Horizontal, vertikal – ganz egal?
Die Trennaufgabe ist bei beiden Maschinentypen die gleiche – jedoch gibt es wichtige Faktoren, die bei der Entscheidung zugunsten der einen oder der anderen Schälzentrifuge beachtet werden sollten.
Die Kriterien, die bei der Wahl einer horizontalen oder einer vertikalen Schälzentrifuge von Bedeutung sind, lassen sich grundsätzlich in drei Kategorien unterteilen: installationsbedingte Faktoren, verfahrenstechnische und maschinenbauliche Anforderungen sowie nicht zuletzt die Frage nach den Kosten und der Wirtschaftlichkeit des Betriebs.
Bei den installationsbedingten Entscheidungskriterien ist zunächst zu klären, ob der Betreiber im Rahmen einer Produktionserweiterung einen Neubau oder den Ersatz einer bestehenden Anlage plant. Ist letzteres der Fall und soll dabei auch die vorhandene Technik beibehalten werden, so können in der Regel die Leitungen für Zu- und Abfuhr wie Füllleitung, Waschleitung, Filtratleitung und der Mechanismus des Feststoffaustrags bestehen bleiben. Bei einem Wechsel des Maschinentyps von vertikaler auf horizontale Schälzentrifuge oder umgekehrt ist dies nicht der Fall, da die Anschlüsse ersetzt werden müssen, was natürlich einen nicht unwesentlichen Aufwands- und Kostenpunkt darstellt.
Denn während bei Vertikalzentrifugen die meisten Leitungen von oben auf dem Zentrifugendeckel installiert sind, befinden sich diese bei der horizontalen Variante vorn an der Zentrifugentür. Zu beachten gilt außerdem, dass die vertikale Schälzentrifuge aufgrund der Deckelöffnung nach oben eine größere Raumhöhe benötigt. Die Horizontalzentrifuge beansprucht dafür mehr Aufstellfläche. Sie kann darüber hinaus mit weitaus geringerem Aufwand so installiert werden, dass der Austrag auf gleicher Ebene erfolgt.
Verfahrenstechnische und maschinenbauliche Faktoren
Anspruchsvolle Produkte, etwa schwer filtrierende oder sehr gut filtrierende Suspensionen, können in der Regel besser mittels Horizontalschälzentrifugen verarbeitet werden, da der Füllprozess besser zu kontrollieren ist und sich Unwuchten vermeiden lassen. Auch eine Entmischung des Füllgutes kann in Zentrifugen mit horizontaler Achse nicht vorkommen, da der Kuchenaufbau gleichmäßig über die gesamte Trommeltiefe erfolgt.
Bei Vertikalzentrifugen kann durch die vertikale Anordnung der Trommelachse eine gravitative Entmischung stattfinden, bei der schwere Partikel stärker Richtung Trommelboden absinken. Die Folge ist oft ein ungleichmäßiger Kuchenaufbau, was zu Unwuchten beim Füllvorgang und schlechteren Waschergebnissen führen kann. Um dem entgegenzuwirken stehen jedoch spezielle Füllrohre zur Verfügung, zum Beispiel mit einem rotierenden Füllkonus.
Die beiden Zentrifugentypen unterscheiden sich auch hinsichtlich der Art des Feststoffaustrags. Während er bei der vertikalen Bauweise zentral erfolgt, verfügen Horizontalschälzentrifugen über Austragsschurren oder Austragsschnecken. 80 bis 90 Prozent der Anwendungen in der Chemie erfordern einen Schneckenaustrag aufgrund der oft balligen und zum Anhaften neigenden Feststoffe. Durch die große Öffnung am Gehäuseboden bieten sich Vertikalschälzentrifugen für einen Austrag in Bunker oder andere große Gefäße an, weil der Austrag dann weder eingeschnürt noch abgedichtet werden muss.
Fahrweise entscheidend
Ein weiteres Unterscheidungsmerkmal und wichtiges Auswahlkriterium ist die Charakteristik der Fahrweise beider Zentrifugentypen. So muss die Vertikalzentrifuge bei niedrigen Drehzahlen befüllt werden, um einen gleichmäßigen Kuchenaufbau zu erzielen. Anschließend erfolgt ein Waschzyklus bei zumeist mittlerer Drehzahl, da die Waschflüssigkeit zügig durch den Kuchen getrieben werden soll. Nach Ablauf der Schleuderzeit bei maximaler Drehzahl wird die Trommel auf geringe Trommeldrehzahlen abgebremst, damit der Feststoffaustrag sicher erfolgen kann. Für Anwendungen, die einen kornschonenden Austrag erfordern, ist die Vertikalschälzentrifuge folglich die richtige Wahl.
Allerdings ist ihre Fahrweise vergleichsweise zeitaufwendig und vermindert die Durchsatzleistung, was bei Prozessen, bei denen das Bremsen und Beschleunigen nur kurze Zeit in Anspruch nimmt, jedoch kaum ins Gewicht fällt. Nach dem Produktaustrag kann bei geringer Trommeldrehzahl eine Restschichtentfernung erfolgen, die bei Verlegung des Filterelements bzw. dadurch verminderter Filtrationsleistung Abhilfe schafft.
Gewichtige Unterschiede
Anders als die Vertikalschälzentrifuge kann die Horizontalschälzentrifuge im Extremfall sämtliche Prozessschritte vom Befüllen, Waschen und Trockenschleudern bis hin zum Austrag bei maximaler Drehzahl durchführen und minimiert so unproduktive Totzeiten. Mittels moderner, frequenzgeregelter Antriebe kann der Zyklus der Horizontalschälzentrifuge optimal an das Produkt angepasst werden. Zudem ermöglichen die Anordnung der Zentrifugenwelle sowie ihre stabilere Lagerung um 20 bis 30 Prozent höhere Drehzahlen im Vergleich zur vertikalen Schälzentrifuge. Die Folge sind im Ergebnis niedrigere Restfeuchten.
Zu beachten ist allerdings, dass Zentrifugen mit horizontaler Achse entsprechend groß dimensionierte und tragfähige Unterbauten benötigen. Denn allein das Schwingfundament einer Zentrifuge mit einem Trommeldurchmesser von 1.600 Millimetern wiegt bereits etwa 20.000 Kilogramm bei einem Eigengewicht von rund 10.000 Kilogramm. Eine vergleichbare Vertikalschälzentrifuge kommt auf insgesamt nur circa 13.000 Kilogramm.
Der Restschicht den Rest geben
Die Produkteigenschaften spielen schließlich bei der Entscheidung, welcher Zentrifugentyp zum Einsatz kommt, ebenfalls eine Rolle. Je nachdem, wie sich das Produkt bei der Aufgabe in der Trommel verhält, welches Entwässerungsverhalten es zeigt, ob es zu Unwuchten neigt oder wie es sich waschen lässt, empfiehlt sich entweder die eine oder die andere Bauart. Beide Maschinentypen verfügen heute bei vielen Anwendungen über eine Restschichtentfernungseinrichtung, mit der die nach dem Produktaustrag auf dem Filtertuch verbleibende Restschicht entweder von innen oder von außen mit hohem Druck ausgeblasen wird. Sowohl bei der horizontalen als auch bei der vertikalen Zentrifuge geschieht dies bei geringer Trommeldrehzahl.
Darüber hinaus lassen sich beide Bauformen zu Reinigungszwecken fluten. Dazu wird das Prozessgehäuse nach Restschichtentfernung und Cleaning-in-Place (CIP) mit Reinigungsflüssigkeit bei den Horizontalzentrifugen soweit gefüllt, dass Trommel und Filterelement benetzt sind, bei Vertikalzentrifugen in der Regel bis zu einer Höhe unterhalb des Trommelbordrings.
Reinigungsdüsen auf dem Lagerkörper unterhalb des Trommeldomes sorgen für die Reinigung dieses Bereichs. Die Rotation der Trommel bei niedriger Drehzahl bewirkt anschließend eine Verwirbelung der Flüssigkeit im Gehäuse sowie die intensive Reinigung von Filtertuch und Unterlagsgewebe. Nach Beendigung des Flutungsprozesses läuft die Reinigungsflüssigkeit über den Filtratablauf ab. Ob es sinnvoll ist, die Flüssigkeit separat abzuleiten oder ob sie im Filtrattank aufgefangen werden soll, ist verfahrenstechnisch zu prüfen. Ebenso muss der Betreiber entscheiden, ob am Feststoffaustrag eine Weiche installiert wird, da der Prozess des Cleaning-in-Place mit anschließendem Fluten mit einer Reinigung des gesamten Gehäuses sowie der Einbauten einhergeht. Eine solche Weiche vermeidet, dass die Reinigungsflüssigkeit in einen nachgeschalteten Trockner gelangt.
Kosten und Wirtschaftlichkeit
Nicht zuletzt spielen natürlich auch die Kosten bei der Zentrifugenwahl eine wichtige Rolle. Dabei sind einige Faktoren zu beachten. Zum einen entscheidet unter anderem der Wert des abzuschleudernden Produkts. Ist er gering, so ist es meist sinnvoll, auf eine möglichst günstige Form der Entwässerung zurückzugreifen, selbst wenn sie möglicherweise nicht die optimalen Ergebnisse erzielt. Im umgekehrten Fall empfiehlt sich die Investition in
eine vergleichsweise kostenintensivere Maschine, da sie durch den höheren Schleuderfaktor ein reineres Produkt mit geringerer Restfeuchte erzeugt. In der Regel ist das bei der Horizontalschälzentrifuge der Fall. Je geringer die Restfeuchte, desto niedriger sind in der Folge wiederum die Kosten einer nachgeschalteten thermischen Trocknung.
Ein weiterer Kostenfaktor ist auch der Werkstoff, den die jeweilige Anwendung erfordert. Soll die Zentrifuge beispielsweise in hohem Maße korrosionsbeständig sein, so kommen oftmals Nickelbasislegierungen wie etwa Hastelloy zum Einsatz. Derlei Werkstoffe erhöhen den Anschaffungspreis der Maschine, was durchaus die Entscheidung zugunsten des einen oder anderen Bautyps beeinflussen kann. Letztlich spielen auch der Wartungsaufwand sowie die Life-Cycle-Costs eine Rolle. So kann es beispielsweise sein, dass zwar die Anschaffungs- und Installationskosten bei der Horizontalschälzentrifuge höher ausfallen, jedoch kann sich die Investition durch die vergleichsweise geringeren Wartungskosten über den gesamten Lebenszyklus der Maschine hinweg durchaus amortisieren. Denn durch die bessere Zugänglichkeit von Einbauten und Lagerung sind die Wartungseinsätze bei horizontalen Zentrifugen meist deutlich kürzer als bei vertikalen Maschinen.
Fazit: Die Frage, welcher Zentrifugentyp sich für welchen Anwender und welche Applikation eignet, ist nur unter Betrachtung einiger wesentlicher Entscheidungskriterien zu beantworten. Dazu zählen neben baulichen, verfahrenstechnischen und maschinenbaulichen Gegebenheiten letztlich auch immer Kosten-Nutzen-Aspekte. Im Vorfeld sollten Anwender daher stets die Vor- und Nachteile der jeweiligen Bauform einander gegenüberstellen und sorgfältig abwägen, welche Investition für den auszuführenden Trennprozess am sinnvollsten ist. Bei der Wahl zwischen Horizontal- und Vertikalschälzentrifuge kann es auch nützlich sein, sich Rat von Experten zu holen.
Mit jahrzehntelanger Erfahrung in der Fest-Flüssig-Trennung in Chemie, Feinchemie, Pharma und Food unterstützt die Heinkel Drying and Separation Group ihre Kunden mit wertvollem Know-how bei der Entscheidung.
