Tiefkälte wirtschaftlich erzeugt – mit natürlichem Kältemittel

Propen-Containeranlage für Pharmaunternehmen

Für ein namhaftes Unternehmen der Pharmaindustrie projektierte L&R Kältetechnik eine Tiefkälteanlage, die das natürliche Kältemittel Propen nutzt und als Containeranlage gebaut und ausgeliefert wurde. Die Anlage arbeitet zuverlässig und – nicht zuletzt dank des gewählten Kältemittels – außerordentlich energieffizient.

Tiefkälteanlagen gehören zur Standardausrüstung von Produktionsstätten der Pharmaindustrie. Viele Ausgangs-, Zwischen- und Endprodukte müssen bei tiefen Temperaturen verarbeitet oder gelagert werden, um ihre Wirksamkeit zu erhalten. Deshalb zählt die pharmazeutische Industrie für L&R (www.lr-kaelte.de) zu den wichtigsten Zielbranchen, wenn es um die Projektierung von Anlagen geht, die Kälte unterhalb des Gefrierpunktes – bis herab zu -100 oC – bereitstellen.

Gefragt: Strategie für den „Phase down“

Dass nicht nur in dieser Branche eine verstärkte Nachfrage nach Tiefkälteanlagen zu verzeichnen ist, hat seinen Grund auch in der Gesetzgebung, genauer gesagt in der EU-Verordnung über teilweise halogenierte fluorierte Kohlenwasserstoffe (H-FKWs). Die F-Gase-Verordnung trifft Regelungen zum schrittweisen „Phase down“ oder „Phase out“ von Produktion und Gebrauch von H-FKW-haltigen Kältemitteln, die zu den Verursachern des Treibhauseffektes gehören. Davon sind auch gängige Kältemittel betroffen – und zwar nicht nur solche, die bei konventionellen Industrie-Kälteanlagen zum Einsatz kommen, sondern auch Kältemittel, die sich insbesondere für Tiefkälteanlagen eignen. Die Anwender solcher Anlagen müssen sich also eine Strategie überlegen, wie sie den „Phase-down“ gestalten.

Viele Unternehmen – unter ihnen ein überproportional hoher Anteil von Großkonzernen – handeln pro-aktiv und haben ihren internen „Phase-down“ vorverlegt. Einige Anwender verwenden sogar schon jetzt keine H-FKW-haltigen Kältemittel mehr und nutzen nur noch Anlagen, die mit natürlichen Kältemitteln wie Ammoniak, Propan oder Butan befüllt sind.

Diese Technologie ist erprobt und bewährt. Vor allem Ammoniak-Anlagen befinden sich in nennenswerter Anzahl im Markt, und das nicht erst seit gestern. Einige der allerersten industriellen Kühlmaschinen, die Carl von Linde ab 1876 entwickelte und baute, verwendeten bereits Ammoniak als Kältemittel.

Vorgabe: Tiefkälteanlage mit natürlichem Kältemittel

Der Pharmahersteller, der über ein Planungsbüro eine Tiefkälteanlage bei L&R anfragte, gehört zu den Unternehmen, die schon jetzt H-FKW aus der gesamten Produktion verbannt und den „Phase down“ eingeleitet haben. Selbst bei „normalen“ Haushalt-Kühlschränken, die z.B. in den Kantinen und Cafeterias des Unternehmens verwendet werden, sind nur noch Geräte in Betrieb, die mit natürlichen Kältemitteln wie Isobutan (R600a) befüllt sind.

Als an einem der zahlreichen Standorte eine vorhandene Tiefkälteanlage, die verschiedene Produktionsanlagen für die biotechnologische Erzeugung von Pharmazeutika temperiert, erneuert werden sollte, stand daher fest, dass die Kältetechnik auch hier mit natürlichen Kältemitteln arbeiten soll.

Aufgabe: Kühlung von Rührwerksbehältern

Konkret kühlt die Anlage mehrere Rührwerksbehälter. Damit verfolgt der Betreiber zwei Ziele: Das Produkt soll bei einer definierten Temperatur gelagert werden, um seine Wirksamkeit zu behalten. Zugleich soll einer exothermen Reaktion durch die Vermischung der Produktbestandteile entgegengewirkt werden.

Benötigt wurde – so die Vorgaben des Planungsbüros – eine Kälteleistung von 42 kW bei -35 oC Austrittstemperatur bzw. eine Leistung von 96 kW bei -15 oC Austritts­temperatur. Die Ingenieure des L&R-Geschäftsfelds „Sonderanlagen“ projektierten für diese Anforderung eine wassergekühlte Anlage mit zwei Kältekreisläufen, die auch beim Ausfall eines der beiden Kreisläufe noch so viel Kälte bereitstellt, dass zumindest ein Teil der Produktion weiterlaufen kann. Die jeweils benötigte Kälteleistung kann stufenweise und bedarfsgerecht von 0 bis 100 % skaliert werden.

Entscheidung für Propen als Kältemittel

Als Kältemittel wählten die L&R-Experten Propen/ Propylen (R1270). Dieser Kohlenwasserstoff gehört zu den natürlichen Kältemitteln. Allgemein ist er aber vor allem bekannt, weil er durch Polymerisation zu Polypropylen – einem der gebräuchlichsten Kunststoffe – wird. In Kälteanlagen hat sich Propen ebenfalls bewährt. Die Anwender profitieren hier – abgesehen von der Umweltverträglichkeit – zusätzlich davon, dass sich im Vergleich zu R22-Anlagen Energieeinsparungen realisieren lassen.

Mit Blick auf Nachhaltigkeit und Umweltschutz bietet dieses Kältemittel in der Tat hervorragende Werte. Das Ozonabbaupotenzial (ODP) liegt bei Null und der GWP-Wert als Messgröße für das Treibhauspotenzial beträgt 2, während H-FKW-haltige Kältemittel für Tiefkälte-Anwendungen wie etwa R404A und R507 GWP-Werte um 3800 erreichen.

Zu beachten ist jedoch, dass Propen entzündlich ist und der Anwender somit ein Explosionsschutzkonzept erstellen muss. Dieses Dokument stellt dar, wie entzündliche Gase abgeleitet werden, wenn sie im Schadensfall aus dem Gehäuse austreten. Solche Anforderungen gelten jedoch ebenso für diverse andere Anlagen in der Pharmaindustrie und sind dem Anwender somit bestens bekannt. Das eigentliche Kühlmedium Baysilone, mit dem der Doppelmantel der Rührwerksbehälter befüllt ist, gilt ebenfalls als erprobt und bewährt.

Platzsparende Container-Bauweise

Die gesamte Tiefkälteanlage wurde in einem Container mit vier Metern Länge untergebracht, der im Gebäude aufgestellt wurde. Die Containerbauweise bietet den Vorteil, dass sich die Anlage schon im Werk verrohren lässt und installationsfertig ausgeliefert werden kann – das verkürzt die Montage und Inbetriebnahme. Eine Gas-Ex-Überwachung gehört zu den Sicherheitseinrichtun-gen. Der klimatisierte Schaltschrank wurde auf einem Skid montiert und mit dem Container verbunden.

Steuerung sorgt für Transparenz und Effizienz

L&R-Kälteanlagen sind traditionell mit einer Frigocontrol-Steuerung auf Siemens S7-Basis ausgestattet, die L&R eigens für die Anforderungen der Kältetechnik entwickelt hat und im eigenen Hause programmiert. Ein Touch Panel als Mensch-Maschine-Schnittstelle schafft die Voraussetzung für Transparenz und einfache Bedienung. Die Anlagenkomponenten sind über Profibus vernetzt.

Fazit: Eine nachhaltige Lösung

Die Factory Acceptance Tests (FAT) von Kältemaschine und Schaltschrank bei L&R verliefen reibungslos, so dass die Anlage planmäßig ihren Betrieb aufnehmen konnte. Seitdem arbeitet sie zur vollen Zufriedenheit und stellt die benötigte Tiefkälte zuverlässig und wirtschaftlich bereit. Zudem kann die Anlage über alle „Phase down“-Intervalle der F-Gase-Verordnung hinaus betrieben werden, weil ein natürliches Kältemittel mit einem Ozonabbaupotenzial von Null und einem GWP-Wert von 2 zum Einsatz kommt. Somit handelt es sich um eine in jeder Hinsicht nachhaltige Lösung, zumal Propen-Tiefkälteanlagen auch außerordentlich energieeffizient arbeiten.

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