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Verdampfung Welche Faktoren sind für die optimale Verdampfung nötig?

Autor / Redakteur: Induka Abeysena und Rob Darrington* / Dipl.-Chem. Marc Platthaus

Nur wenn man den Verdampfungsprozess und die damit verknüpften Faktoren, wie Pumpen-Auswahl, Kühlfalle oder Druckregelung versteht, kann eine Anlage erstellt werden, die optimale Leistung bei der Entfernung und Rückgewinnung von Lösungsmitteln gewährleistet.

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(Bild: Genevac)

Vakuumverdampfungsanlagen wie Gefriertrockner und Zentrifugalkonzentratoren benötigen zum Betrieb eine ausreichend ausgelegte Vakuumquelle. Es kann sich dabei um eine Absaugpumpe, eine herkömmliche Vakuumpumpe oder eine Trockenpumpe der neuen Generation handeln.

Absaugpumpen kommen aufgrund ihrer hohen Umweltbelastung aber immer weniger zum Einsatz – sie verbrauchen viel Wasser und die Lösungsmitteldämpfe kondensieren im Abwasser und verunreinigen es. Herkömmliche Vakuumpumpen können gute Leistung zeigen und erreichen einen Druck von weniger als 0,02 mbar bei hoher Strömungsgeschwindigkeit. Das zur Schmierung der Pumpenschaufeln verwendete Mineralöl verursacht jedoch Schmutz und kann im Laufe der Zeit aufgrund der Lösungsmitteldämpfe an Qualität einbüßen. Dies führt zu einem Verlust von Pumpenleistung oder zu einem Festfressen der Pumpe. Die meisten modernen Membranvakuumpumpen sind mittlerweile sehr zuverlässig und lösungsmittelbeständig, erreichen aber nur einen effektiven Endvakuumdruck von 1 oder 2 mbar. Damit sind sie ideal für flüchtige Lösungsmittel, aber das Vakuum reicht nicht zum Trocknen von Lösungsmitteln mit hohem Siedepunkt oder zum Gefriertrocknen aus.

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Komponenten für die richtige Verdampfung

Neuere Schraubenvakuumpumpen (Scrollpumpen) arbeiten nicht mit pumpenden Flüssigkeiten oder Schmiermitteln und können für Verdampfungs- und Konzentrationsanlagen verwendet werden. Scrollpumpen sind leistungsstark und erreichen einen Druck von 0,07 mbar bei hoher Fließgeschwindigkeit. Gleichzeitig sind sie sehr wartungsarm und umweltschonend im Vergleich zu herkömmlichen Vakuum- oder Absaugpumpen.

Eine Kühlfalle bzw. ein Kondensator fängt das von Konzentrations- oder Verdampfungsanlagen entfernte Lösungsmittel auf. Die Kühlfalle sollte den Dampffluss nicht behindern, sich mühelos reinigen lassen und verhindern, dass Lösungsmittel die Vakuumpumpe erreicht und angreift. Eine effiziente und geschickt konzipierte Kühlfalle trägt zum erzeugten Vakuum bei und bietet so gute Lösungsmittelrückgewinnung bei beschleunigter Verdampfung. Wenn Lösungsmittel verdampfen, dehnt sich das Volumen erheblich – um das rund 200 000-fache – aus. Wenn die Dämpfe in der Kühlfalle wieder zu ihrem flüssigen Zustand kondensieren, trägt die Volumenreduzierung zur Erzeugung eines Vakuums bei.

Früher bestand eine Kühlfalle aus einem Edelstahlbehälter mit Kühlspulen außen. Die Kühlfalle wird im Dampfbad zwischen Konzentrator und Vakuumpumpe positioniert und durch eine Gaskompressorenanlage auf eine Temperatur unter 0 °C gekühlt. Diese Kühlfallen sind zwar wirksam, doch kann das Entleeren mühsam und zeitaufwändig sein. Zum Entfernen von kondensiertem Lösungsmittel – vor allem zu Eis gefrorenem Wasser – müssen diese Kühlfallen vor dem Entleeren aufgetaut werden. Dieses Verfahren verlängert die Zeit, in der die Anlage abgeschaltet ist.

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