Alle Anlagen sind äußerst flexibel konzipiert und können miteinander verbunden sowie je nach Anforderungen für verschiedenste Aufgaben konfiguriert und kombiniert werden. Mögliche Adaptierungen beinhalten die Anpassung von Rohrleitungen, neue Verschaltungen oder zusätzliche Mess- und Steuertechnik. Kunden haben auch die Möglichkeit, ihre eigenen Apparaturen vorübergehend in die Pilotanlage zu integrieren, um den Prozess möglichst realitätsnah abzubilden.
1. Laboranlage mit Dünnschichtverdampfer
3. Dünnschichttrockner (vertikal und horizontal)
5. VISCOFILM-Dünnschichtverdampfer
Abbildung 1: Das Diagramm zeigt die Anwendungsbereiche der verschiedenen Verdampfungstechnologien. Durch die Wahl bzw. Kombination der richtigen Technologien ist GIG Karasek in der Lage, ein sehr breites Spektrum an unterschiedlichen Substanzen zu verarbeiten und diese auch weitgehend im Technikum abzubilden. @ GIG Karasek
Im Fokus der Laboranlage steht die Bewertung der Machbarkeit. Es gilt zu klären, ob das Produkt erfolgreich separiert werden kann und ob der Prozess technisch umsetzbar ist.
Dabei spielt die effektive Verdampfung des Materials eine entscheidende Rolle, wobei auch atmosphärische Druckverhältnisse und potenzielle Vakuumbedingungen berücksichtigt werden müssen.
Des Weiteren ist es von hoher Relevanz, potenzielle Herausforderungen bei der Verdampfung sowie weitere prozessspezifische Faktoren zu identifizieren.
Die Laboranlage besteht aus einer in Edelstahl ausgeführten Tischanlage mit einem Dünnschichtverdampfer.
Abbildung 2: GIG Karasek Laboranlage mit Dünnschichtverdampfer @ GIG Karasek
Vakuum: > 0,005 mbar abs.
Heiztemperatur: 20°C bis 250 °C
Der Dünnschichtverdampfer zeichnet sich durch einen schonenden Verdampfungsprozess aus und findet Anwendung sowohl beim Aufkonzentrieren als auch beim Aufreinigen von Wertstoffen.
Der Verdampfer eignet sich für verschiedene Einsatzbereiche, darunter die Konzentration von strukturviskosen Medien, die Aufkonzentrierung temperaturempfindlicher Produkte und die Destillation von niedrig siedenden wertvollen Komponenten. Darüber hinaus wird er als Reboiler in Rektifikationsanlagen eingesetzt und ermöglicht die Reinigung von hochsiedenden Produkten durch Abdestillation.
Die Dünnschichtverdampferanlage im Technikum entspricht etwa einer Trennstufe, als Heizmedium kommt Wärmeträgeröl zum Einsatz. Der Verdampfer kann mit unterschiedlichen Rotor- und Wischerblättern betrieben werden, um das volle Spektrum an Funktionen abzubilden, welches auch in der Großanlage zur Verfügung steht. Auf diese Weise können gezielt Versuche durchgeführt werden, um die bestmögliche Kombination für spezifische Kundenanforderungen oder Produkte zu ermitteln. Zusätzlich ist die Verschaltung mit einer Destillationskolonne möglich.
Die Leistung der Anlage wird über eine Massenbilanz bestimmt.
Abbildung 3: Dünnschichtverdampferanlage im Technikum © GIG Karasek
Der Dünnschichtverdampfer besteht aus einem zylindrischen, von außen beheizten Mantel, in dessen Innerem sich ein Rotor befindet. Die Rotorblätter sind so konstruiert, dass sie den Heizmantel nicht berühren. Spezielle Wischerelemente sorgen jedoch für eine gleichmäßige Verteilung des Produkts sowie den kontinuierlichen Weitertransport des Produktstroms. Gleichzeitig verhindern die Wischer eine Verkrustung oder Verblockung der Heizfläche.
Durch kurze Verweilzeiten des Produkts auf der Heizfläche und die Minimierung der Temperaturbelastung wird ein schonender Verdampfungsprozess erreicht, der eine hohe Produktqualität gewährleistet:
Der Dünnschichtverdampfer ist im Technikum mit einer Destillationskolonne verschaltbar, um die Effizienz des Trennprozesses zu maximieren und die Herstellung hochreiner Produkte zu ermöglichen:
Ein typisches Anwendungsbeispiel für dieses Verfahren ist die Entschwefelung von Biodiesel: Im ersten Prozessschritt erfolgt die Entwässerung des temperaturempfindlichen Biodiesel im Dünnschichtverdampfer. Anschließend wird im zweiten Prozessschritt die Kolonne zugeschaltet, um den Schwefel abzutrennen.
Dünnschichtverdampfer:
Destillationskolonne:
Der Dünnschichttrockner, eine Sonderbauart des Dünnschichtverdampfers, bietet eine schonende und effiziente Alternative, wenn konventionelle Trocknungstechnologien bei anspruchsvollen Anwendungen an ihre Grenzen stoßen. Der Dünnschichttrockner findet in Branchen wie Abfallentsorgung, Chemie, Pharmazie und Lebensmittelverarbeitung breite Anwendung, um eine Vielzahl von Produkten wie Schlämme, Chemikalien, Suspensionen, Pasten und feuchte Feststoffe effektiv zu trocknen.
Abbildung 4: Funktionsprinzip eines Dünnschichttrockners @ GIG Karasek
Im Technikum stehen sowohl ein vertikaler als auch ein horizontaler Dünnschichttrockner zur Verfügung, um umfangreiche Tests und Versuche durchzuführen.
Für die Trocknung sehr nasser Schlämme empfiehlt sich eine Kombination aus Vortrocknung im vertikalen Apparat und anschließender Nachtrocknung im horizontalen Dünnschichttrockner.
Durch diese Vorgehensweise kann eine minimale Restfeuchte erreicht werden.
Abbildung 5: Horizontaltrockner in der Fertigung © GIG Karasek
Der Dünnschichttrockner arbeitet nach dem Prinzip des Dünnschichtverdampfers und zeichnet sich durch seine hohe Trocknungseffizienz und die Möglichkeit kurzer Trocknungszeiten aus. Mit seiner speziellen Wischerkonstruktion ermöglicht der Verdampfer eine schonende Trocknung von flüssigen Einsatzprodukten, bis hin zur Pulverform, wobei Verluste an Wertstoffen minimal gehalten werden und eine hohe Reinheit der Trockenprodukte gewährleistet ist. Ein anschauliches Praxisbeispiel finden Sie in unsern Blogbeitrag "Maßarbeit bei Power Oil Rostock, Deutschland“
Abbildung 6: Horizontaltrockner @ GIG Karasek
Horizontaltrockner/Vertikaltrockner:
Der Kurzwegverdampfer ist eine hochentwickelte Destillationstechnologie, die speziell für die schonende Trennung empfindlicher Substanzen bei niedrigem Druck und hohen Abdampfraten konzipiert wurde. Die Kurzweg-Technologie findet hauptsächlich Anwendung in der Destillation viskoser und stark verschmutzter Produkte. Der Kurzwegverdampfer ist in der Lage, viele Substanzen zu reinigen, die mit herkömmlichen thermischen Verfahren nicht erfolgreich getrennt werden können.
Der Kurzwegverdampfer im Technikum ist ein äußerst leistungsfähiger Apparat, der eine schonende Trennung empfindlicher Medien unter niedrigen Prozessdrücken im Bereich von 0,001 bis 1 mbara ermöglicht. Durch seine flexible Bauweise kann er individuell an die spezifischen Anforderungen jedes Produkts angepasst werden.
Im Technikum werden verschiedene Wischertypen getestet und variiert, um die optimale Kombination für eine effiziente Trennung zu finden.
Ein zusätzlicher Vorteil der Pilotanlage besteht darin, dass der Kurzwegverdampfer mit den Dünnschichtverdampfer-Apparaten verschaltet werden kann, um verweilzeitkritische Eindampfprozesse zu simulieren und eine realitätsnahe Untersuchung und Optimierung dieser Prozesse zu ermöglichen.
Abbildung 7: Dünnschichtanlage im Technikum © GIG Karasek
Im Wesentlichen funktioniert ein Kurzwegverdampfer nach dem gleichen Hochleistungsprinzip wie der Dünnschichtverdampfer, jedoch mit zwei entscheidenden Unterschieden:
Durch diese spezielle Bauweise und das Feinvakuumverfahren eignet sich der Kurzwegverdampfer besonders für die schonende Destillation empfindlicher Substanzen wie Fettsäuren, halbflüchtige Aromastoffe, Vitamine und Öle.
Abbildung 8: Kurzwegverdampfer Funktionsprinzip @ GIG Karasek
Der VISCOFILM-Dünnschichtverdampfer wurde speziell für die schonende Verdampfung von Produkten mit einer hohen Viskosität von bis zu 5.000 Pa·s entwickelt. Er fungiert als Verbindungsglied zwischen herkömmlichen Dünnschichtverdampfern, die für Flüssigkeiten mit einer Viskosität unter 10 Pa·s ausgelegt sind, und Polymerextrusionstechnologien, die Flüssigkeiten mit einer Viskosität von bis zu 10.000 Pa·s verarbeiten können.
Der VISCOFILM-Dünnschichtverdampfer basiert auf dem Funktionsprinzip eines Dünnschichtverdampfers, weist jedoch einige besondere Merkmale auf. Vor allem sein individueller und modularer Aufbau sowie das spezielle Rotor-Design zeichnen ihn aus und ermöglichen eine vielseitige Anwendung und einen breiten Einsatzbereich.
Ein besonderer Schwerpunkt des Hochviskosverdampfers liegt auf der Verwertung von nachwachsenden und/oder recycelbaren Stoffen, wie zum Beispiel Polymeren. Durch seine spezielle Konstruktion ermöglicht er nicht nur die effiziente Rückgewinnung von Lösemitteln, sondern auch die Minimierung der Restgehalte in den Endprodukten. Der Hochviskosverdampfer eröffnet somit nicht nur ökonomische Vorteile, sondern trägt auch zur Reduzierung der Umweltbelastung und zur Schonung wertvoller Ressourcen bei.
Abbildung 9: VISCOFILM-Dünnschichtverdampferanlage im Technikum © GIG Karasek
Die VISCOFILM-Dünnschichtanlage im Technikum ist robust ausgeführt und sowohl für den kontinuierlichen Betrieb als auch für die Produktion von Kleinmengen geeignet:
Abbildung 10: Prinzipienschema Pilotanlage VISCOFILM-Dünnschichtverdampfer © GIG Karasek
Anlagenausstattung:
Ein besonderes Merkmal des VISCOFILM-Verdampfers ist der standardmäßig vorhandene Anschluss für einen Extruder. Es besteht somit im Technikum die Option, Granulat direkt in einem temporär zur Verfügung gestellten Extruder aufzuschmelzen und anschließend in den VISCOFILM-Verdampfer zu leiten.
Ebenso ist die nachgeschaltete Integration des Extruders möglich. Ein anschauliches Beispiel hierfür ist die kundenseitige Installation eines Kühlers im Technikum, um den Prozess nach der Verarbeitung im VISCOFILM-Verdampfer mit einem Extruder fortzusetzen. Der Kühler wurde gezielt eingesetzt, um das Produkt von einer Verdampfungstemperatur von 240°C auf 200°C abzukühlen, bevor es granuliert wurde. Zusätzliches Equipment wurde vom Kunden bereitgestellt, um über einen Zeitraum von einer Woche realitätsnahe Versuche durchzuführen und den Prozess optimal zu simulieren.
Röhrenfallfilmverdampfer kommen in zahlreichen Standardverfahren zum Einsatz, bei denen Flüssigkeiten konzentriert, Stoffgemische getrennt oder Wertstoffe zurückgewonnen werden müssen. Durch ihren kompakten Aufbau sind sie besonders gut geeignet für Anwendungen mit geringen Eindampfleistungen. Bedingt durch ihre anspruchsvollen Reinigungsanforderungen werden sie jedoch bevorzugt in Industriezweigen eingesetzt, in denen Medien mit niedriger Viskosität und geringem Verschmutzungsgrad verwendet werden.
Im Technikum werden üblicherweise Versuche durchgeführt, um die Eignung des Röhrenfallfilmverdampfers für spezifische Anwendungsbereiche zu bewerten und optimale Betriebsparameter zu ermitteln. Darüber hinaus dienen die Versuche der Entwicklung und Validierung von Prozessmodellen für die Skalierung und den Einsatz von Röhrenfallfilmverdampfern in verschiedenen Industriezweigen.
Ein wichtiger Faktor dabei ist die Berücksichtigung der Verschmutzung, die zu einer Verringerung der Wärmeübertragungseffizienz und zu einer verminderten Verdampfungsleistung führen kann. Es bietet sich zudem die Möglichkeit, durch die Verbindung des Fallfilmverdampfers mit dem Dünnschichtverdampfer mehrstufige Prozesse zu simulieren.
Röhrenfallfilmverdampfer sind vertikal angeordnete Rohrbündelwärmetauscher, die durch die Kombination von Wärmeaustausch und Schwerkraft eine effiziente Verdampfung mit hohen Abdampfraten ermöglichen:
Abbildung 11: Der Röhrenfallfilmverdampfer basiert auf dem Prinzip eines Rohrbündelwärmetauschers @ GIG Karasek
Destillations- bzw. Rektifikationskolonnen finden in vielen Bereichen der chemischen Industrie Anwendung, insbesondere bei der thermischen Trennung komplexer Vielstoffgemische. Sie sind besonders vorteilhaft, wenn Fraktionen weiter aufgetrennt und höhere Reinheiten erzielt werden müssen. Häufige Einsatzfelder sind die Aufreinigung von wiederverwertbaren Substanzen, die Raffination von Erdöl sowie die großtechnische Herstellung von Grundchemikalien.
Neben der mit dem Dünnschichtverdampfer kombinierbaren Kolonne verfügt das Technikum auch über eine eigenständig betriebene Destillationskolonne. Typische Versuchsanwendungen umfassen die Aufreinigung von Stoffgemischen und die Trennung von Feedströmen mit Komponenten ähnlicher Siedepunkte, wie beispielsweise die Aufbereitung von Lösemitteln wie Ethanol oder die Trennung von Fettsäuren und Harzsäuren aus Tallöl.
Zur Optimierung des Stoffaustauschs wird die Kolonne mit Packungen oder Schüttgut ausgestattet, wodurch die Oberfläche vergrößert und der Kontakt zwischen Dampf und Flüssigkeit maximiert wird. Vom Kunden gewünschte Einbauten können für Versuchszwecke beigestellt und von GIG Karasek in die Kolonne eingebaut werden.
Anmerkung: Wenn keine erhöhten Trennschnitte einer Kolonne benötigt werden, beispielsweise bei der einfachen Trennung von Schwer- und Leichtsiedern wie bei der Biodieselproduktion, ist der Kurzwegverdampfer oft eine kostengünstigere und weniger aufwendige Alternative. Mehr dazu in unserem Blogbeitrag „Biodiesel-Destillation: Warum der Kurzwegverdampfer im Vergleich zur Rektifikationskolonne die bessere Option ist“.
Das Prinzip der Rektifikationskolonne beruht auf der thermischen Trennung von Flüssigkeitsgemischen durch wiederholtes Verdampfen und Kondensieren. Aufsteigender Dampf und herabfließendes Kondensat interagieren kontinuierlich im Gegenstrom, wodurch die Trennleistung erheblich verbessert und hohe Reinheiten der Einzelkomponenten erreicht werden.
Das Technikum von GIG Karasek stellt eine hochmoderne Testinfrastruktur und ein Team erfahrener Spezialisten bereit, um Trennverfahren zu erforschen, zu entwickeln und zu optimieren. Mit flexiblen Anlagen, die vielseitige Temperatur- und Druckbereiche abdecken, sowie der Möglichkeit zur Integration kundeneigener Apparaturen bietet es eine umfassende Plattform für Labor- und Pilotversuche. Kunden können hier die Trennleistung, Reinheit und Qualität ihrer Produkte verbessern und maßgeschneiderte Lösungen für ihre individuellen Anforderungen finden.
Als Kompetenzzentrum für innovative Trenntechnologien unterstützt das Technikum bei der Realisierung maßgeschneiderter Lösungen und ist der ideale Partner für die Entwicklung optimaler Prozesslösungen. Kontaktieren Sie uns gerne, um Ihre spezifischen Anforderungen zu besprechen.