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PUMPS Dry Vacuum Pump Provides Reliable Solution for CPI – A Case Study Robust CXS dry vacuum pump from Edwards helps global manufacturer improve uptime Introduction Chemical processing industries face special challenges when it comes to vacuum because equipment often has to operate in damp, dusty, corrosive or flammable environments. Dry vacuum pumps are now well established in the industry and are used to pump some of the most aggressive and problematic gases and liquids in a broad range of processes, including distillation, reactor service, evaporation, crystallization, drying, filtration, solvent recovery, deodorization and for central or general vacuum duties. Dry pump manufacturers are responding to these challenges and the demand for highly reliable, low maintenance vacuum systems by developing innovative pump technologies that offer high reliability, effluent-free pumping, high levels of controllability and long service intervals even in the harshest chemical processing applications. Innovation for quality, consistency, reliability and yield One such response is seen in the CXS from Edwards, featuring new discrete, variable pitch tapered-screw technology for exceptional energy efficiency, reliability and performance. This, the very latest in chemical pump technology design, refines earlier screw mechanisms to give smooth, gradual compression along the length of the rotor for improved thermal control and optimised pumping at all inlet pressures. It uses flooded air-gap potted motors, which are more efficient than standard motors, and integral drive and control systems, to improve performance and lower the cost of ownership. Developments in control systems and improved solids handling are key focus areas in dry screw pump innovation. All chemical dry pump systems require a control system and the ability to handle process upsets for best performance, which in turn affects quality, consistency, reliability and yield. The CXS dry screw pump’s onboard controller provides lowcost pump controls for a wide range of SEPTEMBER/OCTOBER 2013 vacuum duties, from simple setups to very complex installations. The CXS rotors shrink away from the stator on cooling and with no end compression plate or exhaust valve and nowhere to trap particles, the pump is excellent at handling solids with a much reduced risk of cold seizures compared to other dry pumps. A CXS pump is not damaged mechanically by liquid slugs either. CASE STUDY – installation of CXS brings substantial benefits A Global manufacturer of speciality chemicals used the CXS dry screw pumps to overcome cold seizures. The manufacturer was operating dry vacuum pumps over many years on an evaporation process that incorporates a phenol condenser ahead of the vacuum equipment. They experienced major downtime and maintenance costs due to phenol (melting point 41ºC) solidifying in the dry pump when it stopped or cooled down. Significant pump damage was sometimes caused by attempted restarts. Despite the evolution of techniques to recover the pump after cold seizures, maintenance costs remained above expectations as the liquid slugging and subsequent cold seizures could not be completely eliminated without expensive pipework changes. Triphenyl phosphate (melting point 4850ºC) was also causing problems and the dry vacuum pumps additionally suffered from irregular liquid slugging caused by inconsistent drainage sequencing of the equipment ahead of the vacuum pumps. Two years ago, the manufacturer installed an Edwards CXS chemical dry screw under guidance from Edwards. CXS was recommended predominantly for its excellent liquids and solids handling capability and ease of recovery, even if seized. Unlike some other screw pumps, a CXS does not have a cantilever rotor design or an end compression plate. The result is superior solids handling, as material is not compacted during the cool down phase, thus preventing cold seizures within the w w w. r e v i e w o n l i n e . u k . c o m pump. The low installed power, high efficiency motor also helps to avoid pump damage when the pump tries to restart with material in it. Furthermore CXS has a built-in energy saving mode that minimises power consumption when vacuum is not required but maintains a pre-set minimum pump temperature so the pump is available for immediate use. This is better than pump switch-off between batches because it saves warm up time (about 30 minutes) and reduces the chances of cold seizures and associated damage when restarting. CXS is capable of continuously pumping up to one litre of liquid per minute and up to 25 litre slugs without stopping. However, as a matter of good vacuum system design, avoid pumping liquids with vacuum pumps, especially dry ones. Edwards also expected the manufacturer to benefit from developments designed to reduce the cost and disruption of planned downtime. CXS has been developed to ensure long service intervals of up to five years and no routine maintenance requirements over a 25-year+ life expectancy. Conclusion Due to the excellent liquids and solids handling capability of the CXS dry screw pump and its unique ability to avoid cold seizures, no downtime due to the original problems has been reported to date, and the manufacturer reports an increase in vacuum performance of the process plant. By Dr. Don Collins Market Development Manager Chemical Sector [email protected] www.edwardsvacuum.com Enquiry No. 29 29 PUMPS Trockenvakuum-Pumpe bietet zuverlässige Lösung für CPI – eine Fallstudie Die Trockenvakuum-Pumpe Robust CXS von Edwards hilft globalem Hersteller bei der Verbesserung seiner Betriebszeit Einleitung Die chemische Prozessindustrie sieht sich besonderen Herausforderungen gegenübergestellt, wenn es um Vakuum geht, weil Equipment oft in feuchten, staubigen, zerstörenden oder entzündbaren Umgebungen eingesetzt wird. Trockenvakuum-Pumpen sind weitgehend in der Branche etabliert und werden verwendet, um einige der aggressivsten und problematischsten Gase und Flüssigkeiten bei einer Vielzahl von Prozessen abzupumpen, darunter Destillation, Reaktorwartung, Verdunstung, Kristallisation, Trocknung, Filtrierung, Lösungsmittelrückgewinnung, Desodorierung und zentrale und allgemeine Vakuumaufgaben. Hersteller von Trockenpumpen reagieren auf diese Herausforderungen und die Anfrage nach äußerst zuverlässigen Vakuumsystemen mit geringem Wartungsbedarf, indem sie innovative Pumpentechnologien entwickeln, die hohe Zuverlässigkeit, abwasserfreies Pumpen, ein hohes Maß an Kontrollierbarkeit und lange Wartungsintervalle sogar bei den schärfsten chemischen Verarbeitungsanwendungen bieten. Innovation für Qualität, Beständigkeit, Zuverlässigkeit und Ertrag Hierzu stellt Edwards mit der CXS eine Lösung vor, die mit neuer diskreter Technologie mit zugespitzter Verstellschraube für außergewöhnliche Energieeffizienz, Zuverlässigkeit und Leistung ausgestattet ist. Hierbei handelt es sich um das modernste Design auf dem Gebiet der chemischen Pumpentechnologie, wobei frühere Schraubenmechanismen veredelt werden, um leichtgängige, allmähliche Komprimierung entlang der Länge des Rotors zu bieten, was zu verbesserter Thermalkontrolle und optimiertem Pumpen bei jedem Eingangsdruck führt. Es werden geflutete, eingekapselte Luftspaltmotoren verwendet, die effizienter als Standardmotoren sind, und fest eingebaute Antriebs- und Kontrollsysteme zur Verbesserung der Leistung und Senkung der Betriebskosten. Entwicklungen bezüglich der Kontrollsysteme und verbesserte Feststoffförderung stehen im Mittelpunkt der Innovation für TrockenschraubenPumpen. Alle chemischen Trockenpumpensysteme benötigen ein 30 Kontrollsystem und die Möglichkeit, für maximale Leistung mit Prozessstörungen umgehen zu können, was sich natürlich auf die Qualität, Beständigkeit, Zuverlässigkeit und den Ertrag auswirkt. Die eingebaute Steuerung der Trockenschrauben-Pumpe CXS bietet kostengünstige Pumpenkontrolle für eine Vielzahl von Vakuumaufgaben, von einfachen Einrichtungen bis hin zu sehr aufwendigen Installationen. Die Rotoren der CXS schwinden bei der Kühlung vom Stator ab, und weil die Pumpe weder über eine Endkomprimierungsplatte noch ein Abgasventil verfügt und keine Teilchen eingefangen werden, kann sie Feststoffe ausgezeichnet handhaben und weist sogar im Vergleich zu anderen Trockenpumpen ein äußerst vermindertes Risiko der Reibverschweißung bei Kälte auf. Eine CXSPumpe wird auch nicht mechanisch durch Flüssigkeitsschlag beschädigt. FALLSTUDIE – Installation von CXS führt zu erheblichen Vorteilen Ein globaler Hersteller von Spezialchemikalien benutzte die Trockenschrauben-Pumpe CXS, um Reibverschweißung bei Kälte zu umgehen. Schon seit vielen Jahren betreibt der Hersteller Trockenvakuum-Pumpen bei einem Evaporationsprozess, bei dem ein Phenolkondensator vor dem VakuumEquipment einbezogen wird. Es gab viel Ausfallzeit und Wartungskosten, weil sich das Phenol (Schmelzpunkt 41o C) in der Trockenpumpe verfestigte, wenn sie anhielt oder sich abkühlte. Erhebliche Schäden an der Pumpe wurden manchmal durch erneute Startversuche verursacht. Trotz der Weiterentwicklung von Techniken zur Wiederherstellung der Pumpe nach Reibverschweißung bei Kälte blieben Wartungskosten über den Erwartungen, weil Flüssigkeitsschlag und weitere Reibverschweißungen bei Kälte ohne teure Leitungsänderungen nicht vollkommen unterbunden werden konnten. Triphenylphosphat (Schmelzpunkt 48-50º C) führte auch zu Problemen, und die Vakuumtrocken-Pumpen wurden zusätzlich durch unregelmäßigen Flüssigkeitsschlag beeinträchtigt, der von unbeständigen Entwässerungsverfahren beim Equipment vor den Vakuumpumpen verursacht wurde. Vor zwei Jahren installierte der Hersteller die chemische Trockenschraube CXS von Edwards unter dessen Leitung. Die CXS w w w. r e v i e w o n l i n e . u k . c o m wurde hauptsächlich wegen ihrer ausgezeichneten Flüssigkeits- und Feststoffförderung und der leichten Wiederherstellung selbst bei Blockieren empfohlen. Im Gegensatz zu anderen Schraubenpumpen verfügt eine CXS weder über ein Design mit Freiträgerrottor noch über eine Endkomprimierungsplatte. So kommt es zu überlegener Feststoffförderung, weil Material während der Abkühlphase nicht verdichtet wird, wodurch Reibverschweißungen bei Kälte in der Pumpe verhindert werden. Der hocheffiziente Motor mit geringer installierter Leistung hilft auch, Pumpenschäden zu verhindern, wenn die Pumpe mit Material darin erneut gestartet werden soll. Darüber hinaus ist die CXS mit einem Energiesparmodus ausgestattet, der Stromverbrauch minimiert, wenn kein Vakuum benötigt wird, aber eine voreingestellte Mindesttemperatur in der Pumpe aufrechterhält, damit die Pumpe sofort genutzt werden kann. Im Gegensatz zu Ausschalten zwischen Verwendungsphasen hat dies den Vorteil, dass Aufwärmzeit gespart wird (ca. 30 Minuten) und das Risiko von Reibverschweißungen bei Kälte und damit verbundene Schäden beim erneuten Starten reduziert werden. Die CXS kann durchgängig bis zu einen Liter Flüssigkeit pro Minute und ohne Unterbrechung bis zu 25 Litern Durchschuss abpumpen. Selbst mit diesem guten Vakuumsystemdesign sollte vermieden werden, Flüssigkeiten mit Vakuumpumpen abzupumpen, besonders mit Trockenpumpen. Edwards erwartete auch, dass der Hersteller von Entwicklungen profitieren würde, die auf die Senkung von Kosten und Unterbrechung durch geplante Ausfallzeiten abzielen. Die CXS wurde entwickelt, um lange Wartungsintervalle von bis zu fünf Jahren und keine routinemäßige Wartungsanforderungen über eine Betriebsdauer von 25 und mehr Jahren sicherzustellen. Schlussfolgerung Wegen der ausgezeichneten Flüssigkeitsund Feststoffförderung der Trockenschrauben-Pumpe CXS und ihrer einmaligen Fähigkeit, Reibverschweißungen bei Kälte zu verhindern, gibt es bis heute keine Meldungen über Ausfallzeiten aufgrund der ursprünglichen Probleme. Der Hersteller seinerseits berichtet von einem Anstieg der Vakuumleistung seiner Prozessanlage. [email protected] www.edwardsvacuum.com INDUSTRIAL PROCESS REVIEW