Hermetisch dichte, aseptische Membranpumpen für die Hochdruckhomogenisation

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Fachbeitrag von Dr.-Ing. Hans-Joachim Johl

Die Hochdruckhomogenisation ist ein anspruchsvolles Anwendungsfeld für die Pumpentechnik: Die dafür eingesetzten Anlagen bestehen neben einer Hochdruckpumpe als Druckerzeuger auch aus einem hydraulischen Verbraucher, dem sogenannten Homogenisationsventil. Die Aufgabe der Pumpe besteht darin, die Energie für die Dispergierung im Ventil aufzubringen, das zu dispergierende Fluid zu transportieren und für die exakte Fördermenge im Prozess zu sorgen. Die Hochdruckhomogenisierung dient im Wesentlichen der Zerkleinerung und dem Mischen von Komponenten in einer Emulsion oder Dispersion. Generell können Homogenisatoren in folgende Stufen eingeteilt werden:

  • Nieder-/Mitteldruckhomogenisation: 50 – 500 bar (typischerweise in der Nahrungsmittelindustrie, etwa bei circa 400 bar mit steigender Tendenz)
  • Mitteldruckhomogenisation: 500 – 700 bar (in chemischen, kosmetischen und anderen Industrien)
  • Hochdruckhomogenisation: 700 – 2.000 bar (zum Beispiel für den Zellaufschluss zur Metabolitfreisetzung in der biotechnologischen Industrie oder die pyrogenfreie Liposomenherstellung in der Pharmaformulierung)
  • Ultrahochdruckhomogenisation: 2.000 – 40.000 bar (für die Keimabtötung/Konservierung von Lebensmitteln).
Quelle: Lewa GmbH

Oszillierende Hochdruckpumpen in Hochdruckhomogenisiern fördern das Fluid auf die Homogenisationseinheit (ein- oder zweistufiges Ventil). Homogenisatorpumpen sind mit drei bis sechs Pumpenköpfen ausgerüstet. Prozesssmembranpumpen zeichnen sich durch eine robuste Monoblockbauweise sowie aufgrund des integrierten Schneckengetriebes mit hoher hydraulischer Leistung durch eine hohe Laufruhe aus. Anwendungsspezifisch ausgelegte verschleiß- und hygieneoptimierte Fluidventile sorgen auf Saug- und Druckseite der Pumpe für eine zuverlässige Förderung. Die Fördermenge einer oszillierenden Prozessmembranpumpe fällt bei inkompressiblen Fluiden nur unwesentlich mit steigendem Druck ab und kann als nahezu konstant betrachtet werden.

Für Homogenisationsaufgaben nach einer thermische Kurzzeitbehandlung (UHT) in der Nahrungsmittelindustrie müssen die Homogenisationspumpe und das Homogenisationsventil konsequenterweise aseptischen Anforderungen genügen, damit die Integrität der behandelten Produkte gewahrt bleibt. Die Membranpumpe arbeitet konstruktionsbedingt ohne dynamische Dichtungssysteme. Somit ist ein hermetisch dichter Arbeitsraum gewährleistet.

Eine hygienegerechte oder aseptische Applikation erfordert zusätzliche spezielle Anpassungen an den Membranpumpenkopf: Geeignetes Pumpenkopfmaterial wie Edelstahl 1.4404 oder alternativ besonders korrosionsbeständige austenitische Werkstoffe wie beispielsweise 1.4439 oder 1.4462 (Duplex), polierte Oberflächen mit einem Ra-Wert < 0,8 µm und totraumarme sowie spaltfreie Fluidräume können wiederholte effiziente CIP/SIP-Reinigungsschritte ermöglichen und damit einen sterilen Betrieb ohne Demontagen sicherstellen.

www.lewa.de

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