Feinste Pulver bis in Zone 0 transportieren

Dipl.-Ing. B.Eng.(Hons.) Thomas Ramme

Die Analyse des innerbetrieblichen Materialtransfers setzt eine detaillierte Kenntnis der eigentlichen, zur Qualität des Endproduktes beitragenden Produktionsschritte voraus. Bei genauer Betrachtung finden sich heute im Schüttgutsektor immer noch zahllose, unnötige Umfüll- und Zwischenschritte. Diese können sich zum einen negativ auf die Qualität des Endproduktes auswirken und zum anderen sorgen sie für erschwerte Arbeitsbedingungen bei erhöhter Unfallgefahr. Zudem findet diese Hantierung häufig mit offenen Gebinden statt, so dass z. B. feinpulverige Sackware einfach in Behälter geschüttet wird; mit entsprechend belastender Staubentwicklung. Fast alle feinen, gesundheitsschädlichen Stäube haben zudem explosionsfähige Eigenschaften. Zusätzlich zum direkten Arbeitsschutz müssen folglich insbesondere der Explosionsschutz und die vom Betreiber vorzunehmende Zoneneinteilung beachtet werden. Dabei steht der präventive Explosionsschutz und damit die Vermeidung des Auftretens von zündfähigen Staub-Luft- oder Gas-Luft-Gemischen an erster Stelle. Als zweite Maßnahme folgt, wenn die erste nicht ausgeschlossen werden kann, die Vermeidung potenzieller Zündquellen. Besonders zündwillig verhalten sich die so genannten hybriden Gemische, d. h. zündfähige Mischungen aus Staub, Gas und Luft. Gerade diese Konstellation ergibt sich häufig in der chemischen und pharmazeutischen Industrie.

Oberstes Ziel muss es daher sein, zunächst alle unnötigen Materialbewegungen zu eliminieren, um dann im zweiten Schritt den noch verbleibenden, zwingend erforderlichen Transport zu optimieren.

Zum staubfreien Pulver- und Feststofftransfer haben sich Vakuumförderer, auch für schwierige Schüttgüter, in den letzten Jahren besonders bewährt. Durch den Unterdrucktransport und den Einsatz von speziellen Filtern eignen sie sich sogar für den Transport von toxischen Stäuben. Vakuumförderer helfen dabei, das Arbeiten an offenen Gebinden auf ein Minimum zu reduzieren. Entweder wird direkt mit Sauglanzen aus Fässern oder Säcken gesaugt oder das Schüttgut wird mit Hilfe von Sack- oder Big-Bag-Entleerstationen in das Fördersystem eingebracht. Dies kann bis hin zur völlig geschlossenen Glove-Box (Containment), unterhalb derer ein Aufgabetrichter angeordnet ist, erweitert werden.

Nach der Materialaufgabe erfolgt der Transport über das Vakuum durch eine geschlossene Rohrleitung oder einen flexiblen Schlauch. Anders als bei der pneumatischen Druckförderung ist hier ein Austritt des Pulvers aus der Förderleitung aufgrund des Vakuums nicht möglich. Am Ende der Förderleitung, über der zu beschickenden Einheit, befindet sich der eigentliche Vakuumförderer. Nach der Separierung des Pulvers wird dieses in der Regel drucklos per Schwerkraft nach unten entleert. In Anlehnung an die vielseitigen Absaug- und Aufgabemöglichkeiten erlaubt die spezielle, modulartige Konstruktion von Vakuumförderern ebenso die Beschickung von allen möglichen in der Produktion vorkommenden Einheiten. Das können beispielsweise Mischer, Siebe, Abfüllanlagen, Silos, Tablettenpressen oder Verpackungsmaschinen sein. Diese Prozessanlagen befinden sich häufig in explosionsgefährdeten Bereichen. Zur Beschickung werden die pneumatisch arbeitenden Vakuumförderer des Herstellers eingesetzt. Diese zündquellenfreien Anlagen sind zudem bereits seit Oktober 2002 nach Atex zertifiziert.

Es gibt aber auch Anwendungen, in denen die Standard-Vakuumförderer so nicht eingesetzt werden dürfen. Beispielsweise müssen in der Klebstoff- und Lackindustrie Harze und Pigmente in Reaktoren oder Rührkessel eingebracht werden. Häufig werden in diese Behälter brennbare Lösemittel vorgelegt, so dass in dem darüber befindlichen Gasraum mit einem zündfähigen Gas-Luft-Gemisch zu rechnen ist. Das heißt, dieser Innenraum ist definitionsgemäß Zone 0. In diesen Raum wird jetzt der staubförmige Feststoff aufgegeben, so dass mit einem kritischen hybriden Gemisch gerechnet werden muss.

Folglich muss das Feststoff-Eintragssystem eine Ex-sichere Lösung darstellen. Für diese und ähnliche Fälle hat Volkmann seine Vakuumförderer weiterentwickelt. Zusätzlich zu dem wie gewohnt zündquellenfreien Aufbau durch Verwendung der pneumatischen Multijector-Technik sind diese Vakuumförderer mit einem speziellen Inertisierungsmodul versehen. Dieses Inertsystem erlaubt in Verbindung mit der Schleusentechnik den Pulvereintrag auch in kritische Gas-Ex-Zonen. Parallel zur Neuentwicklung wurden diese Inertförderer nach Atex zertifiziert. Da die bestimmungsgemäße Verwendung von Vakuumförderern der Pulvertransfer ist und bei jedem Transportvorgang Ladungstrennungen und damit potenziell elektrostatische Aufladungen auftreten, ist ein Atex-Zertifikat zwingend erforderlich. Zur Erlangung der Baumusterprüfbescheinigung für Vakuumförderer ist es wichtig, dass eine spezielle Bauart von Vakuumpumpen verwendet wird.

Der pneumatische Feststofftransport mit Vakuum erfordert den zur Materialbewegung nötigen Saug-Volumenstrom und gleichzeitig einen zur Überwindung der systeminternen Widerstände ausreichend hohen Unterdruck. Für den Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen empfehlen Sicherheitsinstitute Multijector_Vakuumpumpen. Diese verzichten vollständig auf elektrische Bauteile. Bei diesen kinetischen Pumpen wird das Vakuum über einen Gasstrahl, in der Regel komprimierte Luft, erzeugt, so dass kein elektrischer Anschluss nötig ist. Die Expansionskälte des Treibgasstrahls in dem mehrstufigen, Energie sparenden Düsensystem sorgt auch bei hohen Unterdrücken und geringen Saugluftmengen (Pfropfenförderung) für eine Selbstkühlung des Aggregats. Weiterhin kommen Multijectoren ohne drehende Teile, Lager, Reibung und Schmierung aus. Heiße Oberflächen als Zündquelle für explosionsfähige Gemische scheiden also aus. Darüber hinaus ist eine nach dem Multijector-Prinzip konstruierte Pumpe auch noch wartungsfrei.

Bei Vakuumförderern für den Ex-Bereich erfolgt die Verknüpfung der druckluftbetriebenen Vakuumpumpe mit den restlichen zur Förderung nötigen Baugruppen ebenfalls rein pneumatisch. Steuerungs- und Funktionsunterstützungen wie Entleerklappenbetätigung, Filterabreinigung, Fluidisierungshilfen, Saug-/Entleerzeitfunktionen u. a. werden vom Druckluftnetz gespeist. Folglich kann bei Multijector-Vakuumfördersystemen der Förderer selbst keine Zündquelle darstellen, da sich im System weder elektrische noch wärmegenerierende Bauteile befinden.

Da durch die gasstrahlbetriebene, mehrstufige Vakuumpumpe nur Luft strömt (keine Produktberührung), treten am Vakuumerzeuger selbst auch keine elektrostatischen Aufladungen auf. Die Bereiche Produktabsaugung, Förderleitung, Abscheidebehälter mit Filter und Produktaustrag müssen hinsichtlich der Elektrostatik gesondert betrachtet werden.

Bei der Konstruktion spezieller Abscheidebehälter für Vakuumförderer in Edelstahl-Modulbauweise wird insbesondere auf eine durchgehende elektrische Leitfähigkeit geachtet. Alle Module werden bei der Montage so miteinander verbunden, dass nur ein zentraler Erdungsanschluss erforderlich ist. Gegenüber einem nicht modular aufgebautem Behälterkonzept bestehen weiterhin die Vorteile des geringen Gewichts, der einfachen Zerlegbarkeit und Reinigung und der größeren Flexibilität. So können z. B. standardisierte Schleusen zur sicheren Einbringung des Fördergutes in Reaktoren einfach adaptiert werden.

Die Filteraufnahme ist ebenfalls elektrisch leitfähig in den Abscheidebehälter integriert. Das Baukastenprinzip ermöglicht den Einsatz der unterschiedlichsten Filterwerkstoffe und Bauformen, inklusive elektrisch leitfähiger Materialien.

Als Werkstoff für die Förderleitung kommt entweder Edelstahl oder ein elektrisch leitfähiger, vakuumfester Saugschlauch zum Einsatz. Bei Verwendung von Schläuchen mit Drahtspirale ist diese unbedingt an beiden Enden zu erden.

Ein weiteres Ergebnis der Atex-Zertifizierung ist, dass Multijector-Vakuumförderer gemäß dem TÜV nicht druckstoßfest ausgelegt sein müssen. Dies birgt große Einsparungspotenziale bei der Anschaffung des Pulvertransportsystems. Die druckfeste Bauweise wird häufig nur dann angewendet, wenn gegen einen Prozessüberdruck eingeschleust werden muss oder spezifische Vorschriften das verlangen. Es ist also nur eine Option von vielen. Sehr aufwändig ist zusätzlich zur druckfesten Bauweise eine explosionstechnische Entkoppelung, da während der Förderung immer mindestens zwei Leitungen geöffnet sind (Flammenbeschleunigung). Auf diese kostentreibenden Maßnahmen kann bei Verwendung der Multijector-Technik verzichtet werden.

Halle 7, Stand 327

cav 426