W dzisiejszych czasach to produkt warunkuje, jakim wymaganiom powinien odpowiadać zbiornik i jego wyposażenie. Nieustające podążanie za trendami i nowoczesnymi produktami, spełniającymi oczekiwania konsumentów, wiąże się z nieustającą koniecznością rozwoju, rozbudowy lub modernizacji wyposażenia zakładu produkcyjnego. Jak więc poprowadzić inwestycję, w co zainwestować, a z czego można zrezygnować, aby produkt zadowolił zarówno inwestora, użytkownika oraz konsumenta? Zbiornik jaki jest każdy widzi, ale czy na pewno?

Materiał

O ile w przemyśle spożywczym dobór materiału nie nastręcza wielu problemów, o tyle w przemyśle farmaceutycznym, kosmetycznym i chemicznym dobór odpowiedniego materiału jest nie lada wyzwaniem. Wiele zależy od końcowego produktu, jego agresywności i oddziaływania na stal, ale także od prowadzonego procesu i surowców, które w początkowym stężeniu i temperaturze mogą być agresywne. [Rys. 1.]

Oprócz więc standardowych stali austenitycznych typu AISI304/304L oraz AISI316/316L do dyspozycji są także bardziej odporne stale, jak AISI316Ti, AISI321 czy AISI904L oraz stale austenityczno-ferrytyczne typu Duplex i Superduplex. Warto tu też zaznaczyć, że o ile w wycofanych już normach polskich wyróżniano stal nierdzewną i kwasoodporną, to zgodnie z obowiązującymi normami europejskimi pojęcie „stal kwasoodporna” przestało być stosowane.

Jak zbudować więc trwały i odporny na czynniki korozyjne zbiornik, nie zapominając o czynnikach ekonomicznych? Jak dobrać materiał, aby nie wpływał na cechy i właściwości produktu? Tę część najlepiej powierzyć specjalistom z branży, podając im jak najwięcej danych o procesie i użytych surowcach. Mamy wtedy pewność, że materiał użyty do produkcji zbiornika będzie spełniał zarówno wymagania wytrzymałościowe, jak i jakościowe, włączając w to zgodność z normami europejskimi (np. EN1935/2004) i tymi będącymi pochodzenia europejskiego.

Konstrukcja i kształt

W dobie projektowania komputerowego CAD/CAM nikt już nie pamięta norm branżowych określających typowe wymiary zbiorników. Dziś kształt zbiornika, jego wymiary i proporcje są dowolne, a do określenia gabarytów uwzględnia się dostępne miejsce oraz potrzeby produkcyjne inwestora. Zbiornik najczęściej jest cylindryczny, pionowy z dennicami stożkowymi lub elipsoidalnymi (głęboko lub płytko tłoczonymi). Konstrukcja taka umożliwia zarówno łatwą obróbkę kształtu zbiornika, jak i prowadzenie procesów w zbiorniku (np. mieszanie, wymiana ciepła, homogenizacja). Dennice stożkowe, najczęściej wyoblane na krawędziach, stosuje się do zbiorników bezciśnieniowych i nieobciążonych.

Dennice elipsoidalne najczęściej znajdziemy w zbiornikach ciśnieniowych i próżniowych oraz tam, gdzie wymagana jest odpowiednia sztywność i wytrzymałość spowodowana naprężeniami pochodzącymi od mieszadła, jego mocy i ciężaru. [Rys. 2.].

Jednak diabeł tkwi w szczegółach. Przykładowo wyoblenie na dennicy stożkowej ma dwie główne funkcje – wytrzymałościową i jakościową. Im większy promień wyoblenia, tym dennica jest bardziej sztywna, bardziej odporna na działanie ciśnienia. Idąc dalej i zwiększając promień wyoblenia, zbliżamy się kształtem do dennicy elipsoidalnej oraz dochodzimy do specjalnych dennic kulistych, których wytrzymałość na naprężenia jest najwyższa. W przypadku funkcji jakościowej chodzi o zapewnienie pełnej wymywalności produktu oraz brak martwych stref mycia, które mogą być źródłem kontaminacji produktu. Rozwiązania te są zgodne z najnowszymi wytycznymi i wymaganiami, a w szczególności wytycznymi EHEDG.

Wykończenie powierzchni

Najważniejszym parametrem, a jednocześnie najczęściej pomijanym w specyfikacji technicznej zbiornika, jest wykończenie powierzchni. Wyrażana jako wartość średniej arytmetycznej odchylenia profilu od linii średniej, czyli w prostych słowach – stosunek wysokości „rys” do ich średniej wysokości. Wykończenie powierzchni w znacznym stopniu wpływa na jakość i klasę zbiornika, a co za tym idzie, na jakość produktu końcowego.

Szczególnie ważne jest to w przemyśle farmaceutycznym, gdzie zbyt duża chropowatość może wpłynąć na złą wymywalność produktu i rozwój drobnoustrojów, które następnie mogą spowodować zakażenie całej partii produkcyjnej. Jednak co z innymi gałęziami przemysłu?

Na rynku dostępne są różne wykończenia powierzchni i to bezpośrednio z hut. Najczęściej wybieraną jest stal o wykończeniu 2B – oznaczenie to wskazuje na stal zimnowalcowaną o powierzchni gładkiej, satynowej. Chropowatość nie jest unormowana i zależy od huty (przy czym nawet dwie różne partie materiału jednej huty mogą się różnić chropowatością) oraz grubości materiału, do jakiej została zwalcowana. Przyjmuje się jednak, że chropowatość tej stali nie przekracza Ra≤ 1,0 μm, a w szczególnych przypadkach osiąga nawet Ra≤ 0,5 μm. Takie wykończenie powierzchni w zupełności wystarcza do zastosowań przemysłu kosmetycznego. Co jednak w przypadku, gdy inwestor czy użytkownik oczekują gwarantowanej chropowatości?

Oczywiście pozostaje jeszcze obróbka mechaniczna, która w dzisiejszych czasach potrafi być już prowadzona na urządzeniach sterowanych numerycznie, automatycznie dostosowując nacisk głowicy szlifującej oraz szybkość jej przesuwu. Gwarantuje to jednolitą chropowatość na całej powierzchni mającej kontakt z produktem. Z zewnątrz wykończenie wcale nie jest mniej ważne. Wysokie jakościowo wykończenie powierzchni zewnętrznych pomaga utrzymać urządzenie w czystości, co wpływa na zachowanie higieny całych pomieszczeń. Na koniec, najbardziej spektakularną, ale i najtrudniejszą oraz najdroższą, jest obróbka elektrochemiczna i jest to elektropolerowanie. Dzięki temu procesowi nierówności powierzchni (w szczególności wierzchołki „rys”) ulegają rozpuszczeniu i zmniejszeniu, co powoduje zmniejszenie chropowatości. Tak właśnie uzyskuje się efekt lustra, efekt „wow”.

Grzanie i chłodzenie

W każdym niemal zbiorniku procesowym możliwość podgrzania lub schłodzenia produktu jest ważna z punktu widzenia szybkości reakcji i efektywności procesu – wpływa to na rozpuszczalność wzajemną surowców lub ich brak. Płaszcze grzewczo-chłodzące dobiera się do parametrów procesu, choć w dzisiejszych czasach i przy dostępnych technologiach jest to bardziej kwestia przyzwyczajenia niż świadomego wyboru.

Niezależnie od tego, z punktu widzenia wydajności wymiany cieplnej, szybkości procesu i technologii wytwarzania, warto zapoznać się z możliwościami płaszczy typu Plasma Pillow Plate. Główną zaletą tych płaszczy jest ich spawanie przed obróbką plastyczną arkuszy, natomiast formowanie odbywa się w końcowej fazie montażu zbiornika. Dodatkową zaletą tej technologii jest zmniejszony prąd spawania, który minimalizuje powstawanie przebarwień spawalniczych i „wciągnięć”. Wpływa to na końcową jakość powierzchni, pewność wymiaru końcowego elementu oraz umożliwia szybszy montaż zbiornika. Płaszcz tego typu może być stosowany dla różnych mediów (od glikolu po parę wodną), różnych temperatur i różnych ciśnień (same roztłaczane są ciśnieniem do 15-20 barów, a w szczególnych przypadkach nawet 30 barów).

Technologia ta wciąż uważana jest za nowatorską, ale z każdym kolejnym rokiem zdobywa coraz więcej zwolenników.

Wyposażenie

Ostatnim ważnym punktem zbiornika jest jego wyposażenie. Tu możliwości są niemal nieograniczone. Na rynku dostępne jest już wyposażenie, które łączy się z aplikacją na smartfonie i pozwala wykryć usterkę w całym gąszczu zaworów lub w sposób ciągły przekazuje najważniejsze dane dotyczące procesu i umożliwia kontrolowanie go.

Niezależnie od możliwości, każde wyposażenie musi być dobrane odpowiednio do zbiornika i do medium, z którym będzie pracowało. Zbiornik pracujący w atmosferze wybuchowej musi posiadać wyposażenie zgodne z dyrektywą ATEX, a zbiornik pracujący w pomieszczeniu sterylnym musi posiadać odpowiednie filtry.

To tylko niektóre przykłady, ale w dość konkretny sposób obrazujący złożoność procesu doboru wyposażenia, dlatego tę część także należy zostawić specjalistom.

Poruszone zagadnienia są tylko wierzchołkiem góry lodowej w projektowaniu, doborze oraz produkcji zbiorników. Każdy aspekt zbiornika – jego kształt, użyty materiał, wyposażenie – są z punktu widzenia jakości i końcowego produktu ważne. Tak samo jak zachowanie właściwych proporcji pomiędzy jakością a ekonomią, zaawansowaniem technicznym zbiornika a jego funkcjonalnością. Tu zawsze ostateczną decyzję podejmuje inwestor, jednak zawsze w ścisłej współpracy z producentem.

Czy zbiornik jest więc zaawansowanym narzędziem pracy? Zdecydowanie TAK.

Autor:
Radosław Szul, Absolwent UWM na kierunku Inżynieria Chemiczna i Procesowa, obecnie Specjalista ds. sprzedaży z 11-letnim stażem pracy