Die Aufgabenstellung
Ein Batch muss in definierter Zeit aufgeheizt, auf Reaktionstemperatur gehalten und nach Ende der Reaktion kontrolliert gekühlt werden. Wärmeverluste, veränderliche Stoffwerte und gegebenenfalls Reaktionswärme machen den Vorgang instationär. Der schlechteste Wärmeübergang tritt häufig nicht beim Nennfüllstand, sondern bei kleiner Charge oder hoher Viskosität auf.
Doppelmanteldruck, Behälterinnendruck und Temperatur können unabhängig voneinander auftreten. Deshalb sind sowohl Innendruck als auch äußerer Druck, die Anschlusskräfte des Mantels, lokale Stutzenlasten und mögliche zyklische Beanspruchung aus wiederkehrenden Batches zu berücksichtigen.
Erforderliche Auslegungsdaten
- Chargenmasse, Stoffwerte und Viskositätsverlauf
- Temperatur-Zeit-Programm und Reaktionswärme
- Heiz-/Kühlmedium und zulässiger Doppelmanteldruck
- Rührergeometrie, Drehzahl und Lastspielzahl
Technischer Lösungsweg
Instationäre Energiebilanz aufstellen
Sensible Wärme, Reaktionswärme, Wärmeverluste und zeitabhängige Kühl- oder Heizleistung werden über den Batchverlauf bilanziert.
Rühren und Wärmeübergang koppeln
Rührertyp, Drehzahl, Leistungseintrag und Viskosität bestimmen den produktseitigen Wärmeübergang und die Homogenität.
Wärmeübertragungsfläche wählen
Doppelmantel, Halbrohrschlange oder innenliegende Schlange werden hinsichtlich Fläche, Mediumsdruckverlust und Reinigbarkeit verglichen.
kritische Betriebsfälle prüfen
Kleine Charge, maximale Reaktionswärme, Kühlmittelausfall, blockierter Mantel und leerer Behälter bei beaufschlagtem Mantel werden separat untersucht.
Mechanik und Ermüdung nachweisen
Behälter, Böden, Doppelmantelanschlüsse und Stutzen werden nachgewiesen; Temperatur- und Druckzyklen fließen in die Ermüdungsbewertung ein.
Erwartete Ergebnisse
Geeignete SOL-ALPHA-Module
Die Module sind eine fachlich plausible Werkzeugkette. Ihre endgültige Auswahl und Reihenfolge wird bei der späteren konkreten Berechnung anhand des Regelwerks und der Projektrandbedingungen bestätigt.