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Pumpen/Kompressoren/Antriebstechnik Die Feuchte muss raus

| Redakteur: Redaktion PROCESS

Eine der wichtigsten Anwendungen für Vakuumpumpen in der chemischen und pharmazeutischen Industrie ist die Vakuumtrocknung, ein Verfahren zur Abtrennung einer Flüssigkeit von einem Feststoff unter schonenden Bedingungen. Durch die Wahl der richtigen Vakuumpumpe sowie eine individuelle Anpassung des Saugvermögens an den Prozessverlauf lässt sich die Trocknungszeit erheblich reduzieren.

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( Archiv: Vogel Business Media )

Eine der wichtigsten Anwendungen für Vakuumpumpen in der chemischen und pharmazeutischen Industrie ist die Vakuumtrocknung, ein Verfahren zur Abtrennung einer Flüssigkeit von einem Feststoff unter schonenden Bedingungen. Durch die Wahl der richtigen Vakuumpumpe sowie eine individuelle Anpassung des Saugvermögens an den Prozessverlauf lässt sich die Trocknungszeit erheblich reduzieren.

Bei der Vakuumtrocknung handelt es sich um ein thermisches Trennverfahren, bei dem einem lösemittelfeuchten Produkt Wärme zugeführt wird, um die Flüssigkeit über ihren Siedepunkt zu erwärmen und in die Dampfform zu überführen. Häufig sind die zu trocknenden Substanzen thermisch sensibel, d.h. eine Erhitzung auf zu hohe Temperaturen kann zu einer Zersetzung des Produktes führen und es zerstören. Idealerweise erfolgt die Trocknung in diesen Fällen daher unter Vakuum, was eine schonende Verdampfung bei niedrigen Temperaturen ermöglicht.

Kurzer Einblick in den Trocknungsprozess

Zu Beginn der Trocknung wird dem Produkt die Oberflächenfeuchte entzogen. Während dieser Haupttrocknungsphase entspricht der Prozessdruck dem Sättigungsdampfdruck der Flüssigkeit bei Produkttemperatur. Die Endtrocknung beginnt, wenn keine Feuchtigkeit mehr an der Oberfläche vorhanden ist und dem Produkt die in den Poren gebundene Restfeuchte entzogen werden muss. Der Transport durch enge Kapillaren und die Überwindung der Bindungskräfte ist mit einem Druckverlust verbunden, d.h. mit zunehmendem Trocknungsfortschritt muss der Prozessdruck stetig abnehmen. Das Trocknungsergebnis wird umso besser, je tiefer das erreichbare Endvakuum ist.

Die Vakuumtrocknung erfolgt in der Regel in Mehrzweckanlagen, d.h. Produkte und Art der eingesetzten Lösemittel ändern sich sehr häufig. Ferner muss stets von einer Belastung durch Staub ausgegangen werden. Eine zusätzliche Anforderung ist der Verzicht auf Betriebsmittel im Innenraum der Vakuumpumpe. Neben dem Wegfall von Kosten für die Entsorgung wird so jegliches Risiko einer Kontaminierung der pharmazeutischen Wirkstoffe mit Dichtmitteln ausgeschlossen.

Für die Anforderungsliste an eine Vakuumpumpe, die hier zuverlässig arbeiten soll, ergeben sich daraus folgende Schwerpunkte:

  • sicheres Fördern leicht entzündlicher Dämpfe,
  • problemloses Fördern von korrosiven Medien,
  • Fördern von thermisch sensiblen Medien/Belagsbildnern,
  • Mitförderung von Feststoffen,
  • Resistenz gegen Flüssigkeitsschwälle,
  • einfacher Service/Reinigung vor Ort innerhalb der Anlage

Nicht zu kalt und nicht zu warm

Aus diesen Anforderungen lässt sich schnell ableiten, dass der optimalen Temperaturführung innerhalb der Vakuumpumpe eine besondere Bedeutung zukommt; es darf weder zu kalt noch zu warm sein. Eine für den Einsatz in der Vakuumtrocknung ausgerichtete ideale trockene Vakuumpumpe besitzt daher zusätzlich zur Mantelkühlung sowohl die Möglichkeit einer Innenkühlung der Schraubenverdränger als auch die Möglichkeit zur Einspeisung von Kaltgas zur Direktgaskühlung. Dadurch kann die Manteltemperatur erhöht werden, um eine Kondensation an den Außenflächen zu verhindern; die Spitzentemperaturen bleiben dennoch unkritisch.

Eine Vakuumpumpe für den Einsatz in der Vakuumtrocknung sollte darüber hinaus weitere konstruktive Besonderheiten aufweisen. Neben der vertikalen Bauweise, die den Durchgang von Flüssigkeit erleichtert, sollte zur Förderung von Feststoffen sowohl auf enge Spalte als auch auf eine Beschichtung von Verdränger oder Gehäuse verzichtet werden. Eine fliegende Lagerung erlaubt zudem die einfache Demontage des Schöpfraumes vor Ort in der Anlage ohne Ausbau der oberen Lager. Der Verzicht auf ein mechanisches Getriebe sorgt für ein extrem niedriges Geräuschniveau, der Aufwand für Ölstandkontrolle und jährlichen Ölwechsel entfällt. Eine so gestaltete trockene Vakuumpumpe bietet auf Grund der hohen Zuverlässigkeit die Sicherheit, dass sich die Einsparungen durch den Verzicht auf zu entsorgende Betriebsflüssigkeiten wirklich in einer Reduzierung der Prozesskosten bemerkbar machen.

Eine weitere Möglichkeit zur Optimierung eines Trocknungsprozesses kann oftmals in der Verkürzung der Trocknungszeit gefunden werden. Viele Betreiber sind irrtümlich der Ansicht, dass eine große Vakuumpumpe zwangsläufig den Trocknungsprozess beschleunigt, d.h. es wird schon während der Haupttrocknung mit maximal möglichem Saugvermögen gearbeitet. Die Trocknungszeit wird jedoch ausschließlich bestimmt durch den Stofftransport innerhalb des Trocknungsgutes an die Oberfläche und die darauf abgestimmte Wärmezufuhr im Trockner. Eine zu große Vakuumpumpe bewirkt kurzzeitig tatsächlich eine höhere Verdampfungsrate.

Letztlich kann aber die Feuchtigkeit nicht schnell genug aus dem Inneren des Produktes an die Oberfläche transportiert werden, was zu trockenen Schichten an der Oberfläche des Gutes führen kann. Durch diese trockenen Randschichten wird der weitere Stofftransport von innen nach außen zusätzlich erschwert, was den Gesamtprozess erheblich verlängert. Eine optimale Trocknungszeit kann daher dann erreicht werden, wenn das Saugvermögen der Vakuumpumpe stets an die jeweiligen Prozessanforderungen angepasst wird, d.h. es wird nur die von der Heizleistung des Trockners bestimmte Dampfmenge gefördert.

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