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Kraftvolles Nichts

| Autor/ Redakteur: Redaktion PROCESS /

Die Vakuumtechnik ist mittlerweile Alltag in der Prozessindustrie geworden. Ob im Labor, in der Lebensmittelindustrie oder bei der Gewinnung von temperaturempfindlichen Stoffen – ohne Vakuum wären viele Prozesse bedeutend schwerer.

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( Archiv: Vogel Business Media )

Die Vakuumtechnik ist mittlerweile Alltag in der Prozessindustrie geworden. Ob im Labor, in der Lebensmittelindustrie oder bei der Gewinnung von temperaturempfindlichen Stoffen – ohne Vakuum wären viele Prozesse bedeutend schwerer.

Um aufsehenerregende Effekte war Otto von Guericke (1602-1686) nie verlegen. Sein um 1656 in Magdeburg inszeniertes Experiment mit zwei Kupferschalen ging in die Geschichte ein. Mit einer umgekehrten Feuerspritze pumpte er die Luft aus den lose aneinanderliegenden Halbkugeln. An jede dieser Kupferschale spannte der spätere Bürgermeister Magdeburgs acht Pferde und trieb sie an. Es gelang weder diesen acht noch den 24 Pferden, die der Forscher später eigens vor dem Kurfüsten in Berlin anspannte, die Kugeln zu trennen. Das Gewicht der Luft auf den Halbkugeln, der Luftdruck, war stärker.

Damals noch als Attraktion bestaunt, hat die Vakuumtechnik längst Einzug in das alltägliche Leben (beispielsweise bei der Herstellung von Glühbirnen und Computerchips), aber auch in die Prozesse der chemischen Industrie (von der Verpackung bis zur Destillation) gefunden.

So ist Vakuum immer das Mittel der Wahl, um Verfahren in der Prozessindustrie zu verbessern, zu beschleunigen oder sicherer und schonender zu gestalten. Je nach Anwendung benötigt man Grobvakuum (103 bis 100 mbar), Feinvakuum (100 bis 10-3 mbar), Hochvakuum (10-3 bis 10-7) oder Ultrahochvakuum (10-7 bis 10-12). Wobei in der Verfahrenstechnik meist das Interesse dem Grob- und Feinvakuum gilt. Um Grob- und Feinvakuum herzustellen, sind Vakuumpumpen und die damit verbundenen Techniken nötig. So umfasst beispielsweise der Lieferumfang bei Destillationsanlagen unter Vakuum neben dem Verdampfer und dem Aggregat zur Vakuumerzeugung meist auch die erforderlichen Sekundäreinrichtungen für das Beheizen und Kühlen, die Materialzu- und Materialabführung sowie die MSR-Technik und Rechnersteuerung.

Vakuumpumpen: Umwelt und Betriebskosten im Fokus

Auf dem Gebiet der Vakuumpumpen sind eine ganze Reihe an Herstellern zu finden, die von Pumpständen mit großen Volumenströmen bis zu Wasserstrahlpumpen im Labor eine breite Spanne abdecken. Unabhängig davon, welche Leistung die Pumpen erbringen, zwei Aspekte zählen für die Anwender: Betriebskosten und Umweltfreundlichkeit. Unter Vakuum lassen sich zwar viele Prozesse sicherer und schneller fahren, aber das zu einem hohen (Energie-)Preis. Einige Konzepte sollen hier kurz vorgestellt werden. Eine Anbieterübersicht, um Ihnen die Wahl der für Ihren Prozess geeigneten Vakuumpumpe zu erleichtern, finden Sie bei den Marktübersichten unter www.process.de.

Rietschle begegnet den Anforderungen des Marktes nach umweltschonenden, verschleißfreien Technologien u.a. mit der Covac - einer mehrstufigen Strömungsmaschine, die nach dem dynamischen Seitenkanal-Prinzip in drei Baugrößen trocken und berührungslos verdichtet. Da zwischen Laufrad und Gehäuse keine Gleitreibung auftritt, arbeiten die geflanschten Laufräder verschleißfrei. Dementsprechend sauber sind das Vakuum oder die Blasluft. Durch die Hintereinanderschaltung und Stufung von speziell entwickelten Seitenkanal-Laufrädern in gut gekühlten Fördereinheiten lässt sich in der Vakuumversion SMV ein Endvakuum von max. 60 mbar (abs.) und in der Verdichterversion SMD ein Druck von max. 2 bar (abs.) erreichen.

Die Vakuumpumpen des Typs Tiny der Dr.-Ing. K. Busch GmbH sind mit Saugvermögen von 5 und 8 m3/h erhältlich und erreichen einen Enddruck von 150 mbar. Die Verdichterversion der Tiny liefert einen Überdruck von 1 bar (g). Tiny Vakuumpumpen und Verdichter arbeiten nach dem bewährten Drehschieberprinzip. Die Schieber sind aus einem selbstschmierenden Werkstoff. Deshalb kommen diese Pumpen ganz ohne Fremdschmierung aus. Der Spezialwerkstoff, aus dem die Schieber gefertigt sind, sollen höchste Standzeiten garantiert.

Der Arbeitsdruck der Dry Run I - einer Spezialpumpe von Ilmvac - erstreckt sich vom Grobvakuum bis zum Feinvakuum und erreicht einen totalen Enddruck von bis zu 7·10-2 mbar. Durch den Trockenlauf der Pumpe wird die Rückdiffusion von Pumpenöl-Partikeln in den Saugstutzen der Pumpe und letztlich in die angeschlossene Apparatur vermieden. Es handelt sich um einen geschlossenen Pumpenraum, der weitestgehend korrosionsbeständig ist. Die Dry Run I besitzt ein Nennsaugvermögen von 10 m3/h. Sie kann sowohl als Einzelpumpe als auch in Pumpenkombinationen betrieben werden.

Vacuubrand Membranpumpen der Baureihe MD sind dreistufige, ölfreie mechanische Vakuumpumpen. Sie können in einem breiten Anwendungsgebiet zum Evakuieren oder Umpumpen von Gasen, als Alternative zu ölgedichteten Drehschieberpumpen eingesetzt werden. Die MD 1 mit präzise geführter Flachmembran weist - im Vergleich zu zweistufigen Membranpumpen - ein besseres Saugvermögen auch bei niedrigen Drücken auf. Es stehen zwei Materialversionen zur Verfügung.

Die Aluminium- und die Chemie-Version „C“: Bei der letztgenannten kommen die abgepumpten Gase nur mit chemikalienbeständigen Fluorkunststoffen in Berührung. Pfeiffer Vacuum schließlich präsentierte auf der Achema 2003 eine komplette Reihe magnetgekuppelter Wälzkolbenpumpen mit einem Saugvermögen von 250 bis 6000 m3/h (siehe auch PROCESS 5/2004, S. 68/69)

Mit Vakuum-Hilfe Schwieriges getrennt...

Die Nutznießer von Vakuum ziehen sich durch alle Branchen. Ein Beispiel ist die Fein- und Spezialchemie, die auf der Suche nach günstigen und schonenden Herstellverfahren ist. Viele Produkte lassen sich nur mithilfe der Destillation erschließen. Da die chemischen Produkte komplizierter und die Anforderungen an die Reinheit der Produkte größer werden, wird immer häufiger die Vakuumdestillation eingesetzt.

Auch in der Pharma-Industrie werden zunehmend Kristallisationsprozesse durch umweltfreundliche Vakuum-Destillationsprozesse ersetzt. Im Lebensmittelbereich verstärkt sich der Trend, Wirkstoffkonzentrate aus Naturprodukten (Vitamine, Sterole, Carotine, Omega-3-Fettsäuren etc.) zuzusetzen. Da viele dieser Konzentrate bei höheren Temperaturen in ihrer Qualität beeinträchtigt werden, setzt man auch hier auf Vakuum-Destillation.

Das Vakuum drückt die hohen Temperaturen, wobei man die Verweilzeit nicht aus den Augen verlieren darf. Die meisten sensiblen Stoffe nehmen nicht nur hohe Temperaturen, sondern auch lange Verarbeitungszeiten übel. Der Zersetzungsgrad nimmt linear mit der Verweilzeit und exponentiell mit der Temperatur zu. Hier haben sich die Dünnschicht- und Kurzwegdestillationsanlagen bewährt. Dabei wird durch Absenkung des Arbeitsdruckes eine erhebliche Reduzierung der Siedetemperatur erreicht. Die Verweilzeit beträgt weniger als eine Minute und ein Vakuumdruck von weit unter 1 mbar erlaubt es, die Verdampfungstemperatur entsprechend niedrig zu halten. Experten auf diesem Gebiet sind etwa GEA Wiegand aus Ettlingen, die UIC aus Hörstein oder die Kühni AG aus dem schweizerischen Allschwill.

... oder schonend getrocknet

Auch bei der Trocknung ist Vakuum nicht mehr aus den Produktionsprozessen wegzudenken. Die Vakuumbandtrocknung ist seit über 70 Jahren bekannt für die temperaturschonende, kontinuierliche Trocknung von Malz-Kakaogetränken, Suppenwürzen, Bäckereiprodukten oder Pflanzenextrakten und vielem mehr. Die Produkte besitzen nach der Trocknung gute Instanteigenschaften und zeichnen sich durch geringe Staubentwicklung aus. Die Herstellung von Reaktionsaromen ist über die gezielte Steuerung der Maillard-Reaktionen möglich.

Die Kontakttrocknung unter Vakuum eignet sich besonders für gut wärmeleitende Produkte, dadurch sind große Trocknungsleistungen möglich. Neu ist die Kombination dieses Verfahrens mit der Mikrowellentrockung, das mit der Molekularerwärmung aus dem Zentrum mit dem Wärmegradienten nach außen arbeitet. Die Oberfläche wird weniger ausgetrocknet, jedoch wirken das Transportband und die Bandträgerplatte als Verdampfungsbremse nach unten. Merz Trocknungstechnik und Püschner MicrowavePowerSystems haben dieses Verfahren weiter entwickelt. Damit lassen sich nicht nur die Heiztemperatur der Heizplatte und der Mikrowellenenergieeintrag deutlich senken, sondern auch die Durchlaufzeiten verkürzen. Nicht nur die Energiebilanz reduziert sich beträchtlich, es sind auch Verbesserungen beim Aroma messbar.

Auch die Pink GmbH bietet individuell gefertigte Anlagen und Produkte im Bereich der Vakuumtechnik an. Das breite Produktspektrum der Vakuumspezialisten aus Wertheim umfasst Vakuumbauteile in Standard- und Spezialausführung, Beschichtungstechnik, Beschleunigertechnik, Dichtheitsprüfanlagen, Löttechnik, Trocknungs- und Prozesstechnik, UHV-Technik, Wärmetechnik, Weltraumtechnik sowie Lohnfertigung für die Herstellung komplexer vakuumtechnischer Einzelkomponenten. Jüngste Produktneuheit ist ein Vakuumtrockenschrank mit Isolator und integrierter Drucknutsche für die Trocknung toxischer Komponenten in der pharmazeutischen Industrie (PROCESS berichtete in Ausgabe 4-2004, S. 110).

Alle Einsatzmöglichkeiten der Vakuumtechnik aufzuzählen, würde zweifellos den Umfang dieses Heftes sprengen. Die Beispiele, die in diesem Beitrag aufgezeigt wurden, können folglich nur einen Ausschnitt aus einem Technikbereich zeigen, der zwar heute keine Volksaufläufe mehr wie zu Zeiten von Guerickes auslöst. Die Vakuumtechnik bietet aber immer noch faszinierende Möglichkeiten.

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