Vloeistofverontreinigen in de (petro)chemische industrie worden verwijderd met een stalen ‘schoepenkolom’. Nu is er een verbeterde versie.
| Locatie | Nanjing, China, Nanjing, China |
|---|---|
| Opdracht | Escher Process Modules, Alblasserdam |
| Architectuur | Escher Process Modules, Alblasserdam |
| Constructief Ontwerp | Iv-Industrie, Haarlem |
| Uitvoering | Escher Process Modules, Alblasserdam |
| Staalconstructie | Array Industrie, Nieuwerkerk aan den IJssel |
In de procesindustrie worden Rotating Disc Contactors ingezet voor extractie van verontreinigingen en verbindingen uit de ene vloeistoffase naar een tweede vloeistoffase. De twee vloeistoffasen passeren de extractiekolom in tegenstroom. De RDC bestaat uit een centrale roterende as in een verticaal cilindrisch vat. Bij een bestaande installatie heeft het dynamische gedrag van de rotor, in combinatie met de vloeistofstroom, tot gevolg dat de proceskolom staat te schudden. Dit zorgt voor een onveilig gevoel en kan leiden tot ernstige mechanische defecten. Omdat de defecten geen eenduidige oorzaak hebben, is besloten het huidige ontwerp volledig te analyseren voor vier nieuwe Rotating Disc Contactors in China en zo nodig op kritieke punten aan te passen. Met de procestechnische gegevens als uitgangspunt zijn berekeningen uitgevoerd voor de trillingsmodus, eigenfrequentie en vermoeiing- en aardbevingsbestendigheid. Hiermee is een evaluatie uitgevoerd op het bestaande ontwerp. Door wijzigingen aan de rotor, radiaal lagers en drive unit, kunnen de gewenste toleranties tijdens de fabricage en installatie worden behaald.
Een RDC werkt op basis van een centrale roterende as in een verticaal cilindrisch vat. Het vat is met ringen gelijkmatig opgedeeld in compartimenten. In het midden van elk compartiment bevindt zich een schotel op de as. Het scheidingsproces werkt op basis van het tegenstroomprincipe en wordt wereldwijd op grote schaal toegepast in de chemische en petrochemische industrie. Bij het tegenstroomprincipe wordt de zwaarste van de twee vloeistoffen aan de bovenzijde in het vat ingevoerd en de lichtste aan de onderzijde. Door het verschil in soortelijke massa passeren de twee vloeistoffen elkaar tijdens het doorlopen van de compartimenten. Het proces van mengen en scheiden van de twee vloeistoffen wordt versterkt door het ronddraaien van de rotorschijven. Door variaties in kolomdiameter en -lengte, compartimenthoogte en stroom- en draaisnelheid kan de druppelgrootte van de gedispenseerde fase worden geregeld.
De constructie van deze RDC is met een hoogte van ongeveer 30 m en een diameter van ongeveer 3 m erg slank.
De RDC’s zijn eerder gefabriceerd waarbij serieuze schade is ontstaan door extreem trillen van de constructie. Berekeningen aan de oude constructie duidden erop dat met name de aandrijffrequentie van de rotor gevaarlijk dicht bij een eigenfrequentie van vat en rotor lag. Bij een dergelijk slanke constructie kunnen trillingen eenvoudig leiden tot schade aan het vat, de rotor, lagering, afdichting en verbindend leidingwerk. De toegepaste vloeistoffen zijn dikwijls schadelijk voor mens en milieu, waardoor schade aan de RDC gepaard gaat met grote risico’s.
De rotor in het oorspronkelijke ontwerp bestaat uit een buisas waar de rotorschijven overheen geschoven. De rotorschijven zijn op de juiste afstand van elkaar op de as gehouden door afstandsbussen. Het pakket van rotorschijven en afstandsbussen is opgesloten met eindringen en met drukbouten onder spanning gezet.
Nadelen van het oorspronkelijk ontwerp:
– groot aantal onderdelen;
¬– zware constructie;
– opeenstapeling van onderdelen met toleranties die leidt tot een opeenstapeling van toleranties;
– gevaar van wegvallen drukspanning wat resulteert in onbalans door losse onderdelen.
De voornaamste opdracht is het ontwerpen van een eenvoudige rotorconstructie in roestvast staal met een eigenfrequentie die voldoende boven de rotatiefrequentie van de rotor ligt. Hiertoe zijn eerst analytische en FEM-berekeningen gemaakt om de doorbuiging van de schijven en de sterkte en eigenfrequentie van de rotor te bepalen. Vervolgens is een Harmonic Response Analysis uitgevoerd om het gedrag van de as te bestuderen in hogere harmonische trillingen. Zo is een optimum bepaald van de dikte van de schijven en dimensies van de buisas in combinatie met gangbare handelsmaten. De berekeningen waren ook bepalend voor de plaatsing van de hoofd- en tussenlagers. Bij de uitvoering is bijzondere aandacht besteed aan:
– de tolerantie van de buisas (wanddikte en rechtheid);
– de toleranties van de gelaste schijven (vlakheid, haaksheid);
– thermische vervorming stalen delen door laswarmte;
– doorbuiging rotorschijf onder eigen gewicht (buitendiamer schijf 1560 mm; dikte 6 mm);
– onbalans en methode van balanceren vanwege het kritisch proces niet toegestaan om balansgewichten op de schijven te plaatsen;
– in verband met het agressieve medium is de constructie uitgevoerd in RVS 316/duplex.
