Trockenlaufende Vakuumtechnik bei der Phenolharzproduktion

Maulburg - Dynea Erkner GmbH produziert Phenolharze zur Weiterverarbeitung in vielen Bereichen der Industrie. Die chemischen Reaktionen erfolgen in Reaktionsanlagen unterschiedlicher Größe, sowie bei unterschiedlichen Temperaturen und Druckverhältnissen. In den Traditionsbetrieb in Erkner, vor den Toren Berlins, ist in den vergangenen Jahren massiv investiert worden, so dass er sich heute als modernes und innovatives Unternehmen präsentiert. Auch die Vakuumversorgung der Reaktoren wurde neu konzipiert. Heute liefert ein trockenlaufendes Vakuumsystem der neuesten Generation der Firma Dr.-Ing. K. Busch GmbH das Vakuum für 16 Reaktoren.
Vakuumsystem zur Vakuumversorgung bei der Phenolharzherstellung
Vakuumsystem zur Vakuumversorgung bei der Phenolharzherstellung

Bereits seit 1909 gibt es in Erkner eine Phenolharzproduktion, deren Produkte damals unter der Bezeichnung „Bakelite" vertrieben wurden. Nach einer wechselvollen Geschichte und verschiedenen Inhabern hat der Dynea-Konzern 2002 das Produktionswerk in Erkner übernommen und firmiert unter dem Namen Dynea Erkner GmbH. Heute produzieren 115 Mitarbeiter im Dreischichtbetrieb Phenolharze, die als Bindemittel bei Schleifscheiben, Faservliesen, Filterpapieren oder bei Feuerfestanwendungen zum Einsatz kommen. Außerdem werden Phenolharze zur Herstellung von Mineral- und Steinwolle, dekorativen Laminaten und Holzwerkstoffen genutzt.

In 16 Reaktoren von 4 bis 32 Kubikmetern Größe werden diskontinuierlich ca. 150 verschiedene Phenolharzsorten hergestellt. Die Chargenlaufzeit beträgt zwischen 8 und 60 Stunden. Die Reaktion verläuft exotherm unter Abspaltung von Wasser.

Um unterschiedliche Reaktionstemperaturen zu realisieren, wird mittels Vakuum der Siedepunkt des Reaktionsgemisches abgesenkt. In der Vakuumdestillation kann durch den gesenkten Siedepunkt bei Temperaturen von 40° bis 60°C das Wasser aus dem Reaktionsgemisch ausgetrieben werden.

Durch die Vielzahl der Produkte mit unterschiedlichen Prozess- und Rohstoffparametern sowie durch die unterschiedliche Größe der Reaktoren ist der Bedarf an Vakuum sehr variabel.

Um Verbrauchsspitzen abfangen zu können, sind zwischen die Reaktoren und dem Vakuumsystem (Fig. 1)  vier Pufferbehälter (Fig. 2) mit je 43,5 Kubikmeter Inhalt geschaltet.

Die Vakuumzentrale ist an sechs Tagen in der Woche rund um die Uhr im Einsatz. Der Betriebsdruck im kompletten Vakuumsystem liegt permanent zwischen 50 und 60 mbar.

Die Vakuumversorgung wurde früher von zwei frischölgeschmierten Drehschieber-Vakuumpumpen mit einer Saugleistung von je 1000 Kubikmetern pro Stunde aufrechterhalten. Ihnen waren zur Verstärkung je eine Wälzkolben-Vakuumpumpe mit jeweils 2000 Kubikmetern Saugleistung pro Stunde vorgeschaltet. Diese Pumpenkonstellationen waren für eine reibungslose Produktion nicht zufriedenstellend, da die Drehschieber-Vakuumpumpen öfters ausfielen und ein hoher Wartungs- und Reparaturaufwand betrieben werden musste. Dadurch musste auch eine identische dritte Vakuumeinheit als Reservepumpstand stets einsatzbereit verfügbar sein. Verursacht wurden diese Ausfälle durch mitangesaugte Phenol- und Formaldehyddämpfe, die im Verdichtungsraum auskondensierten und miteinander reagierten. So entstanden in der Vakuumpumpe Phenolharzpartikel und -flocken, die durch die Frischölschmierung nur teilweise ausgewaschen werden konnten und den Verdichtungsraum der Drehschieber-Vakuumpumpe bis hin zum Stillstand verklebten. Im Prinzip lief im Innern der Vakuumpumpe der gleiche Reaktionsprozess wie im Reaktor ab. Probleme bereiteten auch die der Drehschieber-Vakuumpumpen nachgeschalteten Filter, die zur Abscheidung des zur Schmierung eingespritzten Öles dienten. Durch die Verbindung des Öles mit den Phenol- und Formaldehyddämpfen entstandene Flüssigkeit setzte die Filterelemente innerhalb von einer bis zwei Wochen völlig zu, so dass diese in kurzen Zyklen ausgetauscht werden mussten.

Seit Januar 2011 hat man bei Dynea Erkner einen alten Pumpstand mit einer frischölgeschmierten Drehschieber-Vakuumpumpe und einer Wälzkolben-Vakuumpumpe durch ein Vakuumsystem von Busch ersetzt. Dieses besteht aus zwei COBRA Schrauben-Vakuumpumpen mit je 400 Kubikmetern Saugvermögen pro Stunde und einer Panda Wälzkolben-Vakuumpumpe mit 2000 Kubikmetern Saugvermögen pro Stunde. Die Steuerung des Vakuumsystems ist so aufgebaut, dass die gleiche Leistung wie zuvor mit wesentlich größeren Vakuumpumpen nun mit kleineren Aggregaten erreicht wird, was eine enorme Energieeinsparung mit sich bringt. Der bisherige Pumpstand hatte eine Anschlussleistung von 41 kW. Das neue Vakuumsystem von Busch kommt mit 27,5 kW aus, was einer Reduzierung von über 30 Prozent entspricht. Dieser Pumpstand ist absolut trockenlaufend. Das heißt, es wird kein Öl in den Verdichtungsräumen benötigt. Somit entfallen auch ein nachgeschalteter Ölabscheider, sowie die Kosten für das Öl und die Entsorgung des Altöles und der gesättigten Filter.

Die Anlage ist ATEX-konform (Ex II 2G IIB T3). Innen ist die Zone 1, außen, um die Vakuumpumpe, ist keine Zone definiert. ATEX-relevant ist der Prozess allerdings nur während der Anfahrphase, weil sich Lösungsmitteldämpfe in der Anlage befinden könnten. Die Anlage inertisiert sich während des Anfahrens allerdings selbst. Danach besteht keine Explosionsgefahr mehr.

Dynea Erkner attestiert diesem Vakuumsystem nach über zwei Jahren Betriebszeit einen störungsfreien und wartungsarmen Betrieb. "Wir sind bis jetzt wirklich zufrieden", so das Statement. Das Vakuumsystem wird von Busch einmal im Jahr gewartet und durchgecheckt. Die Ölwechsel in den Getrieben der Vakuumpumpen werden von den eigenen Mitarbeitern durchgeführt.


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