Steffen Hartmann Recyclingtechnologien – Tyhjiöhöyrystin
Likaantunut aine höyrystetään kiehutuskammiossa tyhjiössä ja 40 °C lämpötilassa ja erotetaan näin puhtaaksi tisleeksi ja konsentraatiksi. LMT-sarjan anturit valvovat kammion pinnankorkeutta eri tasoilla.
Tehokasta teollista vedenkäsittelyä IO-Link -liitännän avulla
Tyhjiöhöyrystys on sopiva menetelmä teollisuuden jätevesien, kuten jäähdytysnesteiden, käsittelyyn. Tyhjiöhöyrystimet erottavat vedestä epäpuhtaudet ja käsittelevät veden uudelleenkäyttöä varten. Älykkäät anturit takaavat vähäisen kunnossapitotarpeen ja kustannustehokkaan toiminnan.
Monissa teollisuusprosesseissa nesteet käsitellään uudelleenkäyttöä varten, mikä takaa pienen hiilijalanjäljen ja vähentää hävittämiskustannuksia. Yleinen esimerkki on työstökoneissa käytettävien jäähdytysemulsioiden käsittely. Mekaanisen puhdistuksen lisäksi jäteöljy täytyy myös erottaa vedestä.
Saksassa Harzin alueella Thalessa toimiva Steffen Hartmann Recyclingtechnologien GmbH on erikoistunut jäteveden käsittelylaitteistojen, kuten tyhjiöhöyrystimien, kehittämiseen ja valmistukseen.
Toimitusjohtaja Sascha Holthusen selittää: ”Tyhjiöhöyrystimemme on kehitetty erityisesti tämäntyyppisten teollisuusjätevesien käsittelyyn. Käytetty jäähdytysneste-emulsio syötetään laitteistoon, ja ulos tulee pieni määrä konsentraattia ja puhdasta tislettä eli puhdasta vettä, jota voidaan käyttää muihin prosesseihin tai johtaa viemäriin, jolloin kustannusintensiivinen hävittäminen jää pois.”
Tyhjiöolosuhteissa
Tyhjiöhöyrystimen toiminta perustuu likaisen aineen ”keittämiseen” kiehutuskammiossa. Samalla tavalla kuin keittiön liedellä, säiliön pohjaosaa lämmitetään, jolloin syntyy puhdasta vesihöyryä, joka tiivistyy kiehutuskammiossa ja poistuu. Likaantunut konsentraatti jää säiliön pohjalle.
Mutta miksi prosessi suoritetaan tyhjiössä? Sascha Holthusen selittää: ”Tyhjiöolosuhteissa vesi kiehuu alhaisemmissa lämpötiloissa, tässä tapauksessa jo 40 °C:ssa. Tässä lämpötilassa voimme höyrystää aggressiivisiakin aineita kuten happoja tai emäksiä ilman, että ruostumattomat terässeinämät vahingoittuvat toisin kuin korkeammissa lämpötiloissa. Lisäksi tietyt aineet eivät erotu tässä suhteellisen alhaisessa lämpötilassa vaan jäävät konsentraattiin . Tyhjiöhöyrystyksen toinen etu on, että lämmitykseen tarvitaan vähemmän energiaa. Käytämme tähän tarkoitukseen tehokasta kylmäainekompressoria. Sen toimintatapa muistuttaa lämpöpumppua, ja se on esimerkiksi suoraa sähkölämmitystä energiatehokkaampi. Sama kylmäaine mahdollistaa vesihöyryn lauhduttamisen. Vaihtoehtoisesti voimme käyttää myös asiakkaidemme prosessilämpöä, jonka syötämme tyhjiöhöyrystimeemme lämmönvaihtimen kautta.”
Kuva 1: LDL101-johtokykyanturi valvoo tisleen puhtautta.
Kuva 2: Erityisesti aggressiiviselle ultrapuhtaalle vedelle suunniteltu SU-virtausanturi mittaa tisleen määrää.
Kuva 3: Kaikki anturit on liitetty IO-Link -liitännän kautta. Tämä lyhentää käyttöönottoaikoja, helpottaa parametrointia ja mahdollistaa etädiagnoosit aina anturitasolle asti.
Steffen Hartmann Recyclingtechnologien GmbH:n valmistama tyhjiöhöyrystin.
Prosessiparametrit yhdellä silmäyksellä
Osana prosessinvalvontaa seurataan tärkeimpiä parametreja, kuten painetta ja lämpötilaa. ifm-anturit valvovat näitä parametreja jatkuvasti höyrystysprosessin optimaalisen hallinnan varmistamiseksi. Ne ohjaavat sekä lämmönsyöttöä että tyhjiöpumppua.
Toinen ratkaiseva tekijä on kiehutuskammion pinnankorkeus, jota valvotaan tarkasti säiliön seinämään eri korkeuksille asennetuilla LMT-sarjan pinnankorkeusantureilla. Aineen syöttö pysähtyy välittömästi, kun ylempi pinnankorkeusanturi aktivoituu, ja se jatkuu jälleen, kun pinnankorkeus laskee alemman anturin tasolle.
Lisää LMT-sarjan antureita on asennettu tyhjiöpumpun jäähdytysnesteen syöttösäiliöön, ja ne valvovat pinnankorkeutta kolmessa eri pisteessä. Lisäksi tisleen keräyssäiliöön on asennettu vielä yksi LMT-anturi. Kun säiliön enimmäiskapasiteetti saavutetaan, anturi antaa kytkinsignaalin, joka käynnistää tisleen ulospumppaamisen.
LMT-pinnankorkeusanturien erityisominaisuuksia on hygieeninen rakenne. Niiden laadukkaat kotelomateriaalit, kuten PEEK ja haponkestävä teräs (316L / 1.4404), kestävät erittäin hyvin aggressiivisia aineita. Vaahdon ja muiden mahdollisten saostumien vaikutukset ehkäistään automaattisesti, eivätkä ne voi haitata anturin toimintaa, mikä takaa jatkuvan ja luotettavan pinnankorkeuden tunnistuksen.
Veden laadun mittaaminen
Veden laadun jatkuva valvonta on välttämätöntä erityisesti, mitä tulee tisleen puhtauden varmistamiseen. Tähän tehtävään käytetään LDL101-johtokykyanturia. Sen mittaama arvo varmistaa koko höyrystysprosessin ja siitä saatavan puhtaan veden laadun.
Ultraäänivirtausmittari ”SU Puresonic” on optimoitu erityisesti puhtaan ja ultrapuhtaan veden sovelluksiin. Tällä anturilla voidaan mitata tarkasti tisleen määrä. Sen komponenteista vapaa mittaputki on valmistettu korkealaatuisesta ruostumattomasta teräksestä, joka kestää erinomaisesti aggressiivisia aineita. On tärkeää huomata, että vaikka ”puhdas” tai tislattu vesi kuulostaa harmittomalta, se voi käyttäytyä aggressiivisesti metallimateriaaleja kohtaan. Se vaatii siksi erityisiä ruostumattomia terässeoksia. Mielenkiintoista on, että tätä anturia käytetään usein muoviputkissa, koska niihin puhdas vesi ei vaikuta.
Pumpun valvonta ehkäisee vaurioita
Järjestelmän keskeinen yksikkö on tyhjiöpumppu. Jos sitä ei jäähdytetä riittävästi tai jos alipaine kasvaa liian suureksi, siipipyörissä voi esiintyä ei-toivottua kavitaatiota, joka voi johtaa materiaalin kulumiseen. Kavitaatio aiheuttaa poikkeuksellisia värähtelyjä. Tyhjiöpumpun koteloon asennettu värähtelyanturi tunnistaa epätavalliset värähtelyprofiilit ja lähettää ne ohjausyksikköön. Tämän seurauksena purkuventtiili avautuu automaattisesti ja pumppuun syötetään sekundääri-ilmaa toiminnan palauttamiseksi normaalitilaan. Näin ehkäistään tehokkaasti kalliit pumppuvahingot.
Digitalisointi IO-Link -liitännän avulla
Kaikki käytettävät anturit ovat IO-Link-yhteensopivia tarjoten näin todellista lisäarvoa, joka ulottuu paljon pelkkää mittausarvojen tai kytkinsignaalien siirtämistä pidemmälle: IO-Link -liitännän avulla käyttäjät voivat käyttää antureita etänä, lukea tietoja ja diagnostiikka-arvoja ja konfiguroida antureita eri tavoin.
Sascha Holthusen havainnollistaa IO-Link -liitännän käyttöä seuraavasti: ”Jos asiakkaalla on ongelma järjestelmässään, voimme muodostaa siihen etäyhteyden VPN-yhteyden kautta. Aikaisemmin ilman IO-Link -liitäntää pääsimme vain PLC:lle asti, mutta emme anturitasolle saakka. IO-Link -liitännän avulla voimme nähdä nyt järjestelmän tilan jokaista yksittäistä anturia myöten. Näemme, tuottaako anturi mittausarvoja vai onko PLC:n IO-korttiin tai kaapelointiin tullut tietty vika. Voimme myös lukea anturin diagnostiikka-arvot ja tarvittaessa säätää sen parametreja etänä. Jos asiakas on vaihtanut anturin, voimme konfiguroida sen etänä. Näin IO-Link -liitäntä tarjoaa meille ja asiakkaillemme huomattavia etuja etäkunnossapidon muodossa. Toinen merkittävä etu on mitattujen anturiarvojen skaalattavuus, jonka voimme konfiguroida IO-Link -liitännän kautta. Käytämme paineantureita, joiden mittausalue on -1...10 bar. Voimme skaalata ne siten, että mittausalue kattaa -1...1 bar täydellä resoluutiolla. Tätä on mahdotonta saavuttaa perinteisillä antureilla, joissa on analoginen virtalähtö. Lisäksi IO-Link-anturit voivat lähettää useita mittausarvoja. Esimerkiksi virtausmittari ja paineanturi lähettävät IO-Link -liitännän kautta myös lämpötila-arvoja. Tämä vähentää tarvittavien antureiden ja asennuspisteiden määrää.”
IO-Link -liitännän tuomat kustannussäästöt
IO-Link-anturit liitetään hajautetusti sijoitettuihin IO-Link-master-moduuleihin, jotka kommunikoivat PLC:n kanssa kenttäväylän (esim. PROFINET) kautta. Tämäntyyppinen kaapelointi tarjoaa monia etuja asennuksen aikana, kuten Sascha Holthusen selittää:
”Erityisesti suurissa järjestelmissä, jotka joudutaan purkamaan osiin kuljetusta varten, tällainen kaapelointi on osoittautunut erittäin hyödylliseksi. Asiakkaan luona järjestelmän uudelleen kokoavan mekaanikon tarvitsee vain yhdistää pistokeliittimet. Emme tarvitse sähköasentajaa kytkemään kaapeleita uudelleen tai reitittämään niitä ohjauskaappiin. Työmaalla vietetyn ajan vähentäminen tarjoaa huomattavan kustannussäästöpotentiaalin aikana, jolloin ammattitaitoisista työntekijöistä on pulaa. Toinen hyöty on se, että I/O-tarkastus voidaan tehdä järjestelmän käyttöönoton aikana paljon nopeammin, koska kaapelointivirheitä tai liitinongelmia ei esiinny. Vaikka IO-Link -liitännän alkukustannukset saattavat olla perinteistä kaapelointia korkeammat, asennuksen aikana säästetty aika ja edellä mainitut laajennetut diagnostiikka- ja etäkunnossapitomahdollisuudet johtavat lopulta huomattaviin kustannussäästöihin.”
Yhteenveto
Kustannustehokas vedenkäsittely saavutetaan kahden avaintekijän avulla: energiatehokkaalla tyhjiöhöyrystyksellä ja anturitasolle asti ulottuvan digitalisoidun ohjauskonseptin toteuttamisella. Tämä konsepti vähentää huomattavasti asennus- ja kunnossapitokustannuksia ja pitää kiehumispisteen alhaisella tasolla, mistä aiheutuu sekä taloudellisia että ekologisia etuja.
