Källa: © www.istockphoto.com – paparazzit

Torr vakuumteknik för kemiska och läkemedelstekniska processer

Maulburg, Tyskland | 23.10.2020

Vakuum spelar en viktig roll i kemiska och läkemedelstekniska processer. Oavsett om det gäller vakuumtransport, inert konvertering, destillering eller torkningsprocesser används vakuum överallt för att göra processer säkrare, snabbare och mer lönsamma eller för att göra dem möjliga överhuvudtaget.

De olika teknologierna för att generera vakuum är vitt skilda. Vakuumpumpar med vätskering och ångejektorer har varit de robusta arbetshästarna under många decennier för att generera vakuum.
Men i likhet med lamellvakuumpumpar med återcirkulerande oljesmörjning har de en nackdel: de kräver en driftsvätska som kommer i kontakt med processgasen.

Innovativ: Torra skruvvakuumpumpar

I mitten av 1990-talet lanserade Busch Vacuum Solutions den första skruvvakuumpumpen på marknaden, COBRA. Den stora skillnaden mot den tidens vakuumpumpar var att skruvvakuumpumpar inte krävde någon driftsvätska för att komprimera processgasen. Det är därför som de kallas för ”torra” skruvvakuumpumpar (fig. 1). Torrgående skruvvakuumpumpar används numera också i stor utsträckning inom den kemiska och läkemedelstekniska industrin.

Fig. 1: Torr skruvvakuumpump för kemiska och läkemedelstekniska processer.

Fig. 1: Torr skruvvakuumpump för kemiska och läkemedelstekniska processer.

Driftsprincipen

I en skruvvakuumpump roterar två sammankopplade skruvformade rotorer i varandras motsatta riktning (fig. 2). Processgasen fångas in mellan cylinder och skruvkammare, komprimeras och transporteras till gasutloppet. Under komprimeringen kommer skruvrotorerna inte i kontakt med varandra eller cylindern. Denna funktionsprincip möjliggörs av precis tillverkning och minimala spel mellan de rörliga delarna. Dessutom säkerställer den ett lågt sluttryck upp till 0,01 mbar (absolut).

Fig. 2: Moderna skruvvakuumpumpar har skruvar med variabel stigning, vilket ger en jämn temperaturdistribution inuti vakuumpumpen.

Fig. 2: Moderna skruvvakuumpumpar har skruvar med variabel stigning, vilket ger en jämn temperaturdistribution inuti vakuumpumpen.

COBRA skruvvakuumpumpar arbetar med ett kylningssystem, som säkerställer jämn värmefördelning, större termal verkningsgrad och termisk stabilitet i pumpkroppen. Detta gör att man kan välja temperatur så att den är hög nog och inte kondenserar processgasen, men tillräckligt låg för att undvika potentiella temperaturrelaterade problem så som gasdeponering eller spontan antändning.

Frånvaron av driftsvätska gör att en kompression i processkammaren kan ske utan kontaminering eller reaktion.

Skyddar vakuumsystemet

Beroende på processgasen kan vakuumpumpen exponeras för vissa risker. Det är därför viktigt att processgaserna är tillräckligt kända för att minimera dessa risker. Oftast krävs olika komponenter som kan installeras på inlopps- eller trycksidan för att transportera processgasen utan att skada vakuumpumpen. Detta kallas för ett vakuumsystem, som också kan bestå av flera vakuumpumpar (fig. 3).

Fig. 3: Vakuumsystem med fyra skruvvakuumpumpar som reservpumpar.

Fig. 3: Vakuumsystem med fyra skruvvakuumpumpar som reservpumpar.

För säker drift av vakuumsystemet är det viktigt att skydda det mot korrosion och avlagringar orsakade av kristallisering eller polymerisering, och för att öka materialets motståndskraft.

Korrosionsskydd

Olika åtgärder kan vara verksamma för att skydda vakuumsystemet eller de enskilda vakuumpumparna mot korrosion:

Den första möjligheten är att förhindra att korrosiva ämnen kommer in i vakuumpumpen. Detta kan åstadkommas med förmonterade kondensatorer eller gasuppsamlingsledningar.
Den andra möjligheten för att undvika korrosion är att hålla processflödet i gasfasen. I en skruvvakuumpump kan detta uppnås genom att man ställer in en viss drifttemperatur. Därutöver kan processgasen spädas ut av en tillsatt ballastgas för att reducera deltrycket från de kondenserbara gaserna. Följande enkla logik gäller: sugning i gasform och ejektion i gasform. Minimitemperaturen måste därför väljas så att den är hög nog för att förhindra att gaserna kondenserar ut. Maxtemperaturen måste väljas så att vakuumpumpen inte skadas eller så att den maximalt tillåtna temperaturen enligt ATEX-klassificeringen inte överskrids.
En tredje möjlighet är att använda kompatibla material för vakuumpumpen. I COBRA skruvvakuumpumpar från Busch Vacuum Solutions, till exempel, är alla delar som kommer i kontakt med processen tillverkade i duktilt gjutjärn som standard och har en specialbeläggning som är resistent mot nästan alla kemikalier.

Skydd mot att partiklar kommer in i systemet

Skruvvakuumpumpar ska alltid användas med ett inloppsgaller eller ett inloppsfilter. Detta för att förhindra att partiklar kommer in i vakuumpumpen. På grund av den exakta tillvrekningen av skruvvakuumpumpar med associerade små spel och toleranser, finns det en viss känslighet för ansamlade partiklar.

Torra skruvvakuumpumpar används frekvent med partikeltorkare, särskilt inom läkemedelsindustrin. Ett visst antal av sådana partiklar kan lätt ta sig genom vakuumpumpen tillsammans med processgasen eller spolas ut ï den andra änden av processen.

Det är ändå klokt att vidta lämpliga säkerhetsåtgärder för att förhindra att partiklar sugs in med jämna mellanrum. Busch erbjuder till exempel ett stort antal partikelfilter för varje tillämpning.

Läcktäthet i vakuumpumpen/vakuumsystemet

Vakuumpumpar och vakuumsystem i en kemisk miljö måste vara så täta att ingen eller ett absolut minimum av luft kan komma in och ge upphov till en potentiellt explosiv atmosfär eller att toxiska eller explosiva gaser kan komma ut.

O-ringar i polymer används i allmänhet för att förhindra läckage mellan två stillastående delar. Resistsensen avgörs av vald polymer. Tätningsmaterialet behöver därför anpassas efter de processgaser som kan omfattas.

Busch Vacuum Solutions har haft ett dynamiskt tätningskoncept för genomföringar med roterande axel som certifierats av TÜV SÜD i enlighet med tekniska anvisningar om luftkvalitetskontroll (TA Luft). Dessa tätningar anses vara tekniskt läckagesäkra.

Tips för användning

För de flesta tillämpningarna rekommenderas att vakuumpumpen värms upp under en viss ledtid innan processen startas. Detta gör att den specificerade temperaturen kan ställas in.

När processen har avslutats rekommenderar vi att låta rena vakuumpumpen med icke-kondenserbar inert gas för att helt få ut processgasen från vakuumpumpen innan den stängs av. Kväve används normalt för denna spolningsprocess.

Spolning av vakuumpumpen med en rengöringsvätska efter avslutad process är också möjligt och rekommenderas om det finns en risk för att avlagringar bildas inuti vakuumpumpen under avsvalning.

Explosionsskydd

COBRA skruvvakuumpumpar från Busch kan konfigureras med hjälp av olika tätningssystem och lämpliga tillbehör så att de är beständiga mot så gott som alla kemikalier.

Dessutom finns det olika ATEX-versioner tillgängliga för COBRA skruvvakuumpumpar i enlighet med EU direktiv 2014/34/EU.

Övriga nationella bestämmelser kan anpassas efter dessa vakuumpumpar, till exempel EX-proof i USA eller KOSHA i Sydkorea. Detta innebär att dessa vakuumpumpar också kan användas världen över i områden med explosionsrisk och för transport av explosiva gaser och ångor.

Flamskydd kan också integreras vid behov.

Maulburg, Tyskland | 23.10.2020

#Vakuumexpertis #Läkemedelsindustrin #Kemisk #COBRA