Sicherheit im Labor

Dr. Jürgen Dirscherl

Viele der in der Chemie gängigen Lösemittel sind bei Atmosphärendruck brennbar und besitzen einen hohen Dampfdruck. Sie können also explosionsfähige Gemische mit Luft bilden. Anlagen, die mit solchen Stoffen arbeiten, müssen vom Betreiber sicherheitstechnisch beurteilt werden. Während für große Produktionsanlagen und Technikumsbereiche eine Ex-Bewertung übliche Praxis ist, werden Laboranlagen nicht immer in dieser Hinsicht beurteilt. Hauptkriterium für eine Ex-Einstufung ist meist die verwendete Lösemittelmenge: 1 bis 2 l Lösemittel pro Versuch werden häufig als Grenze angesehen.

Zahlreiche Laborprozesse, in denen mit brennbaren Lösemitteln umgegangen wird, wie Eindampfen, Destillieren und Trocknen werden unter Vakuum durchgeführt. Gerade für solche Anwendungen hat sich die Membranvakuumpumpe, bei der alle medienberührten Komponenten aus chemisch beständigen Materialien aufgebaut sind, durchgesetzt. Membranpumpen bieten Dank ihrer Ölfreiheit und der hermetischen Abdichtung des Schöpf-raums gegen den Antriebsbereich ohne gleitende Oberflächen hervorragende Voraussetzungen für die Vermeidung von Zündquellen. Dies erleichtert die Gefährdungsbeurteilung.

Steht die Vakuumpumpe nur für eine einzelne Anwendung bereit, ist die Gefährdungsbeurteilung meist problemlos durchführbar. Die Lösemittelart und -menge sowie der Prozessablauf erlauben meist eine genaue Abschätzung, ob und wie häufig eine explosionsfähige Atmosphäre vorliegt. Aufwändiger wird es, wenn unterschiedliche Prozesse gefahren werden. Grundsätzlich müssen für die Sicherheitsanalyse von Vakuumanlagen der Außenbereich, also z. B. im Laborraum, und der Innenbereich im Kontakt mit den gepumpten Medien getrennt betrachtet werden. Häufig gelangt man zu sehr unterschiedlichen Beurteilungen und dementsprechenden Anforderungen an den Innen- und Außenbereich der Geräte.

Typische Anwendungen Ex-geschützter Chemiemembranvakuumpumpen sind größere Rotations- oder Parallelverdampfer, Vakuumtrockenschränke mit ihren oft erheblichen Lösemittelmengen sowie Miniplants und Technikumsanlagen. Vacuu-brand bietet Atex-konforme Chemiemembranvakuumpumpen mit einem Saugvermögen von 1,9 bis 8,1 m3/h sowie Endvakua von 12 bis 2 mbar für das gelegentliche Fördern von explosionsfähigen Gemischen an. Damit lassen sich viele Anwendungen mit explosionsfähigen Gemischen im Labor und Technikum ohne großen Aufwand abdecken. Auch Atex-konforme Chemiepumpstände mit saugseitigem Abscheider und Emissionskondensator zur Lösemittelrückgewinnung sind erhältlich. Bei Pumpständen ist aufgrund der freistehenden Glasteile anwenderseitig ein Stoß- und Splitterschutz, beispielsweise durch Einbau in einen Schrank oder Abzug, vorzusehen.

Im Falle eines Vakuumnetzwerks sollte bei der Sicherheitsanalyse des Innenbereichs zwischen dem eigentlichen Netzwerk (Innenbereich der Rohrleitungen, Anschlussmodule, Vakuumcontroller etc.) und dem Vakuumpumpeninneren (wegen der hier stattfindenden Verdichtung auf Atmosphärendruck) unterschieden werden. Für Vakuumnetzwerke können sich je nach der Größe des Netzwerks und der durchschnittlichen Menge und Zusammensetzung der eingesaugten Medien sehr unterschiedliche Explosionsrisiken ergeben. Zentrale Vakuumversorgungsanlagen stellen ein inhärentes Risiko im Hinblick auf die Bildung zündfähiger Gemische der abgepumpten Medien mit Luft dar. Dazu trägt sowohl die Menge der gepumpten Stoffe infolge der Vielzahl an Anschlussstellen als auch die Unterschiedlichkeit der Anwendungen, z. B. häufig nahezu Atmosphärendruck im System infolge hoher Gaslast, bei. Lokale Vakuumnetzwerke, die nur einen Labortisch oder einen Laborraum versorgen, sind wesentlich übersichtlicher. Die verschiedenen Benutzer stehen in unmittelbarem Kontakt miteinander und können gegebenenfalls Gegenmaßnahmen wie Evakuieren oder Spülen mit Inertgas einleiten.

Grundsätzlich ist für ein Vakuumnetzwerk zu empfehlen, dieses möglichst klein zu halten (lokale Netze anstelle zentraler Vakuumversorgungen), aus chemisch inerten Materialien aufzubauen und es mithilfe eines Vakuummanagementsystems stets unter Vakuum zu halten. Dadurch wer-den die Zündbereiche der gepumpten Medien eingeengt und das Netzwerkinnere permanent gereinigt. Bei einem permanent unter Vakuum gehaltenen, lokalen Netzwerk stellt sich die Frage, ob im Inneren überhaupt ein Ex-Bereich vorliegt. Dies muss vom Betreiber beurteilt werden, kann aber wohl – wie bisher – für viele Standardlabornetzwerke verneint werden. In diesem Fall können herkömmliche Vakuumnetzwerkkomponenten (z. B. Vacuubrand Vacuu-Lan) und Vakuumcontroller bzw. Vakuummanagementsysteme ohne Ex-Zulassung eingesetzt werden, falls der umgebende Laborraum nicht als Ex-Zone eingestuft wurde.

Für den Innenraum der das Netzwerk evakuierenden Pumpe könnte sich eine andere Einschätzung ergeben, da spätestens auf der Auslassseite auf Atmosphärendruck verdichtet wird. Auch fallen hier im Vergleich zu einer Einzelplatzpumpe größere Lösemittelmengen und eventuell unbekannte Mischungen gepumpter Medien an. Waren in kritischen Fällen früher umständliche Sicherheitsmaßnahmen wie Inertisierung erforderlich, um explosionsfähige Gemische in der Pumpe auszuschließen, so sind jetzt voranstehend erwähnte Atex-konforme Chemiepumpen und -pumpstände verfügbar, die für das gelegentliche Pumpen explosionsfähiger Atmosphären zugelassen sind. Sie empfehlen sich grundsätzlich, wenn auf Grund der verwendeten Chemikalien zündfähige Gemische im Netzwerk bzw. in der Pumpe auftreten können.

Häufig wird gerade im Labor übersehen, dass bei Ex-Anlagen auch die Zubehörteile den Anforderungen gemäß Atex genügen müssen. So müssen auch die Vakuumleitungen beispielsweise von Ex-Pumpe zu Rotationsverdampfer oder Trockenschrank antistatisch ausgelegt sein. In Verbindung mit korrosiven Medien stellt dies ein nicht zu vernachlässigendes Problem dar. Häufig werden für Ex-Anwendungen Edelstahlwellschläuche eingesetzt. Gepumpte Medien tendieren jedoch dazu, sich in den tiefen Wellen im Schlauchinneren zu sammeln. Nicht selten führt dies zu Korrosion am dünnwandigen Edelstahl und Leckage. Eine deutlich bessere Alternative bezüglich chemischer Beständigkeit sind PTFE-Schläuche. Herkömmliche PTFE-Rohre sind jedoch insbesondere bei größeren Nennweiten sehr steif oder knicken leicht und sind meist nicht antistatisch. Von Vacuubrand sind PTFE-Wellschläuche mit großer Nennweite erhältlich, die aus antistatischem PTFE gefertigt sind und zudem eine nahezu glatte Innenwand aufweisen. Dies ist nicht nur strömungstechnisch sehr günstig, sondern vermeidet auch die Ansammlung von Kondensaten.

cav 428

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Literatur – Vakuumtechnik in der industriellen Praxis

Praxislexikon Statische Elektrizität