Tehnologie cu vid pentru procese chimice și farmaceutice

Maulburg, Germany Selectarea tehnologiei cu vid adecvate pentru aplicațiile de procesare chimice și farmaceutice este, deseori, dificilă. Mai întâi, un sistem cu vid trebuie să furnizeze viteza de pompare necesară la presiunea operațională și, astfel, să asigure timpul de evacuare complet. În al doilea rând, nu trebuie să fie sensibil la gazele de proces și trebuie să îndeplinească toate cerințele în materie de curățare CIP (clean-in-place - curățare fără demontare) și de recuperare a gazului. Fiabilitatea și eficiența economică joacă, de asemenea, un rol semnificativ la stabilirea tehnologiei cu vid care se va utiliza. Vom prezenta cele trei tehnologii cu vid cel mai frecvent utilizate în tehnologiile de procesare chimică și farmaceutică: Pompe de vid cu inel lichid, pompe de vid elicoidale uscate, pompe de vid cu palete rotative lubrifiate cu ulei.
Fig. 1: Pompă de vid cu inel de lichid Dolphin de la Busch. Source: Busch Dienste GmbH
Fig. 1: Pompă de vid cu inel de lichid Dolphin de la Busch. Source: Busch Dienste GmbH

Pompe de vid cu inel lichid

Pompele de vid cu inel lichid (fig. 1) sunt utilizate în numeroase aplicații. Acestea sunt pompe volumetrice rotative cu un impulsor plasat excentric într-o carcasă cilindrică (fig. 2). De regulă, se utilizează apă ca lichid operațional. Rotația impulsorului creează un inel de lichid pe interiorul carcasei, care etanșează spațiile dintre lamele individuale. Gazul este transportat în spațiile dintre centru, lamele individuale și inelul de lichid. Datorită plasamentului excentric al impulsorului, volumul acestor spații crește, determinând astfel aspirarea mediului pe la intrare. Pe măsură ce impulsorul continuă să se rotească, volumul spațiilor se reduce, mediul este comprimat și apoi evacuat din nou, pe la orificiul de evacuare. Pompa de vid cu inel de lichid poate fi operată sub forma unui sistem simplu cu flux continuu, respectiv ca un sistem cu recirculare parțială sau totală. 

În decursul anilor, aceste pompe de vid și-au demonstrat valoarea de generatoare de vid robuste și fiabile în cadrul proceselor chimice. Fluidul operațional din camera de compresie disipă continuu căldura de la compresie, deci pompa de vid funcționează în condiții practic izoterme. Aceasta înseamnă că gazul de proces nu se încălzește într-o măsură notabilă și pompa de vid funcționează la temperaturi relativ reduse. Aceasta reduce semnificativ riscul de reacții nedorite sau de explozie. De asemenea, temperaturile operaționale reduse facilitează condensarea vaporilor și a gazelor, ceea ce mărește viteza normală de pompare a pompei de vid.


Fig. 2: Principiul de operare al pompei de vid cu inel de lichid cu două trepte. Source: Busch Dienste GmbH

De regulă, se utilizează apă pentru crearea inelului de lichid. În practică, se mai utilizează frecvent etilenglicolul, uleiurile minerale sau solvenții organici. Presiunea finală a pompei de vid este dependentă de presiunea vaporilor și de viscozitatea lichidului. Viscozitatea fluidului operațional va afecta consumul electric al pompei de vid.

Pompele de vid cu inel de lichid sunt disponibile pe piață în diferite versiuni, cu diferite materiale și garnituri de arbore. 

Avantajele pompelor de vid cu inel lichid

  • Nu sunt sensibile la vaporii sau lichidele care intră în sistem
  • Diferitele versiuni de materiale permit adaptarea pompelor la gazul de proces


Dezavantaje:

  • Este posibilă contaminarea fluidului operațional cu condens de la gazul de proces, ceea ce face necesară tratarea ulterioară a fluidului operațional înainte de eliminarea acestuia la deșeuri
  • Consum de energie ridicat
  • Presiunea finală este dependentă de presiunea vaporilor fluidului operațional


Pompe de vid elicoidale uscate

Tehnologia de obținere a vidului cu pompe elicoidale uscate este utilizată pe scară foarte largă în sectoarele chimic și farmaceutic. Totuși, este o tehnologie relativ nouă comparativ cu tehnologia cu inel lichid.
În anii 1990, Busch a lansat pe piață COBRA AC, prima pompă de vid elicoidală uscată. Principala diferență în comparație cu pompa de vid cu inel de lichid descrisă mai sus aceea că pompele elicoidale uscate (fig. 3) nu necesită un fluid operațional pentru a comprima gazul de proces. Acesta este motivul pentru denumirea de pompă de vid elicoidală „uscată".

Fig. 3: Pompă elicoidală de vid COBRA NC. Source: Busch Dienste GmbH

În cazul unei pompe de vid elicoidale uscate, două rotoare de forma unei elice se rotesc în direcții opuse (fig. 4). Mediul pompat este captiv între cilindru și camerele elicei, comprimat și transportat la ieșirea gazului. Pe durata procesului de comprimare, rotoarele elicoidale nu intră în contact între ele sau cu cilindrul. Fabricația de precizie și jocul minim dintre piesele mobile permit utilizarea acestui principiu de operare și, de asemenea, garantează o presiune minimă redusă, < 0,1 mbar.

Fig. 4: Principiul de operare al pompei elicoidale de vid modern. Source: Busch Dienste GmbH

Pompele elicoidale de vid operează utilizând răcirea cu apă, care asigură o distribuție uniformă a temperaturii prin corpul pompei și, implicit, stabilitatea termică pe durata întregului proces.

Pompele elicoidale de vid moderne dispun de un șurub cu pas variabil, care determină o comprimare uniformă a gazului de proces pe întreaga lungime a șurubului. Aceasta are avantajul asigurării aceleiași temperaturi pe întreaga cameră de comprimare, care poate fi astfel monitorizată și controlată cu ușurință. La generațiile mai vechi de pompe elicoidale de vid, pasul șuruburilor este același pe întreaga lungime. Aceasta duce la comprimarea gazului de proces în ultima jumătate de rotație a șurubului, ceea ce generează o sarcină termică excesivă în punctul respectiv. Astfel, reglarea pentru obținerea temperaturii operaționale ideale prin răcire cu apă este mai dificilă. În general, pompele de vid elicoidale uscate operează la temperaturi mai ridicate decât pompele de vid cu inel de lichid. Astfel, condensul elementelor gazului de proces este în mare parte eliminat. Aceasta permite transportul gazului de proces prin pompa de vid, fără contaminarea fluidului operațional și fără a provoca o reacție cu acesta. Fonta este materialul standard utilizat pentru piesele de prelucrat pentru toate componentele care intră în contact cu mediul pompat. Aceasta este netratată sau tratată cu un strat de acoperire special, pentru a o face rezistentă la aproape toate substanțele chimice. După sfârșitul procesului, se recomandă spălarea pompei de vid cu un fluid de curățare adecvat și purjarea acesteia cu un azot, pentru evitarea coroziunii și a formării de depuneri în perioada de inactivitate. 

Cu diferite sisteme de comprimare și diferite straturi de acoperire, pompele de vid elicoidale de la Busch pot fi configurate astfel încât să fie compatibile cu orice substanță chimică.

Avantajele pompelor de vid elicoidale uscate:

  • Comprimare uscată, lipsa contaminării și a reacțiilor între gazul de proces și fluidul operațional
  • Nivel de vid avansat
  • Eficiente din punct de vedere energetic
  • Poate fi proiectată pentru cvasitotalitatea gazelor de proces, datorită selecției materialelor și a reglării temperaturii


Dezavantajele pompelor de vid elicoidale uscate:

  • Sensibile la particulele care intră în sistem
  • Nu se pot utiliza cu gaze de proces care au tendința de a fi reactive la temperaturi ridicate 


Pompe de vid cu palete rotative lubrifiate continuu cu ulei proaspăt

Timp de decenii, pompele de vid cu palete rotative lubrifiate cu ulei, au fost utilizate cu succes în numeroase domenii. În prezent, acestea sunt printre cele mai utilizate pompe de vid mecanice din domeniu. Busch a realizat deja Huckepack, o pompă de vid cu palete rotative lubrifiate continuu cu ulei proaspăt, cu două trepte, în anii 1960, special proiectată pentru tehnologia de procesare din domeniile chimic și farmaceutic. Busch a continuat să dezvolte în mod constant această pompă de vid, care continuă să se bucure de o mare popularitate în domeniul tehnologiilor actuale de procesare, datorită robusteții sale.

Fig. 5: Pompă de vid Huckepack cu palete rotative lubrifiate continuu cu ulei proaspăt. Source: Busch Dienste GmbH

Pompele de vid cu palete rotative Huckepack (fig. 5) prezintă trei caracteristici distinctive semnificative comparativ cu alte pompe de vid care funcționează pe principul paletei rotative

  1. Două trepte de comprimare sunt suprapuse și interconectate, ceea ce facilitează comprimarea inițială a gazului de proces în prima treaptă și comprimarea secundară în a doua treaptă. Aceasta face posibilă obținerea unei presiuni finale mai reduse.
  2. Aceste pompe de vid utilizează lubrifierea cu ulei, ceea ce înseamnă că o cantitate definită de fluid operațional, ulei sau alt fluid compatibil cu mediul este injectată în camera de compresie. Prin contrast, alte pompe de vid cu palete rotative utilizează lubrifierea cu circularea uleiului.
  3. Pompele de vid cu palete rotative Huckepack sunt răcite cu apă, ceea ce permite reglarea temperaturii de operare într-un anumit interval.


Pompele de vid cu palete rotative Huckepack sunt pompe volumetrice rotative. Paletele sunt plasate în fante dispuse într-un rotor, care se rotește excentric într-o carcasă cilindrică. Datorită forței centrifugale create de mișcarea rotativă a rotorului, paletele glisează în afara fantelor și intră în contact cu peretele cilindrului. Aceasta creează spații cu diferite volume, care, la rândul lor, generează efectul de aspirație și de comprimare. Pentru reducerea frecării și îmbunătățirea etanșării, se injectează continuu ulei în camera de comprimare. Acest proces are loc în ambele trepte de comprimare, înainte de evacuarea gazului de proces odată cu fluidul operațional, pe la orificiul de ieșire, iar ulterior poate fi eliminat. În ambele trepte, răcirea se efectuează cu apă. Sunt disponibile versiuni cu răcire continuă cu apă proaspătă, respectiv versiuni cu circulația apei. 

Fig. 6: Principiul de operare al pompei de vid Huckepack cu palete rotative lubrifiate continuu cu ulei proaspăt. Source: Busch Dienste GmbH

Deoarece lubrifiantul trece o singură dată prin pompa de vid, se pot utiliza aproape toate lichidele cu o viscozitate de ordinul a 150 centistokes (cSt). Acestea spală constant pompa de vid în timpul operării, protejând-o împotriva coroziunii și a depunerilor. Busch oferă palete realizate din trei materiale diferite, pentru a asigura rezistența la majoritatea solvenților. 

Avantajele pompelor de vid cu palete rotative lubrifiate continuu cu ulei proaspăt:

  • Nivel de vid avansat
  • Extrem de robuste și de fiabile
  • Operații de service simple
  • Perfect adecvate pentru transportul vaporilor de acid și al monomerilor sau al produselor care duc la polimerizare atunci când se utilizează alte tehnologii de vid


Dezavantaje: Fluidele operaționale trebuie să fie tratate sau eliminate la deșeuri în mod corespunzător

Rezumat

Toate tehnologiile de generare a vidului prezentate aici au avantaje și dezavantaje. Nu există o soluție ideală pentru toate utilizările. În consecință, este important să se solicite consultanță din partea unui expert în domeniul tehnicii vidului și să se ia în considerare toți parametrii importanți ai procesului, de la condițiile de proces, gazele de proces și integrarea în controlul procesului, până la eficiența economică, siguranța și fiabilitatea generărilor de vid ulterioare. În majoritatea cazurilor, luarea în considerare a acestor factori duce la crearea unui sistem de vid personalizat, direct adaptat la cerințe. 


Categorii
Vreți să aflați mai multe?
Contactați-ne direct (Busch România):
+40 751 291 949 Intra în contact