Kilde: © www.istockphoto.com – paparazzit
Tør vakuumteknologi til kemiske og farmaceutiske processer
Vakuum spiller en væsentlig rolle i kemiske og farmaceutiske processer. Uanset om det er i vakuumtransport, inertisering, destillering eller tørringsprocesser, så bruges vakuum overalt til at gøre processer sikrere, hurtigere og mere økonomiske eller til i det hele taget at gøre dem mulige.
De forskellige teknologier til at generere vakuum er alsidige. Væskeringsvakuumpumper og dampejektorer har været robuste arbejdsheste i mange årtier i forhold til at generere vakuum.
Men som lamelvakuumpumper med recirkulerende oliesmøring har de en ulempe: De kræver driftsvæske, som kommer i kontakt med procesgassen.
Men som lamelvakuumpumper med recirkulerende oliesmøring har de en ulempe: De kræver driftsvæske, som kommer i kontakt med procesgassen.
Innovativt: Tørtløbende skruevakuumpumper
I midten af 1990'erne lancerede Busch Vacuum Solutions den første skruevakuumpumpe på markedet, COBRA'en. Den største forskel i forhold til de vakuumpumper, der blev anvendt dengang, var, at skruevakuumpumper ikke krævede nogen nogen driftsvæsker for at komprimere procesgassen. Det er derfor, at de kaldes "tørtløbende" skruevakuumpumper (fig. 1). Tørtløbende skruevakuumteknologi bruges nu også i stor udstrækning i de kemiske og farmaceutiske industrier.-
Fig. 1: Tørtløbende skruevakuumpumpe til kemiske og farmaceutiske processer.
-
Fig. 1: Tørtløbende skruevakuumpumpe til kemiske og farmaceutiske processer.
Driftsprincip
I en skruevakuumpumpe drejer to sammenkoblede skrueformede rotorer i hver sin retning (fig. 2). Procesgasserne trækkes ind, fanges mellem cylinderen og skruekamrene, komprimeres og transporteres til gasudledningen. Under kompressionsprocessen kommer skruerotorerne ikke i kontakt med hinanden eller med cylinderen. Nøjagtig fremstilling og minimale afstande mellem de bevægelige dele muliggør dette driftsprincip og garanterer desuden et lavt sluttryk på op til 0,01 mbar (absolut).-
Fig. 2: Moderne skruevakuumpumper har skruer med variabel stigning, hvilket muliggør en jævn temperaturfordeling inde i vakuumpumpen.
-
Fig. 2: Moderne skruevakuumpumper har skruer med variabel stigning, hvilket muliggør en jævn temperaturfordeling inde i vakuumpumpen.
COBRA skruevakuumpumper har et kølesystem, som sikrer jævn temperaturfordeling, større termisk effektivitet og stabilitet i hele pumpehuset. Dette gør det muligt at vælge temperaturen, så den er høj nok til ikke at kondensere procesgassen men stadig lav nok til at undgå potentielle temperaturrelaterede problemer som f.eks. gasudfældning eller spontan tænding.
Fravær af driftsvæske muliggør kompression i proceskammeret uden kontaminering eller reaktion.
Beskyttelse af vakuumsystemet
Afhængigt af procesgassen kan vakuumpumpen blive udsat for visse risici. Det er derfor vigtigt, at der er tilstrækkeligt med kendskab til procesgasserne for at minimere disse risici. Det er ofte nødvendigt med forskellige komponenter, som kan installeres på indsugnings- eller tryksiden, for at transportere procesgassen uden at beskadige vakuumpumpen. Dette kaldes et vakuumsystem, som også kan bestå af adskillige vakuumpumper (fig. 3).-
Fig. 3: Vakuumsystem med fire skruevakuumpumper som forpumper.
-
Fig. 3: Vakuumsystem med fire skruevakuumpumper som forpumper.
For at opnå en sikker drift af vakuumsystemet er det vigtigt at beskytte det mod korrosion og aflejringer forårsaget af krystalisering eller polymerisering og at øge materialets modstandskraft.
Beskyttelse mod korrosion
Forskellige foranstaltninger kan være effektive til at beskytte vakuumsystemet eller de individuelle vakuumpumper mod korrosion:- Den første mulighed er at forhindre korrosive stoffer i at trænge ind i vakuumpumpens indre. Dette kan gøres med opstrøms kondensatorer eller gasskrubbere.
- Den anden mulighed for at undgå korrosion er at holde processtrømningen i gasfasen. I en skruevakuumpumpe kan dette gøres ved at indstille en bestemt driftstemperatur. Procesgassen kan også fortyndes af en tilført ballastgas for at reducere de kondenserbare gassers partialtryk. Derfor er den følgende simple logik gældende: sugning i gasform og udstrømning i gasform. Minimumstemperaturen skal derfor vælges, så den er høj nok til at forhindre gasser i at kondensere helt. Maksimumstemperaturen skal vælges, så vakuumpumpen ikke beskadiges, eller så den maksimalt tilladte temperatur i henhold til ATEX-klassifikationer ikke overstiges.
- En tredje mulighed er at bruge kompatible materialer til vakuumpumpen. I f.eks. COBRA skruevakuumpumper fra Busch Vacuum Solutions er alle dele, der er i kontakt med processen, som standard fremstillet af duktilt støbejern og har en speciel coating, som er modstandsdygtig over for næsten alle kemikalier.
Beskyttelse mod indtrængen af partikler i systemet
Skruevakuumpumper bør altid køres med en indsugningsskærm eller et indsugningsfilter. Det er for at forhindre partikler i at trænge ind i vakuumpumpens indre. I kraft af den nøjagtige fremstilling af skruevakuumpumper med de små spalter og tolerancer, er der en vis følsomhed over for indesluttede partikler.Tørtløbende vakuumpumper bruges ofte med partikeltørrere, navnlig i den farmaceutiske industri. Et bestemt antal partikler kan let passere igennem vakuumpumpen sammen med procesgassen eller blive skyllet ud i slutningen af processen.
Det er ikke desto mindre tilrådeligt at træffe passende foranstaltninger for at forhindre partikler i at blive suget ind jævnligt. Busch har eksempelvis mange forskellige partikelfiltre til enhver applikation.
Lækagetæthed af vakuumpumpen/vakuumsystemet
Vakuumpumper og vakuumsystemer i et kemisk miljø skal være så tætte, at ingen eller kun et minimum af atmosfærisk luft kan trænge ind og skabe en potentielt eksplosiv atmosfære, eller at giftige eller eksplosive gasser kan strømme ud.O-ringe af polymer bruges i vidt omfang til at forhindre lækager mellem to stationære dele. Modstanden afhænger af den valgte polymer. Tætningsmaterialet skal derfor også tilpasses mulige procesgasser.
Busch Vacuum Solutions har fået et dynamisk tætningskoncept for roterende akselgennemføring certificeret af TÜV SÜD i overensstemmelse med TA Luft (teknisk vejledning om luftkvalitetskontrol). Disse tætninger betragtes også som teknisk lækagetætte.
Driftstip
For de fleste anvendelser anbefales det, at vakuumpumpen varmes op i en bestemt gennemløbstid, før processen går i gang. Dette giver muliged for at indstille temperaturen.
Når processen er slut, anbefales det at rense vakuumpumpen med ikke kondenserbar inertgas for at fjerne procesgassen helt fra vakuumpumpen, før den slukkes. Nitrogen anvendes normalt til denne renseproces.
Det er også en mulighed at rense vakuumpumpen med et rensemiddel i slutningen af processen, og det anbefales, hvis der er risiko for dannelse af aflejringer inde i vakuumpumpen under kølingen.
For de fleste anvendelser anbefales det, at vakuumpumpen varmes op i en bestemt gennemløbstid, før processen går i gang. Dette giver muliged for at indstille temperaturen.
Når processen er slut, anbefales det at rense vakuumpumpen med ikke kondenserbar inertgas for at fjerne procesgassen helt fra vakuumpumpen, før den slukkes. Nitrogen anvendes normalt til denne renseproces.
Det er også en mulighed at rense vakuumpumpen med et rensemiddel i slutningen af processen, og det anbefales, hvis der er risiko for dannelse af aflejringer inde i vakuumpumpen under kølingen.
Eksplosionsbeskyttelse
Med forskellige tætningssystemer, forskellige coatings og egnet tilbehør kan COBRA skruevakuumpumper fra Busch konfigureres til at være kompatible med næsten ethvert kemikalie.Der er ydermere diverse ATEX-udgaver tilgængelige til COBRA skruevakuumpumper i overensstemmelse med EU-direktivet 2014/34/EU.
Enhver anden national regulering kan desuden tilpasses til disse vakuumpumper som f.eks. EX-proof i USA eller KOSHA i Sydkorea. Dette betyder, at disse vakuumpumper også kan bruges verden over i potentielt eksplosive områder og til transport af eksplosive gasser og dampe.
Gnistfangere kan også integreres ved behov.