Vakuumtechnologie Ausgewogenes Zusammenspiel

Vakuumtechnologie ist für einen Großteil der Anwendungen in der chemischen Industrie unverzichtbar, beispielsweise in der Polymerchemie. Sie steuert im Zusammenspiel mit der Temperatur komplexe Prozesse wie die Polykondensation.

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In der Polymerchemie ist die Polykondensation eines der wichtigsten Verfahren. Es wird verwendet, um Kunststoffe wie Polyethylenterephthalat (PET), Polyethylen oder Polycarbonat in großen Mengen herzustellen. Auch Klebstoffe werden mithilfe von Polykondensation produziert, ebenso Bremsbeläge für Autos. Bei der Polykondensation handelt es sich um eine Kettenreaktion niedermolekularer Verbindungen, der Monomere. Die funktionalen Gruppen der beteiligten Monomere reagieren in der Regel unter Abspaltung von Wasser zu langkettigen Molekülen, den Polymeren. Entsprechend können nur Monomere mit mindestens zwei funktionalen Gruppen Ketten oder Netze bilden. Welches Produkt am Ende einer Polykondensation entsteht, hängt von Anzahl und Art der funktionalen Gruppen des reagierenden Monomers ab. Bei diesem Prozess wird Vakuumtechnik eingesetzt, um unerwünschte Nebenprodukte der Polykondensation zu eliminieren.

Kleinste Druckschwankungen führen zu Qualitätseinbußen

Vakuumbedingungen im Feinvakuumbereich zwischen 1 und 10 mbar sind ein unverzichtbarer Teil des Polykondensationsprozesses, insbesondere bei der Herstellung von hochwertigen Kunststoffen. Im Zusammenspiel mit der Temperatur steuert Vakuumtechnik die komplette Polykondensation und beeinflusst das entstehende Endprodukt maßgeblich. Bereits kleinste Druckschwankungen während der Reaktion können dazu führen, dass das Endprodukt beschädigt oder sogar unbrauchbar wird. Insbesondere bei temperaturempfindlichen Stoffen wird durch Vakuum die thermische Belastung im Prozess verringert. Ohne Vakuum wäre die Herstellung bestimmter Kunststoffe schlicht nicht möglich, sie würden verbrennen.

Zum Erzeugen der notwendigen Vakuumbedingungen wird meist eine mehrstufige Kombination aus Wälzkolben- und Flüssigkeitsringpumpen eingesetzt, die exakt auf die besonderen Anforderungen der spezifischen Anwendung abgestimmt sein muss. In der Produktion von Kunststoffen sind etwa zu Verklebung und Anbackung neigende Produkte an der Tagesordnung. Bei der Auslegung eines Vakuumsystems muss daher sichergestellt werden, dass sich keine Prozessbestandteile in den Vakuumpumpen ablagern.

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Erst die Kombination aus Flüssigkeitsring-Vakuumpumpe und gasumlaufgekühlter Wälzkolbenpumpe trägt maßgeblich dazu bei, dass der Prozess stabil ablaufen kann. Flüssigkeitsring-Vakuumpumpen haben einen entscheidenden Nachteil. Sie sind abhängig von der Flüssigkeit, was bei Verunreinigung oder Temperaturschwankungen dazu führt, dass die Pumpe nicht mehr den spezifizierten Druck bzw. ihr Saugvermögen erreichen kann. Diese Abweichungen können durch die gasumlaufgekühlten Wälzkolbenpumpen ausgeglichen werden, da sich dieses Pumpprinzip selbst regelt. Dies basiert im Wesentlichen auf der Formel:

p (Druck) x V (Volumen) = konstant
Das Verhältnis zwischen Einlassdruck und Auslassdruck bestimmt, wie viel kaltes Gas aus dem Wärmetauscher dem heißen Gas in der Pumpe zugeführt wird. Damit können theoretisch alle Druckdifferenzen gefahren werden. Limitierende Faktoren sind die Größe des Wärmetauschers sowie die Leistung des Motors. Beides wird für jeden Anwendungsfall spezifisch ausgelegt. Um die verschiedenen benötigten Vakuumbedingungen herzustellen, bietet Pfeiffer Vacuum kundenspezifische Lösungen. Gerade im Hinblick auf Anwendungen, die einen Druck < 30 hPa benötigen, haben sich die Wälzkolbenpumpstände der Okta Line von Pfeiffer Vacuum als ideale Lösungen etabliert. Je nach Saugvermögen und Enddruck lassen sich dann unterschiedliche Pumpstufen einbauen.

* Die Autorin arbeitet im Market Management Industry bei Pfeiffer Vacuum, Asslar.

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