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Fonte: © www.istockphoto.com - paparazzit

Tecnologia del vuoto a secco per l'industria chimica e farmaceutica

Il vuoto svolge un ruolo essenziale nei processi chimici e farmaceutici. Che si tratti di processi di trasporto a vuoto, inertizzazione, distillazione o essiccazione, il vuoto viene utilizzato ovunque per rendere i processi più sicuri, più veloci e più economici, oppure per renderli innanzitutto possibili.
Le varie tecnologie per la generazione del vuoto sono versatili. Le pompe per vuoto ad anello liquido e gli eiettori a vapore sono stati per molti decenni i robusti cavalli di battaglia nella generazione del vuoto.
Ma, come le pompe per vuoto rotative a palette con lubrificazione ad olio in ricircolo, presentano uno svantaggio: necessitano di un fluido di esercizio che arriva a contatto con il gas di processo.

Innovative: pompa per vuoto a vite a secco

A metà degli anni '90, Busch Vacuum Solutions lanciò sul mercato COBRA, la prima pompa per vuoto a vite. La differenza principale rispetto alle pompe per vuoto conosciute in quei tempi era che le pompe per vuoto a vite non necessitavano di alcun fluido operativo per comprimere il gas di processo. Per questo motivo sono chiamate pompe per vuoto a vite "a secco" (fig. 1). Oggi le pompe per vuoto a vite a secco rappresentano una tecnologia ampiamente utilizzata nell'industria chimica e farmaceutica.

Principio operativo

In una pompa per vuoto a vite, due rotori a vite interbloccanti ruotano in direzioni opposte (fig. 2). I gas di processo vengono aspirati all'interno, intrappolati tra il cilindro e le camere a vite, compressi e trasportati fino allo scarico dei gas. I rotori a vite non entrano in contatto tra loro durante il processo di compressione. La costruzione precisa e l'assenza di gioco tra le parti in movimento consentono di applicare questo principio di funzionamento e, inoltre, garantiscono una bassa pressione assoluta nominale fino a 0,01 millibar (assoluta).
Le pompe per vuoto a vite COBRA usano un sistema di raffreddamento che assicura una distribuzione uniforme del calore, una maggiore efficienza termica e stabilità in tutto il corpo della pompa. È così possibile selezionare una temperatura sufficientemente alta per impedire la condensazione del gas di processo, e allo stesso tempo sufficientemente bassa per evitare potenziali problemi legati alla temperatura, come la deposizione del gas o l'accensione spontanea.
L'assenza di fluido operativo previene contaminazioni o reazioni durante la compressione nella camera di processo.

Protezione del sistema per vuoto

La pompa per vuoto può essere esposta ad alcuni rischi che dipendono dal gas di processo utilizzato. Per minimizzare questi rischi, è quindi importante conoscere a sufficienza i gas di processo. Spesso sono necessari componenti differenti, da installare sul lato di ingresso o mandata, per evitare che il trasporto del gas di processo danneggi la pompa per vuoto. Si tratta di un sistema per vuoto che può essere composto anche da parecchie pompe per vuoto (fig. 3).
Per garantire un funzionamento sicuro del sistema per vuoto, è importante proteggerlo da corrosione e depositi causati dalla cristallizzazione o polimerizzazione, nonché aumentare la resistenza del materiale.

Protezione da corrosione

Per proteggere dalla corrosione il sistema per vuoto o le singole pompe è possibile adottare varie misure:

  • La prima consiste nell'impedire a sostanze corrosive di penetrare all'interno della pompa per vuoto. Questa misura può essere realizzata mediante condensatori o gorgogliatori di gas a monte.
  • La seconda misura per evitare la corrosione consiste nel mantenere il flusso di processo nella fase gassosa. In una pompa per vuoto a vite questa condizione si realizza impostando una determinata temperatura di esercizio. Il gas di processo può inoltre essere diluito da un gas zavorra alimentato, al fine di ridurre la pressione parziale dei gas condensabili. Si applica allora la seguente semplice logica: aspirazione in forma gassosa ed eiezione in forma gassosa. Occorre quindi selezionare la temperatura minima sufficientemente alta per prevenire la condensa dei gas. Come temperatura massima si deve selezionare una temperatura che non danneggi la pompa per vuoto o che non superi la temperatura massima ammissibile secondo la classificazione ATEX.
  • Una terza opzione consiste nell'utilizzo di materiali compatibili per la pompa per vuoto. Nelle pompe per vuoto a vite COBRA di Busch Vacuum Solutions, ad esempio, tutte le parti a contatto con il processo sono di norma in ghisa duttile e sono provviste di uno speciale rivestimento resistente a quasi tutti gli agenti chimici.

Protezione contro l'ingresso di particelle nel sistema

Le pompe per vuoto a vite devono essere sempre utilizzate con un filtro a rete o un filtro in aspirazione. In questo modo si impedisce alle particelle di penetrare nella pompa per vuoto. Data la lavorazione precisa delle pompe per vuoto a vite con il rispettivo basso livello di giochi e tolleranze, si ha una certa sensibilità alle particelle intrappolate.

Spesso le pompe per vuoto a vite sono utilizzate con essiccatori di particolato, soprattutto nell'industria farmaceutica. Un certo numero di tali particelle può attraversare con facilità la pompa per vuoto insieme al gas di processo o essere scaricato al termine del processo.

Ciononostante, si consiglia di adottare idonee precauzioni per prevenire regolarmente il risucchio di particelle. Busch offre, ad esempio, molti diversi filtri per particelle per ogni applicazione.

Tenuta stagna contro le perdite della pompa/del sistema per vuoto

In un ambiente chimico, le pompe per vuoto e i sistemi per vuoto devono avere una tenuta tale da impedire, o almeno ridurre al minimo, l'ingresso dell'aria ambiente e la creazione di una potenziale atmosfera esplosiva, oppure la fuga di gas tossici o esplosivi. In genere, per evitare perdite tra due parti stazionarie si utilizzano

O-ring polimerici. La resistenza dipende dal polimero scelto. Il materiale della guarnizione deve quindi essere adattato ai possibili gas di processo.

Busch Vacuum Solutions ha adottato un concetto di sigillatura dinamica per collegamenti passanti ad albero rotante certificati da TÜV SÜD in conformità con le istruzioni tecniche sul controllo della qualità dell'aria (TA Luft). Queste guarnizioni sono considerate tecnicamente ermetiche.
Consigli di utilizzo

Per la maggior parte delle applicazioni si consiglia di riscaldare la pompa per vuoto per un certo lasso di tempo prima di iniziare l'attività di processo. Così si stabilizza la temperatura specificata.

Al termine del processo, si consiglia di spurgare la pompa per vuoto con gas inerte non condensabile, per rimuovere completamente il gas di processo dalla pompa stessa prima di spegnerla. Normalmente per il processo di lavaggio si utilizza azoto.

Al termine del processo, si può anche lavare la pompa per vuoto con un detergente liquido; questa soluzione è consigliata nei casi in cui sussiste il rischio di formazione di depositi all'interno della pompa per vuoto durante il raffreddamento.

Protezione contro le esplosioni

Le pompe per vuoto a vite COBRA di Busch possono essere configurate per adattarsi teoricamente a qualsiasi prodotto chimico con vari sistemi di guarnizioni, rivestimenti diversi e accessori appropriati. Le pompe per vuoto a vite COBRA

sono inoltre disponibili in diverse versioni ATEX in conformità con la Direttiva UE 2014/34/UE.

Per queste pompe per vuoto si può altresì adattare qualsiasi altra regolamentazione nazionale, ad esempio EX-proof negli USA o KOSHA in Corea del Sud. Ciò significa che queste pompe per vuoto possono essere utilizzate in tutto il mondo in ambienti potenzialmente esplosivi e per il trasporto di gas e vapori esplosivi. Se necessario, è possibile anche integrare dei

parafiamma.