Steffen Hartmann Recyclingtechnologien – vakuumförångare
I kokkammaren förångas det förorenade mediet vid ca 40°C under vakuum och separeras på så sätt i rent destillat och koncentrat. LMT-givare övervakar nivån i kammaren på olika höjder.
Effektiv industriell vattenrening med hjälp av IO-Link
Vakuumförångning är en lämplig metod för behandling av industriellt avloppsvatten, t.ex. kylvätskor. Vakuumförångare separerar vatten från föroreningar och behandlar det för återanvändning. Intelligenta givare säkerställer en kostnadseffektiv drift med lågt underhållsbehov.
I många industriella processer behandlas vätskor för att kunna återanvändas, vilket ger ett lågt koldioxidavtryck och minskar kostnaderna för avfallshantering. Ett vanligt exempel är behandling av kylvätskeemulsioner som används i maskinverktyg. Utöver den mekaniska rengöringen måste spilloljan också separeras från vattnet.
Företaget Steffen Hartmann Recyclingtechnologien GmbH från Thale i den tyska Harz-regionen är specialiserat på utveckling och tillverkning av anläggningar för avloppsvattenrening, inklusive vakuumförångare.
Verkställande direktör Sascha Holthusen förklarar: "Vår vakuumförångare har utvecklats specifikt för behandling av denna typ av industriellt avloppsvatten. Den förbrukade kylvätskeemulsionen matas in och ut kommer en liten mängd koncentrat samt ett rent destillat, det rena vattnet, som kan användas för andra processer eller släppas ut i avloppssystemet, vilket eliminerar kostnadsintensiv avfallshantering."
Under vakuumförhållanden
Vakuumförångarens funktionsprincip består i att "koka" det förorenade mediet i en kokkammare. I likhet med en köksspis tillförs värme till den nedre delen av behållaren, vilket resulterar i ren vattenånga, som kondenseras i kokkammaren och släpps ut. Det förorenade koncentratet stannar kvar i botten.
Men varför sker processen under vakuum? Sascha Holthusen förklarar: "Under vakuumförhållanden kokar vatten vid lägre temperaturer, i det här fallet redan vid 40°C. Vid denna temperatur kan vi även förånga mer aggressiva medier som syror eller alkalier utan att skada väggarna av rostfritt stål, vilket skulle ske vid högre temperaturer. Vissa ämnen stannar också kvar i koncentratet vid denna relativt låga temperatur och separeras inte. En annan fördel med vakuumförångning är att vi behöver mindre energi för uppvärmning. För detta ändamål använder vi en effektiv kylkompressor. Det fungerar på samma sätt som en värmepump och är mer energieffektivt än t.ex. direktverkande elvärme. Samma köldmedium gör att vattenångan kan kondenseras. Alternativt kan vi också använda våra kunders befintliga processvärme, som vi sedan matar till vår vakuumförångare via en värmeväxlare."
Bild 1: Konduktivitetsgivaren LDL101 övervakar destillatets renhet.
Bild 2: SU-flödesgivaren är särskilt utformad för aggressivt ultrarent vatten och mäter mängden destillat.
Bild 3: Alla givare är anslutna via IO-Link. Detta minskar inställningstiderna, underlättar parameterinställningen och möjliggör fjärrdiagnostik ända ned till givarnivå.
Vakuumförångare från Steffen Hartmann Recyclingtechnologien
Processparametrar i korthet
Som en del av processövervakningen övervakas viktiga parametrar som tryck och temperatur. ifm-givare övervakar kontinuerligt dessa parametrar för att hantera förångningsprocessen på ett optimalt sätt. De styr både värmetillförseln och vakuumpumpen.
En annan avgörande faktor är nivån i kokkammaren, som övervakas exakt av LMT-nivågivare som installerats i tankväggen på olika höjder. Mediumtillförseln stoppas så snart den övre nivågivaren reagerar, och återupptas när nivån sjunker till den nedre givaren.
Ytterligare LMT-givare är installerade i vakuumpumpens kylvätsketank för nivåövervakning vid tre olika positioner. Ytterligare en LMT-givare är installerad i destillatuppsamlingstanken. Så snart den maximala kapaciteten har uppnåtts skickar givaren en omkopplingssignal som gör att destillatet pumpas ut.
LMT-nivågivare kännetecknas av sin hygieniska design. De högkvalitativa höljesmaterialen som PEEK och rostfritt stål (316L/1.4404) är mycket motståndskraftiga mot aggressiva medier. Skum och andra potentiella avlagringar undertrycks automatiskt och kan inte påverka givarens prestanda, vilket säkerställer kontinuerlig och tillförlitlig nivåmätning.
Mätning av vattenkvalitet
Kontinuerlig övervakning av vattenkvaliteten är mycket viktig, särskilt när det gäller att säkerställa destillatets renhet. För denna uppgift används en LDL101-konduktivitetsgivare. Dess uppmätta värde säkerställer kvaliteten på hela förångningsprocessen och på det rena vatten som erhålls från den.
Ultraljudsmätaren "SU Puresonic" har optimerats särskilt för applikationer med rent och ultrarent vatten. Denna givare kan exakt bestämma mängden destillat. Det komponentfria mätröret är tillverkat av högkvalitativt rostfritt stål, vilket ger utmärkt motståndskraft mot aggressiva medier. Det är viktigt att notera att "rent" eller destillerat vatten, även om det låter ofarligt, kan vara aggressivt mot metallmaterial och kräver speciallegeringar av rostfritt stål. Intressant nog används denna givare ofta i plaströr, eftersom de inte påverkas av rent vatten.
Pumpövervakning förhindrar skador
En central enhet i systemet är vakuumpumpen. Om den inte kyls tillräckligt eller om vakuumet blir för starkt kan oönskad kavitation uppstå på pumphjulen , vilket kan leda till materialförslitning. Kavitation ger upphov till extraordinära vibrationer. En vibrationsgivare som är installerad i vakuumpumpens hölje känner av eventuella ovanliga vibrationsmönster och överför dem till styrenheten. Som ett resultat av detta kommer en avlastningsventil att öppnas automatiskt och sekundärluft kommer att tillföras för att återställa pumpdriften till sitt normala tillstånd. Detta förhindrar effektivt dyra pumpskador.
Digitalisering med IO-Link
Alla givare som används är IO-Link-kompatibla, vilket ger ett verkligt mervärde som går långt utöver den enkla överföringen av mätvärden eller kopplingssignaler: Med IO-Link kan användarna få fjärråtkomst till givarna, läsa data och diagnosvärden samt konfigurera enheterna på olika sätt.
Sascha Holthusen förklarar användningen av IO-Link så här: "Om en kund har problem med sitt system kan vi ansluta till det på distans via en VPN-anslutning. Tidigare, utan IO-Link, kom vi bara så långt som till PLC:n, men inte ned till givarnivån. Med IO-Link kan vi nu se systemets status ända ned till varje enskild givare. Vi kan se om en givare levererar uppmätta värden eller om ett specifikt fel har uppstått på PLC:ns IO-kort eller i kablaget. Vi kan också läsa av givarens diagnostiska värden och justera dess parametrar på distans om det behövs. Om kunden har bytt ut en givare kan vi konfigurera den på distans. IO-Link ger oss och våra kunder en avsevärd fördel när det gäller fjärrunderhåll. En annan viktig fördel är skalbarheten hos de uppmätta givarvärdena, som vi kan konfigurera via IO-Link. Vi använder tryckgivare med ett mätområde från -1 till 10 bar. Vi kan skala dem så att mätområdet täcker -1 till 1 bar med full upplösning. Detta är omöjligt att uppnå med konventionella givare med analog strömutgång. Dessutom kan IO-Link-givare överföra flera mätvärden. Till exempel kan flödesmätaren och tryckgivaren även tillhandahålla temperaturvärden via IO-Link. Detta minskar antalet nödvändiga givare och monteringsplatser."
Kostnadsbesparingar med IO-Link
IO-Link-givarna är anslutna till decentraliserade IO-Link-mastermoduler, som kommunicerar med PLC:n via en fältbuss, t.ex. PROFINET. Denna typ av kablage har många fördelar under installationen, vilket Sascha Holthusen förklarar:
"Särskilt när det gäller stora system som demonteras för leverans visar sig denna kabeldragning vara mycket fördelaktig. Den mekaniker som återmonterar systemet hos kunden behöver bara ansluta kontakterna. Vi behöver ingen elektriker för att koppla om ledningar eller dra dem till kopplingsskåpet. I tider med brist på kvalificerad arbetskraft innebär en minskning av den tid som tillbringas på plats en avsevärd potential för kostnadsbesparingar. En annan fördel är att I/O-kontrollen under systeminstallationen kan göras mycket snabbare, eftersom inga kabeldragningsfel eller terminalproblem uppstår. Även om den initiala kostnaden för IO-Link kan vara högre än för konventionell kabeldragning, leder tidsbesparingen under installationen och de utökade diagnos- och fjärrunderhållsmöjligheterna som nämndes tidigare i slutändan till betydande kostnadsbesparingar."
Slutsats
Kostnadseffektiv vattenrening uppnås genom två nyckelfaktorer: energieffektiv vakuumförångning och implementering av ett digitaliserat styrkoncept ned till givarnivå. Detta koncept minimerar installations- och underhållskostnaderna avsevärt och håller kokpunkten på en låg nivå, vilket är fördelaktigt både ekonomiskt och ur miljösynpunkt.
