Die Konzeption von effizienzsteigernden Vakuumprozessen

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Um die Effizienz eines Vakuumsystems zu verbessern, reicht es nicht aus, allein die richtige Vakuumpumpe auszuwählen.

Bild Die langfristige Leistung hängt wesentlich von der Konzeption des Vakuumprozesses ab. Dabei geht es unter anderem um Faktoren wie Energieverbrauch, Produktivität und Betriebskosten.

Normalerweise wird Effizienz nicht nur an einem geringen Ressourcenverbrauch, sondern auch an hoher Produktivität gemessen. Intelligente Entscheidungen zu Beginn der Auslegung eines Vakuumsystems können daher während seiner gesamten Lebensdauer einen entscheidenden Einfluss auf die Effizienz haben. In diesem Artikel werden vier wichtige Überlegungen beleuchtet, die bei der Konzeption effizienzsteigernder Vakuumprozesse hilfreich sein können.

1. Mehrere Pumpstufen können die Energieeffizienz verbessern

In vielen Vakuumanwendungen – insbesondere in solchen, die kurze Evakuierungszeiten oder niedrige Enddrücke erfordern – kann es ineffizient sein, mit einer einzigen Vakuumpumpe den gesamten Druckbereich abzudecken. Ein effektiverer Ansatz ist die Verwendung mehrerer Pumpstufen, in der Regel durch die Kombination einer Vorpumpe mit einem Vakuum-Booster.

Und so funktioniert es:

* Jede Vakuumpumpe kann innerhalb ihres optimalen Druckbereichs betrieben werden, sodass die Vorpumpe nicht bei niedrigeren Drücken betrieben werden muss, bei denen sie weniger effizient wäre.
* Dadurch wird das Saugvermögen bei niedrigerem Druck verbessert: Die Kombination aus Vorpumpe und Vakuum-Booster erreicht bei niedrigem Druck ein deutlich höheres Saugvermögen als die Vorpumpe allein.
* Außerdem können ohne Leistungseinbußen kleinere Vakuumpumpen verwendet werden.

Beispielsweise kann ein Vakuum-Booster in Verbindung mit einer trockenen Schrauben- oder Drehschieber-Vorpumpe den Energieverbrauch im Vergleich zu einer einzelnen großen Vakuumpumpe erheblich senken. Denn Vakuum-Booster haben einen ausgezeichneten volumetrischen Wirkungsgrad und können die Leistung eines Vakuumsystems um einen Faktor von bis zu zehn erhöhen.

Indem bei der Konzeption eines Vakuumsystems auf die richtige Anzahl und Art von Pumpstufen geachtet wird, wird sichergestellt, dass das System die Prozessanforderungen ohne übermäßigen Energieverbrauch erfüllt. Dieser stufenorientierte Ansatz ist besonders vorteilhaft bei Prozessen wie Vakuumverpacken, Trocknung oder Entgasung, bei denen es auf die Evakuierungs- oder Bearbeitungszeit ankommt und häufig ein hohes Saugvermögen erforderlich ist.

2. Bewältigung von Dampfladungen durch Vorkondensation

Prozesse, die große Mengen Dampf erzeugen, wie Trocknung, Verdampfung oder Lösungsmittelrückgewinnung, stellen eine Herausforderung für Vakuumsysteme dar. Wenn Dämpfe direkt in die Vakuumpumpe gesaugt werden, können sie im Inneren kondensieren, was die Leistung mindert und zu langfristigen Schäden führen kann. Eine weit verbreitete Lösung ist die Installation eines Vorkondensators vor der Vakuumpumpe.

Vorteile der Vorkondensation:

* Reduziert die Dampfladung, die die Vakuumpumpe erreicht, und verhindert so die Ansammlung von Kondensat in der Vakuumpumpe, was deren Lebensdauer verlängert.
* Verbessert die Vakuumstabilität, da Kondensat zu einer ungleichmäßigen Pumpleistung führen kann.
* Kann das erforderliche Saugvermögen je nach Prozess und Dampfart um bis zu 70 % reduzieren, da der kondensierte Dampf nicht mehr von der Vakuumpumpe evakuiert werden muss.

Einige Vakuumpumpentechnologien, wie Flüssigkeitsring-Vakuumpumpen, bieten bauartbedingte Vorteile für die Bewältigung von Dämpfen. Der Flüssigkeitsring fungiert als Kondensator, der Dämpfe aus dem Gasstrom entfernt und das effektive Saugvermögen ohne externes Equipment verbessert.

In jedem Fall können die Bewertung der Dampfladungen während der Prozess-Konzeptionsphase sowie die Einplanung eines Kondensationsmanagements die Effizienz und Zuverlässigkeit des Systems erheblich verbessern.

3. Vermeidung von Effizienzverlusten durch Kondensat und Verschleppung

Bei bestimmten Vakuumprozessen – insbesondere solchen mit Feuchtigkeit, Lösungsmitteln oder Feinstaub – können Kondensat oder Prozessflüssigkeiten in die Vakuumpumpe gelangen. Ohne entsprechendes Management können diese mit der Zeit die Effizienz und Leistung des Systems verringern. Mögliche Auswirkungen sind unter anderem Korrosion interner Bauteile, Verstopfungen oder Verschmutzungen, Verschleiß von Schmiermitteln oder Dichtungsflüssigkeiten und Verringerung von Saugvermögen.

In der Konzeptionsphase lassen sich diese Probleme durch folgende Strategien vermeiden:

* Verwendung von korrosions- und chemikalienbeständigen Materialien oder Beschichtungen.
* Installation von Gasballastsystemen, um zu verhindern, dass kondensierbare Dämpfe innerhalb der Vakuumpumpe kondensieren. Beim Öffnen des Gasballasts wird zusätzliches Gas in die Verdichtungskammer eingeleitet. Dadurch wird der Partialdruck des Dampfes reduziert, sodass dieser in der Gasphase verbleibt und aus der Pumpe abgeleitet werden kann, bevor es zur Kondensation kommt.
* Sicherstellung eines ausreichenden Gasdurchsatzes zur Spülung von Restkondensat, insbesondere nach Prozessunterbrechungen oder Abschaltungen. Hierzu kann ein Gasspülsystem installiert werden, und die Vakuumpumpe sollte für eine gewisse Zeit vom Prozess getrennt betrieben werden.

Die konzeptionelle Berücksichtigung des Kondensatmanagements ist besonders wichtig bei Systemen, die intermittierend oder mit Gaszusammensetzungen betrieben werden, die hohe kondensierbare Dampfladungen mit sich bringen, z. B. in Trocknungsanwendungen. Ob das Innere sauber und trocken bleibt, ist nicht nur eine Frage der richtigen Wartung, sondern hängt auch von einem auf langfristige Effizienz ausgelegten Design ab.

4. Steuerung der Betriebstemperatur von Vakuumpumpen

Die Leistung von Vakuumpumpen kann durch die Betriebstemperatur erheblich beeinflusst werden. Wenn eine Vakuumpumpe zu kalt oder zu heiß läuft, kann sich dies auf ihre Effizienz und Lebensdauer auswirken. Bei zu geringen Temperaturen kann sich im Inneren der Vakuumpumpe Kondensat bilden, insbesondere in feuchten oder dampfintensiven Prozessen, z. B. in Trocknungsanwendungen. Dies kann zur Emulgierung von Öl, Korrosion oder unbeständiger Pumpleistung führen. Bei zu hohen Temperaturen wiederum kann es sein, dass sich das Öl thermisch zersetzt, Teile schneller verschleißen oder Prozessgase polymerisieren.

Die optimale Betriebstemperatur hängt von folgenden Faktoren ab:

* Vakuumpumpentyp (z. B. trocken oder ölgeschmiert)
* Prozessgaszusammensetzung
* Umgebungsbedingungen
* Art des verwendeten Schmieröls

Besteht die Gefahr von Kondensation oder Polymerisation, sollte bei der Auslegung des Vakuumsystems die Betriebstemperatur der Vakuumpumpe berücksichtigt werden, um sicherzustellen, dass die Effizienz aufrechterhalten und das System langfristig zuverlässig bleibt. Kühlsysteme, Umgebungsbelüftung und Wärmedämmung können für die Steuerung der Betriebstemperatur von Vakuumpumpen relevant sein.

Darüber hinaus sollten Betreiber sicherstellen, dass:

* sich Vakuumpumpen auf Betriebstemperatur erwärmen können, bevor sie dem Prozess ausgesetzt werden
* die Betriebszyklen lang genug sind, damit die Vakuumpumpe ausreichend Wärme erzeugt, um die Temperaturen im optimalen Bereich zu halten
* die Vakuumpumpen während der Abschaltung weiterlaufen, nachdem sie vom Prozess getrennt wurden, damit das Kondensat ablaufen kann.

Beachten Sie, dass die oben genannten Aufwärm- und Abschaltvorgänge oft automatisiert sind.

Fazit

Wie effizient ein Vakuumsystem ist, wird bereits lange vor dem Einschalten der Vakuumpumpe entschieden. Die Auslegung des Prozesses – einschließlich der Art und Weise der Vakuumerzeugung, des Dampf-Handlings, der Entfernung von Schadstoffen und des Betriebstemperaturmanagements – wirkt sich wesentlich auf den Energieverbrauch, den Wartungsbedarf und die Gesamtproduktivität des Systems aus. Durch Berücksichtigung der vier in diesem Artikel beschriebenen Bereiche lassen sich Vakuumsysteme so konzipieren, dass sie über ihre gesamte Lebensdauer hinweg effizienter, zuverlässiger und kostengünstiger betrieben werden können.

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Über die Busch Group
Die Busch Group ist weltweit einer der größten Hersteller von Vakuumpumpen, Vakuumsystemen, Gebläsen, Kompressoren, Kammern und Abgasreinigungssystemen. Unter ihrem Dach vereint sie die beiden bekannten Marken Busch Vacuum Solutions und Pfeiffer Vacuum+Fab Solutions.

Das umfangreiche Produkt- und Serviceangebot umfasst Lösungen für Vakuum-, Überdruck- und Abgasreinigungsanwendungen in allen Branchen, wie zum Beispiel Lebensmittel, Halbleiter, Analytik, Chemie und Kunststoff. Dazu gehören auch die Konzeption und der Bau maßgeschneiderter Vakuumsysteme sowie ein weltweites Servicenetz.

Die Busch Group ist ein Familienunternehmen, dessen Leitung in den Händen der Familie Busch liegt. Mehr als 8.000 Mitarbeiter in 47 Ländern weltweit arbeiten für die Gruppe. Der Hauptsitz von Busch befindet sich im baden-württembergischen Maulburg, im Dreiländereck Deutschland-Frankreich-Schweiz.

Die Busch Group produziert in ihren 20 eigenen Werken in China, Deutschland, Frankreich, Großbritannien, Indien, Rumänien, der Schweiz, Südkorea, Tschechien, den USA und Vietnam.

Sie hat einen konsolidierten Jahresumsatz von 2 Milliarden Euro.

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