In der Industrie werden Wärmeübertrager sowohl für Kühl-, Heiz-, Kondensations- oder auch Wärmerückgewinnungsaufgaben eingesetzt.

Wann immer Wärmeübertragungsaufgaben mit korrosiven Medien durchgeführt werden, hat sich die Anwendung von Graphit (Carbon) Wärmeübertragern sehr gut bewährt. Welcher Typ für welchen Anwendungsfall am besten geeignet ist, hängt von unterschiedlichen Faktoren wie z. B. der Durchflussmenge, dem Verschmutzungsgrad der Medien oder aber auch von vorhandenen Platzverhältnissen ab. Ob Rohrbündel-, Block-, Nut- oder Plattenwärmeübertrager bessere Ergebnisse liefern, hängt stark vom Einsatzszenario ab.

Wärmeübertrager sind zentral für Produktqualität
Die Leistungsfähigkeit und Qualität der Wärmeübertrager ist mitentscheidend für die Qualität des Endproduktes. Für Anwendungen aus dem chemischen Bereich werden an Wärmeübertrager hohe Anforderungen an das eingesetzte Material gestellt. Es müssen Eigenschaften wie Korrosions- und Hitzebeständigkeit, geringe Wärmeausdehnung bei Temperaturschwankungen, exzellente Wärmeübertragungseigenschaften sowie Gas- und Flüssigkeitsdichtheit erfüllt werden. Kaum ein anderes Material kann diese Bedingungen so gut erfüllen wie Graphit. Der Werkstoff besitzt alle der oben genannten notwenigen Voraussetzungen. Prinzipiell kann dieses Material verschiedenste Formen abbilden. Mit Blick auf Wärmeübertrager haben sich momentan vier Typen etabliert: Rohrbündel-, Block-, Nut- und Plattenwärmeübertrager.

Welcher Wärmeübertrager-Typ ist für ­welchen Einsatz geeignet?
Die folgenden Ausführungen konzentrieren sich auf Wärmeübertrager, welche in hochkorrosiven Anwendungen eingesetzt werden. Für diese anspruchsvollen Einsatzgebiete eignen sich insbesondere Wärmeübertrager aus Apparatebaugraphit wie z. B. die Diabon Wärmeübertrager der SGL Group.
Diese Graphit-Wärmeübertrager werden unter anderem für Anwendungen mit folgenden hochkorrosiven Medien eingesetzt:

• Salzsäure und HCl-Gas in allen Konzentrationen
• Schwefelsäure bis 90 %
• Fluss-Säure bis 60 %
• Mischsäuren (z. B. HF/HNO3) bis 30 %
• Phosphorsäure in allen Konzentrationen
• Sonstige organische und anorganische ­Medien

Insbesondere die chemische Industrie setzt diese Wärmeübertrager bspw. bei der Herstellung von Aromastoffen ein, aber auch bei der Konzentrierung und Reinigung von Phosphor­säure kommen Graphit-Wärmeübertrager zum Einsatz. Auch die Pharmaindustrie ist bei der Produktion von API (Active Pharmaceutical Ingredients) auf hocheffiziente Wärmeübertrager angewiesen.

Rohrbündelwärmeübertrager – Handling großer Volumenströme

• Rohrbündelwärmeübertrager stellen die größte Bauform der Wärmeübertragertypen dar. Sie können dabei eine Wärmeübertragungsfläche zwischen 0,5 bis hin zu 1.500 m² bereitstellen und sind somit für Anwendungen mit größeren Volumenströmen bis 110.000 m³/h ideal. Diese Fläche wird dabei durch einen Zusammenschluss von bis zu 2.000 Einzelrohren zu einem Rohrbündel erzielt. Die hohe Qualität des Apparatebaugraphits der SGL Group hat eine Wärmeleitfähigkeit bis zu 130 W / mK. Diese hohe Wärmeleitfähigkeit ermöglicht es, in kürzester Zeit enorme Wärmemengen von einem Medium auf ein anderes Medium zu übertragen.
• Hohe Sicherheit: Die Rohre der SGL Group können mit einer speziellen Carbonfaserwicklung ausgerüstet werden, wodurch in der Praxis die Bruchrate der Rohre um einen Faktor von 10–20 reduziert wird.

Ein Beispiel für ein mögliches Einsatzgebiet für Rohrbündelwärmeübertrager ist die Herstellung und Reinigung von Phosphorsäure. Hierbei kommen aggressive Medien wie z. B. Schwefelsäure zum Einsatz. Aufgrund der anfallenden großen Volumenströme sind Rohrbündelwärmeübertrager für derartige Einsatzbereiche die beste Wahl.

Blockwärmeübertrager – robust im Einsatz
Blockwärmeübertrager sind eine der robustesten und flexibelsten Typen von Wärmeübertragern, die am Markt für korrosive Medien verfügbar sind. Durch die Kombination eines äußerst robusten Designs zusammen mit der hohen korrosiven Beständigkeit des Apparatebaugraphits ergeben sich eine Vielzahl von Einsatzbereichen, welche sich auf die gesamte organische sowie anorganische Chemie erstrecken. Grundsätzlich sind Blockwärmeübertrager sowohl für die Wärmeübertragung zwischen flüssigen Medien als auch als Kondensatoren, Verdampfer oder auch für Absorptions- oder Wärmerückgewinnungsaufgaben einsetzbar.
Als besonderen Kundennutzen bieten die Blockwärmeübertrager der SGL Group unter anderem:

• Kombinationsmöglichkeiten: Prinzipiell drei verschiedene Bauformen (zylindrisch, kubisch und monolithisch) mit zum Teil freier Wahl der Blockgröße und der Durchmesser und Anzahl der Bohrungen
• Bandbreite: Durch diese große Bandbreite kann für jeden Anwendungsfall von dem SGL Engineering die effizienteste Kombinationsmöglichkeit ausgewählt werden
• Kompaktheit: Die hohe Wärmeleitfähigkeit des SGL Apparatebaugraphits ergibt eine hohe Effizienz und Kompaktheit des Blockwärmeübertragers

Nut-Wärmeübertrager – ohne Dichtung dicht
Der Nut-Wärmeübertrager zeichnet sich dadurch aus, dass die einzelnen Übertragungssegmente fest miteinander verkittet sind und dieser Apparat somit völlig ohne Dichtungen auskommt. Dabei sind die einzelnen Segmente vollständig aus Apparatebaugraphit gefertigt, wodurch der Nut-Wärmeübertrager in einer Vielzahl von korrosiven Anwendungsbereichen, wie z. B. als Interchanger mit beidseitiger korrosiver Beaufschlagung, eingesetzt werden kann. Die SGL Group bietet bspw. diesen Wärmeübertragertyp mit horizontal verkitteten Plattenpaketen für Durchflussmengen von unter 10 m³/h bis hin zu 150 m³/h an. Die Austauschfläche erreicht dabei max. 20 m². Generell kann diese Form des Wärmeübertragers für alle korrosiven Anwendungen eingesetzt werden, bei denen eine Dichtungsfreiheit erforderlich ist.

Plattenwärmeübertrager – effizient, kompakt und flexibel
Plattenwärmeübertrager sind die fortschrittlichste Form unter den Wärmeübertragern aus Graphit. Sie ersetzen im zunehmenden Maße traditionelle Typen wie Block-, Nut- oder den Rohrbündel-Wärmeübertrager.
Als besondere Vorteile bietet der Plattenwärmeübertrager unter anderem:

• Ausgezeichnete Effizienz: Aufgrund der 2–4-fach höheren Effizienz dieser Bauform im Vergleich zu herkömmlichen Wärmeübertragern entspricht seine max. Wärmeaustauscherfläche von 60 m2 umgerechnet ca. 150 m2 eines vergleichbaren Block- oder Rohrbündelwärmeübertragers.
• Sehr hohe Flexibilität: Der Apparat ist dazu modular und sehr einfach durch eine Erhöhung oder Reduzierung der Plattenanzahl anpassungsfähig.

Einsatzbeispiele für diesen Wärmeübertragertyp sind Edelstahlbeizbäder, bei denen meist ein Gemisch aus Fluss-Säure, Salpetersäure und gelösten Salzen vorhanden ist oder der Einsatz als Kopfkondensator zum Auskondensieren des Wassers aus feuchtem Chlorwasserstoff.