Beheizt ins Vakuum dosieren

Dipl.-Ing. Dieter Fink

Die Telab-Membrandosierer, deren Pumpenkörper, Arbeitsmembran sowie Ventile aus PTFE-TFM gefertigt sind, lassen sich für ein breites Spektrum aggressiver Fluide wie Cl2, SO2 , H2S, HF, HCl, H2SO4 oder HNO3 einsetzen. Die Ventile schließen gegen den PTFE-Block. Der Dosierer besitzt keine weiteren Dichtmaterialien. Die Wirkungsweise beruht auf dem Prinzip der Volumenänderung einer Kammer. Das besondere konstruktive Merkmal ist, dass die Ein- und Ausgänge nicht über selbsttätig arbeitende Kugelventile in Abhängigkeit des jeweiligen Druckes in der Pumpenkammer geöffnet und geschlossen werden, sondern über Ventilmembrankegel.

Für das Dosieren viskoser Produkte und Schmelzen sind die Membrandosierer beheizt. Hintergrund dieser Entwicklung waren allgemein bekannte Probleme in der Kleinmengendosiertechnik. Das Dosieren viskoser Produkte ( >1000 mPas) grenzt die Einsatzmöglichkeiten von Membrandosierpumpen kleiner Flussraten aufgrund der geringen Querschnitte der Anschlüsse, Schläuche und Bohrungen erheblich ein. Auskristallisierende Produkte sind nicht weniger kritisch. Kältebrücken während des Dosiervorganges können den Dosierkopf, Verschraubungen oder Leitungen zusetzen. Oftmals ist die Reinigung des Dosierers so schwierig, dass dieser als Totalverlust abgeschrieben werden muss. Für beide Einsatzgebiete eignen sich die Telab-Dosierer in der beheizten Version. Heiz- und Regelkreise sorgen im Dosierkopf dafür, dass unter exakten Temperaturbedingungen dosiert werden kann. Der regelbare Bereich reicht von RT bis 100 °C. Schmelzen, viskose Produkte oder temperierte Fluide können während des Dosiervorganges exakt in dem vorgegebenen Temperaturbereich gehalten werden. Kommt es während der Versuche zu Stillstandszeiten durch Störungen in der Anlage oder durch Arbeitsunterbrechungen, können Produkte mit einem Schmelzpunkt bis 70 °C wieder aufgeschmolzen werden. Bei auftretenden Verstopfungen oder Auskristallisierungen nehmen spezielle Rückstellmechanismen Druckspitzen im Dosierer auf, so dass dieser auch gegen ein geschlossenes Ventil arbeiten kann. In einer erweiterten Version sind die Dosierer auch mit beheizten Schläuchen ausgestattet. Die elektrische Energie wird zentral vom Dosierer an die Heizschläuche geführt. Über die Bedienerführung des Dosierers lassen sich die Solltemperaturen der Pumpenkammer und der externen Heizschläuche vorgeben. Auch die Regelung des gesamten Heizsystems erfolgt zentral.

Ein besonderer Vorteil des Dosierers ist die Möglichkeit, sowohl die Ansaug- als auch die Druckseite im Vakuum arbeiten zu lassen. So können zum Beispiel Produktströme oder Proben aus einer Kolonne mit einem Absolutdruck von 20 bis 50 mbar entnommen und weiteren verfahrenstechnischen Schritten zugeführt werden. Bei einer Entnahme aus dem Unterdruck ist zu beachten, dass das anliegende Vakuum zu Entgasungen der Flüssigkeit und zu einer Reduzierung des Volumenstroms führen kann. Auch die Viskosität des Fluids muss in die Bewertungen eingebunden werden. Unter Beachtung dieser Randbedingungen sind Probenahmen kleinster Flüssigkeitsmengen an mehreren Probenahmestellen einer Kolonne möglich. Mit speziellen Modifizierungen der Ventiltechnik lassen sich auch Dünnschichtverdampfer, Kurzweg-Destillatoren oder Reaktionsgefäße beschicken, in denen ein Vakuum von 0,001 mbar absolut herrscht. Die zwangsgesteuerte Ventiltechnik sichert außerordentlich dichte Ventilsitze und hält das Vakuum auch im Dauerbetrieb. Um die Stabilität der Dosierung zu erhöhen, empfiehlt es sich jedoch auch hier zusätzliche Vorkehrungen zu treffen. So sollte zum Beispiel druckseitig eine Drosselung vorgesehen sein, da das nockengesteuerte Ausgangsventil nach dem Öffnen die Pumpenkammer für das Vakuum frei gibt und der Dampfdruck der Flüssigkeit zusätzlich auch die Pumpenkammer entleeren kann. Die Vorteile der beschriebenen Dosierer beschränken sich jedoch nicht auf die Einzelkomponenten. Es ist leicht zu erkennen, dass in der Kombination der konstruktiven Vorteile ein wesentlich höheres Potential steckt. So ist es vorstellbar, ein aggressives Reaktions- oder Sumpfprodukt mit einem Schmelzpunkt von 80 °C aus einer Kolonne bei 50 mbar zu entnehmen. All diese verfahrenstechnischen Rahmenbedingungen können im Einzelfall mit einem einzigen Dosierer umgesetzt werden.