Inline- und Abluftfiltration für Vakuumpumpen

 

Warum benötigen Vakuumpumpen eine Filtration?

In einer Welt, die zunehmend auf Vakuumtechnologie angewiesen ist, können die Folgen eines unzureichenden Schutzes eines Vakuumsystems oder seiner Umgebung kostspielig sein. Seit Jahrzehnten ermöglichen Vakuumpumpen die Entwicklung neuer Technologien und Prozesse in sich schnell entwickelnden Branchen wie der Lebensmittelverarbeitung, der Pharmaindustrie, der Elektronikindustrie, der Solarindustrie, der Halbleiterindustrie und vielen mehr. Bei diesen Prozessen entstehen verschiedene Verunreinigungen, die zu einem katastrophalen Ausfall der Vakuumpumpe führen können, wenn sie aufgenommen werden. Darüber hinaus dürfen aus Gesundheits- und Sicherheitsgründen giftige Prozessschadstoffe nicht in die umgebende Atmosphäre gelangen.

In diesem Artikel wird erläutert, welche Rolle die Filtration bei der Vervollständigung eines Vakuumsystems spielt und welchen Einfluss sie auf die Aufrechterhaltung der Produktivität in vakuumtechnischen Prozessen hat.

Vakuumtechnik und Filtration

Um den für Ihr System erforderlichen Grad der Vakuumfiltration zu bestimmen, ist es zunächst notwendig, die Beziehung zwischen den Prozessvariablen zu erkennen. Eine Vakuumpumpe wird zum Absaugen von Luft aus einem Prozess oder einem geschlossenen System verwendet und stößt häufig auf prozessbedingte Verunreinigungen. Wenn die Pumpe Luft aus dem System ansaugt, gibt sie die gleiche Luftmenge in die Atmosphäre ab. Vakuumprinzipien zeigen, dass mit steigendem Prozessvakuumniveau der Massenstrom durch die Pumpe abnimmt.

Prozessflussrate, Vakuumniveau, Temperatur und Dampfdruck interagieren alle und stellen eine enorme Herausforderung bei der Entwicklung von Vakuumfiltrationslösungen dar. Das Vakuumniveau kann auch die physikalischen Eigenschaften einer Verunreinigung beeinflussen, beispielsweise den Siedepunkt. Eine Änderung des Siedepunkts kann einen Phasenübergang von Flüssigkeit zu Dampf bewirken, was den Filtrations- und Trennungsprozess noch komplexer macht. Das Verständnis der kritischen Wechselwirkungen zwischen allen Variablen ist entscheidend für den Erfolg oder Misserfolg eines Filters oder Abscheiders.

Beim Entwurf eines effektiven Vakuumsystems gibt es zwei konkurrierende Prioritäten. Die erste besteht darin, die Vakuumpumpe ausreichend vor dem Prozess zu schützen. Die zweite besteht darin, die Systemleistung über einen längeren Zeitraum zu optimieren. Bei der Planung eines Vakuumsystems sollte die Filtration im Vordergrund stehen, damit Probleme vor Ort minimiert werden können. Durch die ordnungsgemäße Identifizierung der Schadstoffart und -belastung im Vorfeld wird sichergestellt, dass die richtige Filtertechnologie eingesetzt wird. Dies ist entscheidend für die Sicherstellung der Systemoptimierung.

 

Vakuumpumpen – Einlass- und Auslassfiltration

Die Vakuumfiltration und -abscheidung ist eine ebenso große Kunst wie eine Wissenschaft. Das Konzept der Filtration und Trennung ist recht einfach: Entfernen Sie alle Verunreinigungen aus einem Luft- oder Gasstrom, bevor die Verunreinigungen in ein Gerät gelangen können. Allerdings wird die Entfernung von Verunreinigungen äußerst komplex, wenn Vakuumbedingungen und mehrere Prozessvariablen vorliegen. Um festzustellen, wo innerhalb einer Anwendung eine Filterung erforderlich ist, muss der Zweck der Einlass- und Auslassfiltration verstanden werden.

Einlassfiltration

Der ultimative Zweck eines Einlassvakuumfilters besteht darin, die Pumpe vor dem Prozess zu schützen. Ein typischer Partikelfilter besteht aus einem Medium wie Papier, durch das die Luft strömen muss, um gereinigt zu werden. Es gibt viele Arten von Partikelentfernungsmedien, die alle unterschiedliche Mikrometerwerte und Entfernungseffizienzen aufweisen. Sie verfügen über unterschiedliche physikalische und chemische Eigenschaften, wodurch sie für unterschiedliche Betriebsbedingungen und Anwendungen geeignet sind. Papier, Polyester, Polypropylen, HEPA, ULPA und PTFE sind häufig verwendete Filtermedien. Andere Medientypen können Adsorptionsmittel wie Aktivkohle und aktiviertes Aluminiumoxid oder Koaleszenzmedien umfassen, die normalerweise Glasfaser enthalten und proprietärer Natur sind.

Es sei noch einmal darauf hingewiesen, dass viele Vakuumprozesse äußerst komplex sind. Durch die frühzeitige Einbindung eines ausgebildeten Filtrationsexperten in den Entwurfs- und Spezifikationsprozess können kostspielige Fehler vermieden werden, die durch die „Selbstauswahl“ eines Standardfiltrationsprodukts für eine komplexe Vakuumanwendung entstehen.

Abgasfiltration

Damit ein Vakuumsystem vollständig optimiert werden kann, muss auch die Auslassseite der Vakuumpumpe im Vorfeld berücksichtigt werden, um Probleme vor Ort zu minimieren.

Der Zweck eines Abluftfilters besteht darin, die Umwelt vor der Anlage zu schützen. Der richtige Umgang mit Verunreinigungen am Einlass der Vakuumpumpe ist die beste Strategie, um Probleme am Auslass zu minimieren. Es gibt jedoch Anwendungen, bei denen die Qualität der Abluft besonders sorgfältig geprüft werden muss, beispielsweise bei der Lebensmittelzubereitung/-verpackung, in medizinischen Vakuumsystemen, in der Elektronikfertigung und in Forschungseinrichtungen. Diese Anwendungen erfordern möglicherweise mehrere Filterstufen, um die strengen Luftqualitätsanforderungen für die Arbeitsumgebung zu erfüllen.

Das Nasstechnologie-Vakuumpumpenpaket eines OEM bietet im Allgemeinen eine ausreichende Leistung für Anwendungen mit leichter bis mittlerer Beanspruchung, bei denen nur geringe Ölverschleppungen und Gerüche auftreten. Allerdings benötigen Umgebungen, in denen diese Probleme überhaupt nicht toleriert werden, wie z. B. Labore und Krankenhäuser, leistungsstarke Ölkoaleszenzfilter, um die Umgebung deutlich sauberer und geruchsfrei zu halten.

Andere Fälle, in denen eine zusätzliche Abgasfiltration angebracht wäre, sind ölgedichtete Pumpentechnologien mit häufigem Wechsel in die Atmosphäre oder Pumpen, die bei höheren Temperaturen laufen. Unter diesen Umständen können die Rohrkonfiguration und die Platzierung des Ölnebel-Abluftfilters einen erheblichen Einfluss auf die Leistung des Vakuumsystems haben. Durch die frühzeitige Einbindung eines ausgebildeten Filtrationsexperten in den Entwurfs- und Spezifikationsprozess können kostspielige Fehler vermieden werden.

 

Vakuumpumpenfiltration – Arten von Verunreinigungen

Alles andere als saubere Luft, die in den Einlass einer Vakuumpumpe eindringt oder aus dem Auslass austritt, kann schädlich sein. Es gibt drei Hauptverunreinigungsarten, die einer sorgfältigen Prüfung bedürfen, da jede unter Vakuumbedingungen sehr unterschiedlich reagieren kann.

• Partikel
• Flüssig
• Dampf

Partikel sind die häufigsten Verunreinigungen, die eine Vakuumpumpe beschädigen können. Partikel können abrasiv sein und kommen in vielen festen Formen vor, am häufigsten sind sie Pulver, Staub, Sand oder große Massen. Die meisten Partikel sind nicht reaktiv und ein Standard-Vakuumfilter ist für diese Anwendungen geeignet. Es gibt jedoch Anwendungen, bei denen Partikel gefährlich reaktiv sein können, wenn sie Sauerstoff oder anderen reaktiven Stoffen ausgesetzt werden. Anwendungen wie chemische Gasphasenabscheidung, Metallurgie und Siliziumkristallzüchtung. Unter diesen Umständen bietet das Hinzufügen eines Standard-Vakuumeinlassfilters zum System möglicherweise keinen angemessenen Schutz für die Ausrüstung oder die Mitarbeiter. Wenn flüchtige Partikel vorhanden sind, sind spezielle Medien und Funktionen wie Oxidationsöffnungen, Sammeltanks und spezielle Filtermedien erforderlich, um einen angemessenen Schutz für Vakuumsysteme und die Arbeiter zu gewährleisten, die mit den Geräten interagieren.

Es kann viel schwieriger sein, das Eindringen von Flüssigkeit in eine Vakuumpumpe zu verhindern, da sie in verschiedenen Formen vorliegen kann: als Klumpen, Tröpfchen oder Aerosole (kein Dampf). Effektive Flüssigkeitsentfernungssysteme umfassen verschiedene Mechanismen wie Leitbleche, Demisterpads und Expansionskammern mit niedriger Geschwindigkeit, um die Flüssigkeiten in diesen verschiedenen Formen effektiv zu trennen. Wenn eine Vakuumpumpe genügend Flüssigkeit aus einem Prozess aufnimmt, wird sie praktisch überflutet, was sehr schnell zu einem katastrophalen Ausfall führt. Zu den flüssigen Verunreinigungen zählen Wasser, Lösungsmittel, Öle und verschiedene Chemikalien. Anwendungen mit extrem hohen Flüssigkeitsmengen erfordern eine ständige Wartung des Flüssigkeitsabscheidefilters. Unter diesen Umständen kann ein automatisches Entleerungssystem in den Filter integriert werden, um den Wartungsaufwand zu minimieren und die Produktionslaufzeit zu maximieren.

Dampf ist der schwer fassbare und am schwierigsten einzufangende der drei Schadstoffe. Wenn ein Prozess bei tieferen Vakuumbedingungen abläuft, gehen Flüssigkeiten in die Dampfphase über. Um eine Aufnahme durch die Pumpe zu vermeiden, muss dieser Dampf wieder in einen flüssigen Zustand kondensiert werden, damit eine bessere Chance auf Rückgewinnung besteht. Um Dämpfe zu kondensieren, muss eine erhebliche Temperaturreduzierung (ΔT) erreicht werden, damit der Dampf wieder in einen flüssigen Zustand übergehen kann. Das erforderliche ΔT basiert auf dem Dampfdruck einer Flüssigkeit und dem Taupunkt des Systems. Eine effektive Trennung kann durch den Einsatz einer mehrstufigen Dampfkondensations- und Filtertechnologie erreicht werden, die „kalte“ Oberflächen für die Kondensation bietet. Für Spurenmengen an Dämpfen, die aus einem Prozess stammen, können Adsorptionstechnologien als wirksame Alternativen zu Kondensationstechnologien eingesetzt werden.

 

Ein komplettes System

Wie bereits erwähnt, nutzen innovative Industrien weiterhin die Vakuumtechnologie, um zu wachsen und sich weiterzuentwickeln. Zuverlässige und vollständige Vakuumsysteme sind für anhaltenden Erfolg und Nachhaltigkeit unerlässlich. Die Filtration ist oft ein nachträgliche Notwendigkeit, und wenn es ein Problem gibt, kann eine Notfalllösung für die Beteiligten kostspielig und stressig sein.

Ein Vakuumpumpensystem ist ohne den richtigen Filter- und Trennschutz unvollständig. Unter Berücksichtigung aller Prozessvariablen und möglichen Filteroptionen kann der ordnungsgemäße Schutz einer Vakuumpumpe eine Herausforderung darstellen. Die Zusammenarbeit mit Vakuumfiltrationsexperten in den frühen Phasen der Konstruktion und Spezifikation spart Geld und erspart Ingenieuren und Betreibern unzählige Stunden der Frustration in der Zukunft. Die richtige Filter- und Trennlösung trägt nicht nur dazu bei, dass Benutzer Wartungskosten und Energieverbrauch einsparen, sondern kann auch dazu beitragen, die Sicherheit und Arbeitsmoral der Mitarbeiter durch eine konsistente Prozessverfügbarkeit und qualitativ hochwertigere Ergebnisse zu verbessern. Ganz gleich, ob es um den Schutz der Pumpe oder den Schutz der Umwelt geht: Die Implementierung der richtigen Filter- und Trenntechnologien vervollständigt das System.

Solberg Manufacturing ist stolz darauf, bei der Umsetzung von Filtrationsherausforderungen in Filtrationslösungen agil und effizient zu sein. Kontaktieren Sie uns, um mehr darüber zu erfahren, wie Vakuumfiltration zum anhaltenden Erfolg Ihres Vakuumsystems beitragen kann.