren in nicht-barometrischer Aufstellung

Vakuumsysteme mit Mischkondensatoren in geschlossenem Alkalikreis (ACL)

Mehr Informationen über Alkaline Closed Loop Vakuumsysteme (ACL) finden Sie auf dieser Seite.

Vakuumsysteme mit Mischkondensatoren und Prozessdampf betriebenen Strahlpumpen

Die Verwendung von Prozessdampf bietet erhebliche Vorteile beim Einsatz von Strahlpumpen zur Vakuumerzeugung. Die hier dargestellten Strahlpumpen werden zur Evakuierung der Polykondensationsstufe bei der PET-Herstellung eingesetzt und erzeugen einen Saugdruck von < 1 mbar. Die gesamte Vakuumanlage wird im geschlossenen Kreislauf betrieben und arbeitet mit Ethylenglykol (EG, Glykol) als Treibdampf, Kühl- und Betriebsflüssigkeit.

Die Strahlpumpen sind zudem doppelwandig ausgeführt und werden zusätzlich mit Wärmeträgeröl von 300 °C beheizt. Zwischen den Strahlpumpen werden Mischkondensatoren zur Kondensation eingesetzt.

Polyethylenterephthalat (PET) ist ein thermoplastischer Kunststoff aus der Familie der Polyester, der durch Polykondensation hergestellt wird. Die sehr hohen Anforderungen an Anlagen in diesem Bereich erfüllt Körting seit Jahrzehnten zuverlässig. Weltweit wurden bisher über 200 Körting Anlagen dieses Typs erfolgreich in Betrieb genommen.

Vorteile

  • umweltschonend, da keine Kühlwasser- und Luftverschmutzung
  • energiesparend dank hohem Wirkungsgrad
  • prozessintegrierter Umweltschutz

Vakuumsysteme mit Mischkondensatoren und Prozessdampf betriebenen StrahlpumpenVakuumsysteme mit Mischkondensatoren und Prozessdampf betriebenen Strahlpumpen

Vakuumsysteme mit Oberflächenkondensatoren

Vielfältige Verwendungsmöglichkeiten bieten die individuell auf jeden Anwendungsfall ausgelegten mehrstufigen Körting Vakuumsysteme. In der Prozesstechnik liegt der Vorteil beim Einsatz von Oberflächenkondensatoren in der Trennung von Kühl- und Prozessmedium. Körting Vakuumsysteme mit Oberflächenkondensatoren sind in verschiedenen Optionen verfügbar.

Mehrstufige Vakuumsysteme mit Oberflächenkondensatoren

Im unteren Schema ist ein 4-stufiges Dampfstrahl-Vakuumsystem mit Oberflächenkondensatoren dargestellt. In diesem Beispiel werden zwei Strahlpumpenstufen direkt hintereinander geschaltet, um einen Saugdruck unter 1 mbar zu erreichen. Zwei weitere Strahlpumpenstufen verdichten die nicht kondensierbaren Bestandteile des Saugstromes aus dem ersten Oberflächenkondensator bis auf Atmosphärendruck. Im zwischen- und nachgeschalteten Oberflächen-Doppelkondensator wird der Treibdampf der jeweils vorgeschalteten Strahlpumpe kondensiert.

Vorteile

  • Trennung von Prozess- und Kühlmedium
  • Jahrzehnte langer, bewährter Einsatz
  • Fertigung bei Körting im Werk Hannover unter höchsten Qualitätsstandards

Nachteile

  • Verschmutzungsgefahr prozess- und kühlmediumseitig

 Funktionsschema eines regelbaren Vakuumsystems mit Oberflächenkondensator

Regelbare Vakuumsysteme mit Oberflächenkondensatoren

In einigen Fällen ist das in Dampfstrahl-Vakuumanlagen verwendete Kühlwasser äußeren Temperaturschwankungen ausgesetzt. So hat man z. B. unterschiedliche Wassertemperaturen im Sommer und im Winter. In solchen Fällen werden Körting Vakuumsysteme mit einer Regelung ausgestattet. Dadurch kann der für die Kühlwassertemperatur minimal erforderliche Treibdampfverbrauch automatisch eingestellt werden.

Der Treibdampf einer Strahlpumpe kann über zwei Möglichkeiten verändert werden: Zum einen durch Drosselung des Treibdampfdruckes, zum anderen durch Veränderung des Treibdüsenquerschnitts (durch Einsatz einer Düsennadel). Die Erfahrungen zeigen, dass sich der Einsatz einer Düsennadelsteuerung besonders bewährt hat. Diese nutzt das maximale Expansionsverhältnis über die Treibdampfdüse aus und führt so zu minimalem Treibdampfverbrauch. Eine axiale Verschiebung der Düsennadel und damit die Regelung des Treibmassenstroms, erfolgt durch elektrische oder pneumatische Stellantriebe.

Dank der angepassten Verbräuche durch die Regelung stehen im Ergebnis reduzierte Energiekosten bei gleichbleibender Leistung. Regelbare Vakuumsysteme bedingen - im Vergleich zu einer starren Auslegung - höhere Investitionskosten. Dank der eingesparten Energiekosten amortisieren sich diese bereits nach kurzer Zeit.

Vorteile

  • Reduzierung des Treibdampf- und damit des Energieverbrauches

 Funktionsschema eines regelbaren Vakuumsystems mit OberflächenkondensatorFunktionsschema eines regelbaren Vakuumsystems mit Oberflächenkondensator

Vakuumsysteme mit Oberflächenkondensatoren und Flüssigkeitsring-Vakuumpumpe

Durch Kombination von Strahlpumpen mit Flüssigkeitsring-Vakuumpumpen können die Vorteile beider Systeme vereint werden. Flüssigkeitsring-Vakuumpumpen sind mechanisch arbeitende Pumpen mit beweglichen Teilen. Diese sind zwar störanfälliger als Strahlpumpen und teurer in der Anschaffung, im Betrieb allerdings kostengünstiger.

Derartige Systeme können barometrisch wie auch nichtbarometrisch aufgestellt werden. Strahlpumpen und Kondensatoren können horizontal oder vertikal montiert werden.

Unten sehen Sie ein 3-stufige Hybrid-Vakuumsystem mit Oberflächenkondensatoren. Der Oberflächenkondensator wird durch eine Flüssigkeitsring-Vakuumpumpe entlüftet. Diese mechanische Pumpe bildet die letzte Stufe des Vakuumsystems. Durch den Einsatz von Dampfstrahl-Vakuumpumpen und mechanischen Vakuumpumpen bezeichnet man dieses auch als Hybridsystem.

Vorteile

  • Trennung von Prozess- und Kühlmedium
  • kurze Anfahrzeit trotz Verzicht auf eine Anfahrstrahlpumpe
  • Möglichkeit der Mitförderung von Kondensat aus dem vorgeschalteten Kondensator

Nachteile

  • Verschmutzungsgefahr Prozess- und Kühlmediumseitig
  • erhöhter Wartungs- und Reparaturaufwand (mechanische Pumpe)
  • Gefahr der Materialschädigung durch Kavitation
  • Begrenzte Möglichkeiten in der Materialauswahl

Vakuumsystem mit Oberflächenkondensatoren und Flüssigkeitsring-Vakuumpumpe (Hybridsystem)

Vakuumsysteme mit Oberflächenkondensatoren in nicht-barometrischer Aufstellung

Im Gegensatz zur barometrischen Aufstellung von Oberflächenkondensatoren (Fallwasserhöhe 11 m) besteht bei dieser Ausführung die Möglichkeit die Anlagenbauhöhe zu reduzieren. Diese Ausführung wird dort eingesetzt, wo mit größerer Verschmutzung durch Prozessströme zu rechnen ist. Der Einbau von Sprühdüsen am Kopf des Kondensators ermöglicht ein Reinigen auch während des Betriebes. Bei waagerechter (horizontaler) Bauform siehe Hybridsysteme.

Vorteile

  • reduzierte Anlagenbauhöhe
  • Trennung von Prozess- und Kühlmedium
  • kurze Anfahrzeit trotz Verzicht auf eine Anfahr-Strahlpumpe
  • Möglichkeit der Mitförderung von Kondensat aus dem vorgeschalteten Kondensator

Nachteile

  • Verschmutzungsgefahr Prozess- und Kühlmediumseitig
  • erhöhter Wartungs- und Reparaturaufwand durch mechanische Pumpen
  • Größere Störanfälligkeit durch Einsatz von Strahlpumpen
  • Gefahr der Materialschädigung durch Kavitation in der mechanischen Pumpe
  • Begrenzte Möglichkeiten in der Materialauswahl

Vakuumsystem mit Oberflächenkondensatoren in nicht-barometrischer AufstellungVakuumsystem mit Oberflächenkondensatoren in nicht-barometrischer Aufstellung

Vakuumsysteme mit vertikalen Oberflächenkondensatoren

Die im Schema dargestellte Anlage ist mit stehenden (vertikalen) Oberflächenkondensatoren ausgerüstet. Diese Ausführung wird dort eingesetzt, wo mit größerer Verschmutzung durch Prozessströme zu rechnen ist. Der Einbau von Sprühdüsen am Kopf des Kondensators ermöglicht ein "Reinigen" auch während des Betriebes.

Vorteile

  • Trennung von Prozess- und Kühlmedium
  • Reinigung auch während des Betriebes möglich

Nachteile

  • Verschmutzungsgefahr Prozess- und Kühlmediumseitig

Vakuumsysteme mit vertikalen OberflächenkondensatorenVakuumsysteme mit vertikalen Oberflächenkondensatoren

Prozessdampf betriebene Strahlpumpen mit Oberflächenkondensatoren

Prozessdampf betriebene Strahlpumpen werden größtenteils mit Mischkondensatoren betrieben (siehe weiter oben unter Mischkondensatoren). In Sonderfällen ist eine Ausführung mit Oberflächenkondensation jedoch möglich.

Blick in Glykol-Zimmer eines mit Prozessdampf betriebenen Dampfstrahl-VakuumsystemsBlick in Glykol-Zimmer eines mit Prozessdampf betriebenen Dampfstrahl-Vakuumsystems

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