立足专业迎接挑战

洞见热分离技术的现状和未来

作者:Ulla Reutner 博士 文章来源:流程工业 发布时间:2020-07-17
当看到一棵历经数百年岁月洗礼的苍苍古树时,映入眼帘的往往是那簇拥着宏伟树冠的宽广而远伸的繁密枝杈。然而这棵大树的广阔根系让人难以忘怀,当然前提是我们能见其根系。这样的参天古树可以完美地用来描绘GEA Group 这样一家由约250 家子公司构成的庞大集团公司。其中许多子公司本身就历史悠久,在集团母公司的羽翼之下,他们仍然保持着自己的发展动力。如今,热分离技术领域各种相辅相成的专业技术和知识都汇聚在GEA Wiegand 公司,同时GEA Westfalia Separator 公司负责机械分离技术领域。

如果您对GEA 集团公司的历史感到好奇,那么线索就存在于组成公司名称的缩写词GEA 当中。工程师Otto Happel senior 于1920 年在德国黑尔讷创立了Gesellschaftfür Entstaubungsanlagen(除尘系统公司),并在这里开发了热交换器产品和空气过滤装置。GEA 从20 世纪80 年代开始进一步成长发展,这尤其归功于为了获得机械分离和热分离技术而并购了多家公司,而这些技术仍然是GEA业务的重要支柱。

但是任何人只要稍微深入了解一下, 就仍能找到有关“mgtechnologies”GEA 公司曾以这个名称存在过的信息,这些信息将帮助你更深入地了解该公司的发展根源。字母组合MG 代表着德语“Metallgesellschaft”(金属公司),这家公司创立于1881年,总部设在法兰克福,其创建目的是从事原材料贸易和采矿业务。在创立后数10 年间, 统合在“Metallgesellschaft”这个名义下的行业门类一直在越来越多样化,包括了与Dynamit Nobel公司开展的化学业务以及与Lurgi开展的工厂工程业务。在1990年, 集团产生的营业收入达到31 亿欧元, 拥有员工31 700 人左右。但在此时,集团进入艰难时期, 于1993 年破产, 随后经历苦难重重的重组过程。那时,“Metallgesellschaft”一方面出售了数以百计的子公司,另一方面通过战略性并购强化了自身实力。 其中一项并购就是于1999年购入GEA 的大多数股份,在此期间,公司放弃了在原材料领域的业务,并在一年后更名为“mgtechnologies"。

集团两大根系合并成为一家系统供应商

2005 年“mg technologies”与如今子公司GEA 最终合并组成了GEA 集团,自此之后,GEA集团一直是众多行业的系统供应商:从食品行业到农业技术领域,从牛奶到加工产品,从饮料、制药和身体护理产品直至化学品。如今,GEA 还为冰球馆和滑冰场供应制冷技术,也为列车和大客车供应车辆空调系统。

值得注意的是:尽管2 个行业部门历经了不少起起伏伏,但在2005 年合并组建了GEA 集团之后,融入其中的众多公司名称仍得以保留。例如,在分离方面,Westfalia 分离机在1893 年发明了一种手动牛奶离心机,从而奠定了Westfalia 分离机的基础,这家公司自1994 年起就加入GEA,现在仍然是集团机械分离技术领域至关重要的支柱之一。丹麦Niro ( 尼鲁) 公司也在20 世纪90 年代经并购加入,当前也仍旧代表着GEA 在喷雾干燥领域的专业知识和技术。

热分离技术核心竞争力

Wiegand Karlsruhe 公司于1984 年加入GEA, 它的发展也证明了许多子公司仍可专注培养自己的核心竞争力,稳步扩张各自技术分支领域的专业知识。 综观其历史,现在的GEA Wiegand公司起步于一项1908 年获授的专利, Wilhelm Wiegand 本人发明了一种多级循环蒸发器,它将鞣制液浓缩在皮革制备中,节约能源。

2004 年,GEA 还通过并购杜伊斯堡的Messo 公司拓展了旗下热分离技术领域。这家工艺工程公司最初由工程师Theo Messing博士和Fred Sowen 于1953 年创立的,为集团带来其在结晶技术领域的技术和专业知识。Messo公司由此补足了Kestner 公司结晶技术组合,而Kestner 公司自1998 年起已成为GEA 的组成部分,目前总部设在巴黎附近的伊夫林地区圣康坦, 其创建人于1899 年发明了升膜蒸发器。

这些如今合并在化学技术事业部旗下的公司中,许多频繁应用于化工行业的重要流程工程方法一直在进一步开发和细化:例如,降膜蒸发器或强制循环蒸发器、精馏塔和蒸馏塔系统,以及各种连续结晶器,包括导流筒结晶器(DTB)和强制循环结晶器。

定制来自GEA 的流程工艺解决方案

坚持给每个特定应用选择最佳解决方案, 这种做事方式为GEA 及其员工树立了非同凡响的杰出声誉,并一直恪守至今。其基础在20 世纪50 年代随着内部研究和开发中心的创建就已牢固奠定。在内部设立的实验室和测试设施协助之下,与蒸发、蒸馏、结晶和干燥技术相关的所有难题几乎都能找到完美的解决方案。根据黏度、要求浓度和结晶粒度、产品敏感度、性能要求或者只是设备占用空间等需求来选择出最适合的方法。如今,在不同中试装置上开展的试生产还得到了高精尖软件仿真的帮助,这些仿真技术也是在GEA 作为技术开发者的数十载经验积累项目发展而来的。

能耗优化保护环境

热分离方法是属于能源消耗非常高的技术方法,因此开发工作的重点之一是提高能源消耗。自1908 年起, 能耗优化就贯穿于多级式Wiegand 循环蒸发器的开发工作当中,这款蒸发器采用了设计巧妙的热耦合工作原理,为实现重大节能效果做出了贡献。其中采用了蒸汽再压缩工艺,即蒸出的水蒸汽被压缩后,再回送至蒸发装置用于加热用途,这样就进一步减少了高成本新蒸汽用量,同样也适用于蒸馏和结晶装置。

在工业领域, 当液体需要浓缩和结晶等涉及到大量水蒸发的流程中,对能源的多次利用是经济有益的。例如, 这种情况对于淀粉厂是适用的, 因为有些时候淀粉厂的蒸发率超过了100 t / h。所以节能潜力相应也较为巨大。许多其他行业,诸如化工行业、牛奶加工和速溶咖啡生产也能从中受益。

用于威士忌酒生产的蒸馏装置也采用了这种机械蒸汽再压缩专利方法,其积极方面的作用是:如果这些工厂装置的能耗能够下降,则也意味着这些工厂装置的CO2 排放量也得到了改善。即使在今天,在设计以热分离技术为特色的每一种新系统时,优化能耗仍然是一项重要的任务。

有成效的业务转型

从整个组织的角度来说,2010 年进行的重组工作代表着公司业务方向的巨大转变。从这一时刻起,集团已经剥离了大面积的业务, 例如大型工厂建设(Lurgi、Lentjes、Zimmer)。当时正好是重新定位其余业务的好时机,这些业务完全以设备制造和流程解决方案为中心。这次重新定位创建了5 个业务部门,包括开展分离机和离心机业务的GEA Mechanical Equipment 部门以及开展干燥、浓缩和结晶业务的GEA Process Engineering 部门,重点专注于化工、制药和食品行业。与GEA Farm Technologies、GEA Refrigeration Technologies、

GEA He a t Ex c h a n g e r s(GEA于2014 年剥离) 一起, 这些部门代表了集团众多公司的业务重点。

在接下来的几年,通过一系列撤资和并购,产品组合得到了进一步精简。而这些行动都抱着一个明显的意愿,即希望将数量众多的公司汇聚在GEA大旗之下,形成一个拥有统一架构的集团公司。集团在2015 年推动组织合并时采用了OneGEA 这样的口号,并设计了一个联合网站,方便所有客户获取信息和为其提供更好的定位,同时提供标准化的联系点。如今,集团把现有的业务整合并入2 个部门,即Equipment(设备)与Solutions(解决方案)部门。但是,回顾以往可知,在国家和地区范围内将面向客户的销售和服务业务组织到一起,并随后合并成一个国家级组织,都带来了影响深远的积极意义。

OneGEA 仍然适用

“OneGEA” 还意味着诸如Wiegand、Tuchenhagen、Niro 和Westfalia 这样的子品牌则进一步融入背景之中。自2001 年起便在GEA Wiegand 担任首席执行官的Christopher Braun 博士回忆说:“事实上,主品牌们和子品牌们都仍然并存,特别是在化工这样以工程设计为核心的领域。”尽管如此,同时也有很多客户欢迎这种协调统一的对外面貌。“有些客户已经厌烦了在同一项目要与3 个不同的GEA 旗下公司联系的麻烦事。一种常听到的抱怨是:为什么你们的组织安排如此复杂?”

而今天,“GEA” 这3 个字母仍然处于中央舞台之上。在网站上,任何有兴趣的来访者都可以找到有关产品或应用的各种信息, 而不会在过程中遇见任何诸如GEA Westfalia Separator 或GEA Wiegand 这样的法人实体,“OneGEA”的口号仍然适用。

以技术为核心

人们几乎不可能错过这样的事实, 集团刚刚经历了又一轮的重组。2020 年初, 集团推出了5 个以技术为核心的事业群,每个事业群下属最多6 个业务部门。 这些肯定会令人回想起2015 年之前的部门划分, 好像回归到公司发展的根源。而如今,从事分离业务的部门仍然可以各个组织当中见到。而机械分离技术以及对应的GEA Westfalia Separator 公司都成为Separation & Flow Technologies( 分离和流体技术)事业群的下属部门,GEA Wiegand 公司及其热分离技术划归到Liquid & PowderTechnologies(液体和粉体工艺技术) 事业群之下的Chemical Technologies(化工技术)部门。

Braun 对这样的新架构明显感到满意,“这一架构遵循了法定业务部门原则。这样的架构可以更好地用关键绩效指标来反映,而不是OneGEA的功能性架构,而且责任划分如今也清晰多了。”每个事业群都由3 人团队管理,并由此团队承担商业经营结果责任。对于化工部门所从事的业务领域来说,除一般技术之外,这一部门还提供了一些面向未来市场的技术,诸如锂生产或采用可再生原材料实现的生产,这些都会从中受益。对这类新兴细分市场新需求做出更灵活、更快速响应的能力将激发我们的增长潜力。

对客户有什么影响吗?Braun 相信,这方面的改变不会太大。在那种面向技术的架构当中,分离技术产品清晰划归到许多不同的应用领域。而这些技术覆盖了庞大的应用范围,从废气清洁直至错流膜过滤,再至离心机。而且绝大多数解决方案目前还不能以现成标准产品的形式提供。举例来说,当遇到需要通过蒸馏/ 精馏、蒸发和结晶实现热分离时,或者需要采用喷雾干燥机、流化床干燥机或冷冻干燥机进行干燥时,客户就需要获得大量的建议。一般来说,(对于新产品或新应用)在一个测试中心进行广泛的测试是必不可少的。这位首席执行官说:“从设计流程来说,我们规模略小的国家级公司通常也可以从技术中心专家处获得帮助。”

服务与行业知识相结合

Braun 还强调了服务业务的极大重要性。“ 由于我们采取了全球性布局,这让我们能够成为许多客户的本地可靠合作伙伴, 特别适用于与多个GEA 业务部门打交道的组件供应商。”但是,他也看到化工技术业务单位的情况略有不同,也由此带来了热分离技术领域的稍微不同。这些定制产品包括了由第三方制造商供货的旋转机械设备,即泵机或阀门。而蒸发器本身几乎不会出现任何磨损现象。Braun 解释说:“我们所提供的服务也专门延伸到了旧装置的扩建或能耗优化领域。”

他相信这是又一个令人感兴趣的业务领域,但他也将其视为一种非常具有周期性的领域,而且这种业务经常由地区立法活动所决定。

Braun 解释道:“例如,当污染排放法规收紧时,我们的排放控制业务总是能够带来收益。平常,没人想要为更清洁的空气支付成本。然而只有当经营活动受法律限制时,诸如水泥厂或钢铁厂才会投资购置GEA Bischoff 生产的静电除尘器,或者化工行业才会投资购买GEA Wiegand 生产的气体洗涤器来吸附有害气体。”而这一业务领域是又一个需要深入咨询要求的领域,其成果体现为对客户和手头任务都适用的解决方案。

在这个过程中, 特别是工程师要一直学习新事物。如果某位客户与测试中心接洽要求试验其初始产品以及一些有关流程步骤的特定概念设计,则将在实验室和技术中心展开测试,以确定客户的概念设计是否能够实施以及在什么样的边界条件下可以实施。Braun 直率地说:“但是一对一式的实施方式也并不总是能够达成。”特别是,结晶过程经常会遇到一些困难,这个过程中的叠加化学反应经常阻碍着流程步骤的实现。“尽管如此,我们经常向客户建议采取某种定制替代方案,其中也许涉及到晶粒尺寸或最终产品目标纯度的调整。然后,由客户衡量这种变化是否仍能符合其商业规划。”

锂回收领域面临挑战

对于锂产品来说,经常遇到不同锂矿之间矿物成份有所不同的情况。尽管有这样的偏差,但最终产品仍然要求是纯碳酸锂或纯氢氧化锂,所以澳大利亚工厂与南美工厂绝对不可能提供完全一致的工艺条件。这里的挑战在于针对每一座新工厂都要调整适应各项必要的蒸发、结晶和干燥技术,并对其进行精调以达到最高能效。Braun 相信,未来在开发蓄电池回收利用流程时所要求的灵活性甚至还要更高。优化能耗也在流程中具有不可思议的重要性。Braun 表示:“ 尽管遭遇了这些挑战,或者实际上正因为所有这些挑战,我看到在未来我们将在这些领域成为重要的参与者。因为我们具有协调这些流程的能力。而且我们一直在通过每一项新设计方案持续学习着。”

但是,在诸如热分离技术这些高度复杂的技术领域,他也深知:“创新不是你能强迫的。相反,对我们而言,不断改进和适应新的边际条件代表着创新的潜力。”

但是对于用户来说,这些可以带来明显的提升。例如,对于制药应用领域的新一代分离器而言,GEA Flexchange 分离机就带来了明显提升。通过该系统,在无需进行繁复结构改变的条件下,一体化直接驱动装置上的传动滚筒就可以更换了。作为热分离技术领域的一项创新实例,喷雾干燥吸收(SDA)就成为发电厂和垃圾燃烧厂的一项高性价比烟气净化技术。

拥有资源节约技能

对于适应和发展现有的技术需要进一步创新。GEA 的口号是”engineering for a better 

world",这在从化石燃料向可再生能源的过渡中显得尤为贴切。当涉及从废水和废气当中回收各种可回收物质以及正在开发的致力于保持水和空气清洁的生产流程时,GEA 的技术也在发挥重要作用,特别是机械分离和热分离技术。GEA 所提供的灵活性、工程设计竞争力以及多样化的技术组合都是迎接未来市场挑战的基石。

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