Überlegungen zur Auswahl einer Vakuumpumpe

Von Vakuum spricht man üblicherweise, wenn der gemessene Druck unter dem Atmosphärendruck liegt. Der Luftdruck variiert – vom in Denver, Colorado gemessenen Druck, der durchschnittlich 843 Millibar (mbar) beträgt, bis zum Meeresspiegel in Houston, Texas, wo der Durchschnitt bei 1.013 mbar liegt.

Im industriellen, chemischen und medizinischen Bereich umfasst ein Vakuum normalerweise eine versiegelte Kammer, Rohrleitungen und eine Vakuumpumpe. Die Aufgabe der Vakuumpumpe besteht darin, Moleküle aus der Kammer zu entfernen.

Auch Systemlecks in einem Vakuumsystem stellen eine Herausforderung dar. Eine Vakuumpumpe kann ordnungsgemäß funktionieren, aber wenn Luft schneller in ein System eindringt, als die Vakuumpumpe die Luft herauspumpen kann, ist wahrscheinlich die Vakuumpumpe dafür verantwortlich. Systemlecks in einem Vakuumsystem können schwierig zu finden sein. Beispielsweise könnte bei der Montage der Systemverrohrung eine Dichtung oder ein O-Ring weggelassen worden sein.

Je nach Vakuumbereich werden Leckagen zu einer größeren Herausforderung. Je tiefer das Vakuumniveau ist, desto stärker kann ein Leck einen Prozess beeinträchtigen.

Es gibt viele verschiedene Arten von Vakuumpumpen. Für den langfristigen Erfolg der Installation ist es oft entscheidend, die richtige Lösung für die jeweilige Anwendung auszuwählen. Jeder Typ hat Vor- und Nachteile.

Unabhängig von der Wärmequelle nutzen Kraftwerke zur Stromerzeugung in zwei verschiedenen Betriebsbereichen große Vakuumpumpen. Sie nennen sie jedoch nicht Vakuumpumpen. Kraftwerke verwenden Zerkleinerungspumpen, um die Luft aus dem Turbinengenerator und dem Dampfkondensator zu entfernen, bevor die Anlage nach einem Kaltstart in Betrieb genommen wird. Kraftwerke verwenden auch Kondensatorabsauger oder Haltepumpen, um den Betrieb der Dampfkondensatoren auf höchstem Wirkungsgrad (unter Vakuum) zu halten.

Die meisten kommerziellen Kraftwerke wurden zwischen 1950 und 1970 gebaut, einige nutzten kostengünstige Dampfdüsen zur Vakuumerzeugung. Viele benötigen jetzt Upgrades, um mit höchster Effizienz arbeiten zu können. Dampfstrahlen erzeugen unter bestimmten Bedingungen Vakuum mithilfe eines Dampfstrahls mit hoher Geschwindigkeit. Wenn ein Kraftwerk häufig startet und stoppt, wie es bei einem Spitzenkraftwerk der Fall ist, können verschiedene Schweißnähte an Rohrleitungen, Armaturen usw. Undichtigkeiten verursachen und die Qualität des mit Dampfstrahlen erzielbaren Vakuums verschlechtern. Eine Spitzenstromerzeugungsanlage wird im Allgemeinen nur zu Zeiten des Spitzenstrombedarfs in Betrieb genommen. Das eigentliche Betriebsproblem ist der längere Pumpenstillstand der Turbine und des Kondensators, der dazu führt, dass mehr Zeit benötigt wird, bis das Kraftwerk ans Netz gebracht werden kann. Im Falle einer Spitzenlastanlage steht diese Zeitverschiebung in direktem Zusammenhang mit dem Verkauf der erzeugten elektrischen Energie.

Während des normalen Dampfkondensatorbetriebs wird der Hochdruckdampf (Gas) zu Wasser kondensiert, und die anschließende Absenkung der Kondensatorwassertemperatur führt zu Hohlräumen im Kondensator, wodurch dessen Oberflächenkontakt verringert und seine Effizienz verringert wird. Das Ziel des Kondensatorabsaugers (Vakuumpumpe) besteht darin, diese Hohlräume zu entfernen und so die volle Effizienz des Dampfkondensators wiederherzustellen.

Typischerweise werden Vakuumpumpen anhand der Daten aus den veröffentlichten Dampftabellen des Heat Exchanger Institute dimensioniert. Da das gesamte Systemvolumen nicht bekannt ist, sind die Daten zur Dimensionierung der ursprünglichen Dampfdüsen in der Regel nicht mehr verfügbar. Wenn das Gesamtvolumen bekannt ist, ist die Abpumpberechnung einfach.

Eine weitere Option im Vergleich zu Dampfstrahlpumpen sind große Flüssigkeitsring-Vakuumpumpen. Der Hauptzweck dieser Kondensatorabsauger oder Haltepumpen besteht darin, den Betriebsdruck des Kondensators zu senken und den Dampfkondensator auf höchstem Wirkungsgrad zu halten. Flüssigkeitsschläge, die vom Kondensator in die Vakuumpumpe gelangen, werden im Allgemeinen ohne größere Probleme absorbiert. Große Flüssigkeitsring-Vakuumpumpen sind zuverlässig und halten in der Regel fünf bis sieben Jahre zwischen den Überholungen (Lager und Dichtungen). Nach drei bis fünf Überholungen kann der Austausch wichtiger Teile erforderlich sein, um die Lebensdauer der Vakuumpumpen weiter zu verlängern.

Wenn eine Vakuumpumpe und der Prozess gut aufeinander abgestimmt sind, eignet sich eine direkt austauschbare Einheit am besten, wenn ein Austausch erforderlich wird.

Die Vakuumdestillation wird verwendet, um zwei Flüssigkeiten mit ähnlichen Dampfdrücken zu trennen oder wenn Flüssigkeiten erhitzt werden, die Sicherheitsprobleme verursachen könnten. Beispielsweise beruht die Ethanolproduktion zur Verwendung als Kraftstoffzusatz auf der Vakuumdestillation, um die Ethanolausbeute aus dem Fermentationsprozess zu steigern und zu verbessern.

Für die Ethanolproduktion ist eine Glukosequelle erforderlich, bei der es sich um Zuckerrohr, Zuckerrüben, Melasse, Mais, Weizen oder Getreide handeln kann. Beim Fermentationsprozess wandelt Hefe die Glukose in Kohlendioxid (CO2) und Ethanol um. Das CO2-Gas kann leicht abgelassen oder aufgefangen werden, und das Ethanol wird häufig durch Vakuumdestillation aus der ursprünglichen Biomasseaufschlämmung entfernt.

Die Vakuumpumpe ist ein wesentlicher Bestandteil eines Systems. Wenn die Vakuumpumpe zu häufig ausfällt, werden häufig Experten hinzugezogen, um die Fehlerursache zu diagnostizieren und Lösungen zu empfehlen.

Sollte eine Vakuumpumpe mit größerem Volumen installiert werden, um die Gesamtprozesszeit zu verkürzen, kann dies unbeabsichtigt dazu führen, dass ein größeres Flüssigkeitsvolumen am Systemkondensator vorbeifließt. Die Größe des Kondensators und die Verweilzeit des Gases sind wichtige Faktoren für die Zeit, die benötigt wird, um das Gas wieder zu einer Flüssigkeit zu verflüssigen. Wenn das Gas durch den Einsatz einer Vakuumpumpe mit größerem Volumen schneller durch den Kondensator geleitet wird, kann sich die Zusammensetzung oder das Verhältnis der Materialien sowie die in die Vakuumpumpe eintretende Flüssigkeitsmenge ändern.

Denken Sie darüber nach, auf eine Trockenvakuumpumpe umzusteigen? Nicht alle Designs von Trockenvakuumpumpen sind gleich. Einige vertragen die Aufnahme flüssiger Verunreinigungen nicht gut und können häufig ausfallen, wenn 10 bis 15 % oder mehr des in die Vakuumpumpe eintretenden Materials eine Flüssigkeit ist (Vakuumpumpen sind nur für die Verarbeitung von Gasen ausgelegt).

Vakuumpumpen sind das Herzstück vieler industrieller, medizinischer und chemischer Anwendungen. Manchmal ist ein einfacher Austausch der Vakuumpumpe oder des Gebläses die beste Lösung, aber wenn es um ein komplexeres Zuverlässigkeitsproblem geht, ist ein Systemansatz erforderlich, um die beste Lösung für den Benutzer zu ermitteln. Bei einem Systemansatz kann es erforderlich sein, den Typ der Vakuumpumpe (Versorgungsleitungen, Rohrleitungen usw.) zu ändern, um den Anforderungen des Benutzers gerecht zu werden.

Woody Farrow ist technischer Vertriebsleiter für Vakuumpumpen- und Gebläseprodukte bei DXP Enterprises. Er kann unter [email protected] erreicht werden. Weitere Informationen finden Sie unter www.dxpe.com.