Vakuumtechnologie für chemische und pharmazeutische Prozesse

(openPR) Die Wahl der richtigen Vakuumtechnologie für Anwendungen der chemischen und pharmazeutischen Verfahrenstechnik gestaltet sich oftmals schwierig. Zum einen muss ein Vakuumsystem bei Betriebsdruck das geforderte Saugvermögen liefern und somit die erforderliche Evakuierungszeit gewährleisten. Zum anderen muss es unempfindlich gegenüber Prozessgasen sein und allen Anforderungen in den Bereichen CIP-Reinigung (Clean in Place) und Gasrückgewinnung gerecht werden. Daneben spielen die Betriebssicherheit und die Wirtschaftlichkeit eine wesentliche Rolle bei der Entscheidung für die eine oder andere Vakuumtechnologie.

Hier werden die drei hauptsächlich in der chemischen und pharmazeutischen Verfahrenstechnik eingesetzten Vakuumtechnologien beschrieben.
• Flüssigkeitsring-Vakuumpumpen
• Trockene Schrauben-Vakuumpumpen
• Ölgeschmierte Drehschieber-Vakuumpumpen


Flüssigkeitsring-Vakuumpumpen
In vielen Anwendungen kommen Flüssigkeitsring-Vakuumpumpen zum Einsatz. Dabei handelt es sich um rotierende Verdrängerpumpen mit einem Laufrad, das exzentrisch in einem zylindrischen Gehäuse sitzt. Als Betriebs- oder Sperrflüssigkeit wird meist Wasser verwendet. Durch die Rotation des Laufrads bildet sich ein Flüssigkeitsring an der Innenseite des Gehäuses, der die Räume zwischen den einzelnen Schaufeln abdichtet. In den Räumen zwischen der Nabe, den einzelnen Schaufeln und dem Flüssigkeitsring wird das Gas gefördert. Durch die exzentrische Anordnung des Laufrades vergrößern sich während einer Umdrehung die Zwischenräume und saugen somit das Medium durch den Saugschlitz an. Im weiteren Verlauf der Drehung verkleinern sich die Zwischenräume, das Medium wird komprimiert und durch den Druckschlitz wieder ausgestoßen. Der Betrieb der Flüssigkeitsring-Vakuumpumpe ist mit durchlaufender Flüssigkeit, offenem oder geschlossenem Flüssigkeitskreislauf möglich.

Diese Vakuumpumpen haben sich in chemischen Prozessen über viele Jahre als äußerst robuste und zuverlässige Vakuumerzeuger bewährt. Die Betriebsflüssigkeit im Verdichtungsraum führt die Kompressionswärme kontinuierlich ab, so dass die Vakuumpumpe annähernd isotherm arbeitet. Dies bedeutet, dass sich das Prozessgas nicht nennenswert erwärmt und die Vakuumpumpe bei verhältnismäßig niedrigen Temperaturen arbeitet. Dadurch wird die Gefahr einer ungewollten Reaktion oder einer Explosion deutlich gesenkt. Die niedrigen Betriebstemperaturen begünstigen zudem die Kondensation von feuchten Dämpfen und Gasen, was das nominale Saugvermögen der Vakuumpumpe erhöht.

Für die Ausbildung des Flüssigkeitsrings wird in der Regel Wasser verwendet. Ethylenglykol, Mineralöle oder organische Lösungsmittel werden in der Praxis ebenfalls eingesetzt. Der Enddruck der Vakuumpumpe hängt vom Dampfdruck der Flüssigkeit ab. Die Viskosität der Betriebsflüssigkeit beeinflusst wiederum die Leistungsaufnahme der Pumpe.

Flüssigkeitsring-Vakuumpumpen sind in verschiedenen Ausführungen, Werkstoffen und Wellendichtungen am Markt verfügbar.

Vorteile von Flüssigkeitsring-Vakuumpumpen:
• Völlig unempfindlich gegenüber Dampf- und Flüssigkeitseintrag
• Durch verschiedene Werkstoffausführungen auf das Prozessgas abzustimmen

Nachteile:
• Eventuelle Kontamination der Betriebsflüssigkeit mit Kondensaten aus dem Prozessgas und somit notwendige Nachbehandlung der Betriebsflüssigkeit vor deren Entsorgung
• Hoher Energieverbrauch
• Enddruck abhängig vom Dampfdruck der Betriebsflüssigkeit


Trockene Schrauben-Vakuumpumpen
Die trockene Schrauben-Vakuumtechnologie ist in der Chemie und Pharmazie ebenfalls sehr verbreitet. Obwohl diese, verglichen mit der Flüssigkeitsringtechnik verhältnismäßig neu ist.
In den 1990-er Jahren brachte die Firma Dr.-Ing. K. Busch GmbH mit dem Typ COBRA AC die erste trockene Schrauben-Vakuumpumpe auf den Markt. Der große Unterschied zur zuvor beschriebenen Flüssigkeitsring-Vakuumpumpe liegt darin, dass Schrauben-Vakuumpumpen keine Betriebsmittel zur Verdichtung des Prozessgases benötigen. Man spricht deshalb von der „trockenen“ Schrauben-Vakuumpumpe.

In einer Schrauben-Vakuumpumpe drehen sich zwei schraubenförmige Rotoren in entgegengesetzte Richtungen. Das Prozessgas wird zwischen den einzelnen Schraubenwendeln eingeschlossen, verdichtet und zum Gasauslass transportiert. Die beiden Schraubenrotoren berühren sich beim Verdichtungsprozess weder gegenseitig, noch den Zylinder. Eine präzise Fertigung und kleinste Spalte zwischen den sich bewegenden Teilen ermöglichen dieses Funktionsprinzip und garantieren darüber hinaus einen niedrigen Enddruck von