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Vakuumtrockenschränke, Einsatzbereich:

   - mit oder ohne Schutzgasbetrieb, brennbar oder nicht brennbar
   - mit oder ohne Explosionsschutz

 

Die Vakuumtrockenschränke werden hauptsächlich eingesetzt:

 

 

In der chemisch/pharmazeutische Industrie zum:  

 

  - Schonenden und gleichmäßigen Trocken von wärmeempfindlichen
    Stoffen 
unter Vakuum, wie es z.B. für Pulver, Granulate und Schlämme
    gefordert wird.

 

  - Trocknen von lösemittelhaltigen Stoffen, die mit Luft ein
    explosionsfähiges Gemisch bilden können, nach ATEX-Richtlinie
    94/9/EG (ATEX 95, ATEX 100a).

 

  - Trocknen von explosiven Stoffen, Ausführung des
    Vakuumtrockenschrankes nach
VDE 0166, Nutzraum: Klasse E1.

    Explosivstoffe sind Sprengstoffe, Treibstoffe, Zündstoffe und
    Gegenstände, die Explosivstoffe beinhalten, sowie pyrotechnische Sätze.

    Pyrotechnische Gegenstände sind solche Gegenstände, die
    Vergnügungs- oder technischen Zwecken dienen und in denen
    explosivgefährliche Stoffe oder Stoffgemische enthalten sind.

  

   - Trocknen von Stoffen unter Reinraumbedingungen (nach VDI 2083 /
     US Fed. Standard 209) oder unter einer Schutzgasatmosphäre
     (brennbar wie z.B. Wasserstoff oder nicht brennbar wie z.B. Stickstoff).

 

 

 

In der elektrotechnischen Industrie zum:

 

   - Tempern und lunkerfreies Löten von oxidationsempfindlichen
     Bauteilen
unter einer brennbaren (z.B. Wasserstoff) oder
     nichtbrennbaren 
Schutzgasatmosphäre 
(z.B. Stickstoff).
     Optional ist die Abkühlrate programmierbar.

 

 

 

Für die Atomkraftwerke zur Konditionierung, Aufbereitung und Entsorgung von radioaktiven Abfällen:  

 

   - Trocknen von radioaktiven Stoffen / Konditionierung radioaktiver Abfälle.
     
Die Vakuumtrockenschränke sind zum Trocknen von anfallenden radioktiven Abfällen,
     wie Filter, Hilfsmitteln, Schutzkleidung, Schlämme, Materialien aller Art, die sich in Fässern
     befinden ausgelegt. - Entsorgung und Aufbereitung von radioaktivem Abfall.
     Das auskondensierte Wasser weißt keine radioaktive Kontamination auf.

     Die Vakuum-Trockenschränke sind mit spezieller Beschickungseinrichtung
     für das Handling von Fässern und mit äußerem Strahlungsschutz ausgelegt.

 

 

 

Vakuumtrockenschrank, Beheizung

 

Zum Trocknen des Gutes muss die Flüssigkeit in die Dampfphase überführt werden und da beim Verdampfen der Flüssigkeit permanent Wärmeenergie verbraucht wird, muss diese Energie auch ständig nachgeführt werden.

 

 

Da unter Vakuum die Wärmezufuhr nur über Strahlungswärme oder Wärmeleitung (Direktkontakt über Heizplatte) erfolgen kann, ist der Beheizung eine besondere Bedeutung zuzuordnen:

 

 

Mantelheizung:

 

Die Vakuumkammer (Rezipient) wird beheizt. Der Wärmetransport in das zu erwärmende Gut erfolgt über die Einlagebleche.

 

- Vorteil:    Die einzelnen Einlagen sind herausnehmbar,
                   flexible Handhabung

 

- Nachteil: Der Wärmeübergang vom beheizten Rezipienten auf
                  das Gut erfolgt
nicht direkt sondern indirekt über die 
                  Auflagewinkel der
Einlagebleche, d.h. hoher
                  Temperaturgradient, längere 
Aufheiz- und
                 
Prozesszeiten.

 

 

 

 Plattenheizung:

 

Die Einlagen der Vakuumkammer (Rezipient) werden als Heizplatten ausgelegt. Der Wärmetransport in das zu erwärmende Gut erfolgt direkt über die Heizplatten.

 

- Vorteil:    Der Wärmeübergang von der beheizten Auflage
                  (Heizplatte) auf das
 Gut erfolgt direkt, d.h. niedriger
                  Temperaturgradient, kürzere Aufheiz- und
                   
Prozesszeiten.

 

- Nachteil: Die einzelnen Heizplatten sind fix installiert und sind
                  nicht herausnehmbar.

 

 

 

Weitere Beheizungsarten und -Kombinationen:

 

Für Produkte, die aufgrund ihrer Form und Gestalt (hoch aufbauend) schlecht unter Vakuumbedingungen getrocknet werden können gibt es die Möglichkeit die Effektivität der Beheizung zu steigern und somit die Wärmezufuhr sicher zu stellen:

 

 

Mantel- und Plattenheizung:

 

 

 

Diese kombinierte Beheizung kann durch das homogene Wärmegefüge den Erfolg verbessern. Das Gut wird ggf. bei Atmosphärendruck (natürliche Wärmekonvektion) und über direkt beheizte Heizplatten aufgeheizt. Unter Vakuum erfolgt dann der eigentliche Trocknungsprozess.

 

 

 

 

 

Mantel- und IR-Heizung:

 

 

 

Kombinierte Beheizung mittels Mantelheizung und IR-Heizung. Das Gut wird über IR-Strahler aufgeheizt. Die Mantelheizung unterbindet lästige Kondensation innerhalb des Rezipienten (an den Wänden).  

 

 

 

 

 

 

 

Umluft- und Vakuum-Betrieb

 

Kombinierte Trocknung mittels Heißluft- und Vakuumbetrieb. Das Gut wird bei Atmosphärendruck, im Umluftbetrieb, aufgeheizt. Unter Vakuum erfolgt dann der eigentliche Trocknungsprozess. Die Anzahl der Umluft- und Vakuumzyklen werden entsprechend dem geforderten Trocknungsprozess angepasst.  

 

 

 

 

 

 

Standardmäßig werden die Vakuum-Trockenschränke mit elektrischer Beheizung ausgestattet. Es können jedoch, je nach Anwendungsfall, noch weitere Beheizungsarten gewählt werden:

 

- Elektrische Beheizung, Standard
- Infrarot-Beheizung über IR-Strahler
- Warmwasser-Beheizung
- Wärmeträgeröl-Beheizung
- Dampf-Beheizung
- Dampf-/Warmwasser-Beheizung

 

Die Vakuum-Trockenschränke können auch mit einem zusätzlichen Kühler (wassergekühlte Einlagen), zur Reduzierung der Abkühlphase (Abkühlrate programmierbar) und der Chargiertemperatur, ausgelegt werden.

 

 

 

Explosionsgeschützte Vakuumtrockenschränke / Lösemittelrückgewinnung

 

Explosionsgeschützte Vakuumtrockenschränke, nach ATEX (ATEX 100a, 94/9/EC), entsprechen der Geräte-Kategorie 2 und können in Zone 1 aufgestellt werden. Je nach Anforderung kann das Versorgungsgerät im neutralen oder mit im explosionsgefährdeten Bereich aufgestellt werden.

 

Das beim Trocknen anfallenden Lösemittel kann auskondensiert und zurückgewonnen werden.

 

Die Abluftreinigung kann, abhängig vom Lösemittel, über Kryo-Kondensation erfolgen. Der aufbereitete Abluftstrom erfüllt die Anforderungen der TA Luft.

 

 

Vakuumpumpen:

 

Gemäß den gestellten Prozessanforderungen konzipieren wir auch die dazugehörige Vakuumpumpen bzw. komplette Vakuumpumpstände für normale oder erhöhte Anforderungen (mit oder ohne Explosionsschutz).

Wir konzipieren die Vakuumpumpstände, je nach Prozess-Anforderung, mit und ohne Lösemittelrückgewinnung, mit Membranpumpen, Drehschieberpumpen, Scrollpumpen, trockenverdichtende Schraubenpumpen, Wasserstrahlpumpen und Turbo-Molekularpumpen.

 

 

 

Technische Grundlagen zur Vakuumtrocknung

  

Vakuumtechnische Begriffe:

 

Druckeinheit:

In der Vakuumtechnik gebräuchliche Druckeinheit ist das Millibar (mbar)

 

 

Umrechnung von Druckeinheiten:

 

1 Pa         = 1 N/m²

1 bar        = 100.000 Pa = 105 Pa

1 mbar     = 100 Pa        = 10² Pa 1 h Pa

1 Torr       = 133,32 Pa

1 mmHG  = 1 Torr          = 133,32 Pa

1 mm WS = 9,80665 Pa

 

 

Totaldruck:

Unter dem Totaldruck in einem Behälter versteht man die Summe aller Partialdrücke der sich darin befindlichen Gase und Dämpfe. Luft z.B. setzt sich aus verschiedenen Gasen, wie Stickstoff, Sauerstoff, Spurengase und Wasserdampf zusammen, siehe unten.

 

 

Zusammensetzung der atmosphärischen Luft:

 

 

Gasart

Gewicht-%

Volumen-%

Partialdruck, mbar

Stickstoff, N2

75,51

78,1

792

Sauerstoff, O2

23,01

20,93

212

Argon, Ar

1,29

0,93

9,47

Kohlendioxid, CO2

0,04

0,03

0,31

Neon, Ne

1,2 x 10-3

1,8 x 10-3

1,9 x 10-2

Helium, He

7 x 10-5

7 x 10-5

5,3 x 10-3

Methan, CH4

2 x 10-4

2 x 10-4

2 x 10-3

Krypton, Kr

3 x 10-4

1,1 x 10-4

1,1 x 10-3

Lachgas (Stickoxid), N2O

6 x 10-5

5 x 10-5

5 x 10-4

Wasserstoff, H2

5 x 10-6

5 x 10-5

5 x 10-4

Xenon, Xe

4 x 10-5

8,7 x 10-6

9 x 10-5

Ozon, O3

9 x 10-6

7 x 10-6

7 x 10-5

Summe

100 %

100 %

1013 mbar

 

Wasserdampf

(50 % RH bei 20 °C)

1,6 %

1,15 %

11,7 mbar

 

Luftdruck bei 50 % RH / 20 °C

 

 

1024 mbar

 

 

Partialdruck:

Unter dem Partialdruck eines bestimmten Gases oder Dampfes versteht man denjenigen Druck, den dieses Gas bzw. Dampf haben würde, wenn es alleine in einem Behälter sein würde.

 

 

Dampf:

Unter Dampf versteht man ein Gas, das bei einer bestimmten Temperatur noch nebeneinander in der flüssigen und gasförmigen Phase vorkommt.

 

 

Gas:

Unter fest und flüssig ist gasförmig einer der drei Aggregatzustände. Gas entsteht aus dem Verdampfen oder Sublimieren, d.h. liegt die Temperatur so hoch bzw. der Druck so niedrig, dass alle Flüssigkeit verdampft, dann spricht man von Gas.

 

 

Sättigungsdampfdruck:

Unter dem Sättigungsdampfdruck versteht man den Druck der dampfförmigen Phase eines Stoffes, d.h. wenn sich die flüssig- und dampfförmigen Phasen im Gleichgewicht befinden.

Der Sättigungsdampfdruck ist bei einem gegebenen Reinstoff eine Funktion der Temperatur des Dampfes.

Erreicht der Partialdruck den Sättigungsdampfdruck, dann ist keine weitere Verdunstung mehr möglich.

 

 

Siedepunkt:

Unter dem Siedepunkt versteht man den Punkt bei der eine Flüssigkeit von der flüssigen in die gasförmige Phase wechselt, man spricht dann auch von Verdampfen bzw. Sieden. Hingegen spricht man von Verdunsten, wenn ein Phasenübergang von der flüssigen in die gasförmige Phase unterhalb des Siedepunktes vorliegt. Die Verdunstung erfolgt an der Oberfläche der Flüssigkeit.

 

Der Siedepunkt einer Flüssigkeit ist temperatur- und druckabhängig. Der Siedpunkt ist ein Wertepaar im Phasendiagramm, bestehend aus Sättigungstemperatur (Siedetemperatur) und dem Sättigungsdampfdruck (Siededruck).

 

Wasser siedet z.B. bei einem Totaldruck von 1000 mbar und einer Temperatur von 100 °C. Bei einem Totaldruck von 100 mbar siedet Wasser bereits bei ca. 46 °C und bei 10 mbar schon bei 7 °C.

 

 

Siede- und Schmelzpunkte (Gefrierpunkte) einiger Lösungsmittel bei 1000 mbar:

 

Lösungsmittel

Schmelzpunkt, °C

Siedepunkt, °C

Äthylalkohol

Benzol

Chloroform

Diethylether

Isopropanol

Methanol

Nitromethan

Wasser

-114,5

5,49

-63,5

-116,4

-89,5

-97,9

-29,2

0,0

78

>100

61

34,6

82,4

64,7

101,8

100

 

Für reine Elemente ist der Schmelzpunkt identisch mit dem Gefrierpunkt. Die Schmelztemperatur ist im Gegensatz zur Siedetemperatur nur sehr wenig vom Druck abhängig

 

 

Vakuum:

Als Vakuum wird der Zustand definiert, der durch Verdünnung von Gasen und Dämpfen auf Drücke zwischen Atmosphärendruck (1013 mbar) und 0 mbar beim Abpumpen eines Behälters entsteht, d.h.  Druck oder die Dichte ist kleiner als die umgebende Atmosphäre.

 

 

Klassifizierung von Vakuum:

 

Druckbereich

Druck in mbar

Teilchenzahldichte pro cm³

Grobvakuum

103 bis 100

2,65 x 1019 bis 2,65 x 1016

Feinvakuum

100 bis 10-3

2,65 x 1016 bis 2,65 x 1013

Hochvakuum

10-3 bis 10-7

2,65 x 1013 bis 2,65 x 109

Ultrahochvakuum

10-7 bis 10-12 (∞)

2,65 x 109  bis 2,65 x 104

 

 

 

 

Wie funktioniert Trocknung im Vakuumtrockenschrank

 

 

 

 

 

Der Trocknungsvorgang soll am Beispiel Wasser und bei einer Temperatur von 20 °C erläutert werden:

 

Wie bereits erwähnt und aus dem Sättigungsdampfdruckdiagramm zu entnehmen, beträgt bei 20 °C der Sättigungsdampfdruck von Wasser 23,37 mbar. Oder mit anderen Worten: Wasser siedet bei einem Totaldruck von kleiner 23,37 mbar schon bei 20 °C. 

 

Liegt der Partialdruck des Wassers unter diesem Wert, so wird solange Flüssigkeit verdunsten, bis der Sättigungsdampfdruck erreicht ist. Es findet keine weitere Trocknung mehr statt. 

 

Soll in einem konventionellen Trockenofen (also ohne Vakuum) weiter getrocknet werden, so muss entweder die Temperatur erhöht werden >womit sich auch der Wert des Sättigungsdampfdruckes erhöht< oder es muss die Luft, bei welcher der Partialdruck des Dampfes bereits die Höhe des Sättigungsdruckes erreicht hat, durch ungesättigte Luft ersetzt werden.

 

Im Vakuumtrockenschrank wird jedoch über die Vakuumpumpe der Totaldruck, der beim konventionellen Trockenschrank ca. 1000 mbar (1 bar) beträgt, unter den Wert des Sättigungsdampfdruckes (23,37 mbar bei 20 °C) gesenkt.  

 

 

 

 

Durch ständiges Abpumpen des entstehenden Wasserdampfes (H2O-Gases) wird erreicht, dass der Totaldruck und damit auch der Partialdruck des Wasserdampfes immer unterhalb des Sättigungsdampfdruckes bleibt.

Dieser Vorgang kann solange aufrechterhalten werden, bis sämtliche Flüssigkeit verdampft ist.

 

Werden unter Vakuum andere Stoffe getrocknet, so ändern sich nur die Werte für den Sättigungsdampfdruck bei bestimmten Temperaturen. Das Prinzip des Trocknungsvorganges ist das gleiche.

 

Da für den Phasenübergang von flüssigen auf gasförmig Energie nötig ist (bei 1 Liter Wasser mit 20 °C werden 2,454 x 106 J/kg = 0,68 kWh/kg = 860 kcal/kg benötigt) muss über die Heizung Wärmeenergie zugeführt werden, um eine bestimmte Temperatur im zu trocknenden Gut konstant halten zu können.

 

 

Grundlage der Trocknung ist der Dampfdruck der Flüssigkeit.

 

Bei der im Trockenschrank, mittels Konvektion, durchgeführte Trocknung wird die Feuchte in Dampf umgewandelt, daher kommt es im Wesentlichen auf den Dampfdruck der zu verdampfenden Flüssigkeit an.

 

Erhöht man die Temperatur so weit, dass der Dampfdruck den Atmosphärendruck erreicht, so beginnt die Flüssigkeit zu sieden. Im Inneren der Flüssigkeit bilden sich dann gegen den Außendruck Dampfblasen, die die Flüssigkeit verlassen. Fortgesetztes Sieden ist nur bei Abtransport des Dampfes über den Abluftstutzen möglich.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

TU

 

PU

 

TG

 

PG

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Kapillarwirkung

 

Diffusion

 

Verdunsten, Verdampfen

 

Wärmezufuhr

 

 

 

Umgebungstemperatur

 

Umgebungsdruck

 

Gut-Temperatur

 

Druck im Gut

 

PU  <   PG 

 

 

 

 Mit steigender  Temperatur erhöht sich der Dampfdruck, da mehr Flüssigkeitsmoleküle zum Sieden gebracht werden und somit mehr Dampf erzeugt wird.

Praktisch betrachtet: In einem offenen Topf siedet erhitztes Wasser dann, wenn sein Dampfdruck den Luftdruck der Umgebung übersteigt.

 

 

 

 

 

Zum Trocknen einer Substanz muss die Flüssigkeit also in die Dampfphase überführt werden und da beim Verdampfen der Flüssigkeit permanent Wärmeenergie verbraucht wird, muss diese Energie auch ständig nachgeführt werden.

 

 

Flüssige Reinstoffe besitzen konstante, jedoch druckabhängige, Siedepunkte:

 

Bei konstantem Umgebungsdruck 1013 mbar siedet z.B. Diethylether bei 34,6 °C, Ethanol bei 78,4 °C und Wasser bei 100 °C. Mit fallendem Druck reduziert sich auch die Siedetemperatur (Dampfdruck) des Stoffes.

 

 

 

 

Fortgesetztes Verdampfen (Sieden) ist jedoch nur bei Abtransport des Dampfes >mittels Vakuumpumpe< möglich, d.h. die Atmosphäre im Trockenschrank muss permanent ausgetauscht werden.

Denn, entspricht der Gehalt der Flüssigkeit in der Atmosphäre dem Dampfdruck (oder wird der sogar überschritten), dann ist keine Trocknung (Verdunstung und Verdampfung) möglich.

 

 

 

Die Trocknung verläuft umso schneller, je höher die Temperatur ist und je größer die Druckunterschiede zwischen Umgebung (Atmosphäre) und dem Dampfdruck einer zu verdampfenden Substanz sind.

 

 

 

 

 

 

Die Trocknung lässt sich starten oder beschleunigen durch:

 

- Temperatur erhöhen

- Druckdifferenz vergrößern (Vakuumkammer)

 

 

 

Trocknung kann nur durch die Druckdifferenz, zwischen dem Umgebungsdruck (Atmosphäre) und dem Dampfdruck der zu verdampfenden Flüssigkeit erfolgen.

 

Beim Trocknen ist der Umgebungsdruck immer kleiner als der Dampfdruck, PU < PG.

 

 

Wasser in flüssigem Zustand geht sofort in gasförmigen Zustand über. Es beginnt zu sieden. Dadurch erhöht sich der Totaldruck im Vakuum-Trockenschrank wieder bis maximal zum Sättigungsdampfdruck. Wird dieser Druck erreicht, so findet kein weiteres Verdampfen oder Verdunsten mehr statt                                                                          

 

 

 

 

 

Vakuumtrockenschränke, mit und ohne Explosionsschutz, Beispiele: 

 

 

 

 

 

 

Vakuumtrockenschrank Typ VT

 

 

Explosionsgeschützter Vakuumtrockenschrank
(ATEX, 94/9/EG), mit Lösemittelrückgewinnung

 

 

Ausgelegt zum Trocknen/Abdampfen oder zur Wärmebehandlung von Stoffen die mit Luft ein Explosionsfähiges Gemisch bilden.

 

 

 

 
Sekundärbeheizung:

 

 
Primär
: Wasserdampf
             wahlweise elektrisch

  
Sekundär
: Wärmeträgeröl

 

 

                  wahlweise Warmwasser
                 wahlweise Wasserdampf


 

Beheizung: mantel- und plattenbeheizt

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Vakuumtrockenschrank Typ VT

 

 Explosionsgeschützter Vakuumtrockenschrank (ATEX, 94/9/EG)

  

Ausgelegt zum Trocknen/Abdampfen oder zur Wärmebehandlung von Stoffen die mit Luft ein Explosionsfähiges Gemisch bilden.

 

 

 

 

 

 

Sekundärbeheizung:

Primär:
elektrisch
             wahlweise Wasserdampf
 

 
Sekundär
: Wärmeträgeröl

 

 

 

                  wahlweise Warmwasser
                  wahlweise Wasserdampf

 

 

 

 

 Beheizung: mantelbeheizt

                      wahlweise plattenbeheizt oder
                    mantel- und plattenbeheizt

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Vakuumtrockenschrank Typ VT

 

Explosionsgeschützter Vakuumtrockenschrank (ATEX, 94/9/EG)

 

 

 

Ausgelegt zum Trocknen/Abdampfen oder zur Wärmebehandlung von Stoffen die mit Luft ein Explosionsfähiges Gemisch bilden.

Sekundärbeheizung:

Primär:
elektrisch

             wahlweise Wasserdampf

Sekundär:
Warmwasser
                  wahlweise Wärmeträgeröl

 

 

 

 

 

           wahlweise Wasserdampf

 

Beheizung: mantelbeheizt
                   wahlweise plattenbeheizt
                   wahlweise mantel- und plattenbeheizt

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  Vakuumtrockenschrank Typ VT

 

 

 Mantelbeheizter Vakuumtrockenschrank 

 

 

 Ausgelegt zum Trocknen/Abdampfen oder zur Wärmebehandlung

 

 von Stoffen die mit Luft kein explosionsfähiges Gemisch bilden.

 Elektrisch beheizt

 Beheizung: mantelbeheizt
                    wahlweise plattenbeheizt
                    wahlweise mantel- und plattenbeheizt

 

 

Kontakt:

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