Lösungen für Verfahren mit elektrostatischer Aufladung in emaillierten Apparaten
Normale Chemie-Emails sind elektrisch isolierend. Wenn sich beim Rühren, Befüllen oder Entleeren des Apparates elektrische Ladungen bilden können, muss durch geeignete Maßnahmen sichergestellt werden, dass diese Ladungen kein Risiko für den Apparat und die Umgebung bedeuten.
Beispielsweise können elektrische Ladungen im KV-Bereich die berüchtigten „elektrostatischen Durchschläge“ verursachen. Ein Funke durchschlägt die gesamte Emailschicht und es entsteht ein Kanal mit einem Durchmesser von wenigen Zehntel mm, welcher bis zum Stahlkörper des Apparates reicht. Durch diesen Kanal kann korrosives Medium eindringen und den Stahl korrodieren, was dann letztendlich zu großen Schäden führt.
Schäden durch elektrostatische Entladung entstehen vorwiegend an Stellen mit hoher Relativgeschwindigkeit zwischen Medium und emailliertem Bauteil (z.B. an Rührflügelspitzen oder im Bereich des Behälterbodens und Auslaufstutzens) sowie an der Phasengrenze zwischen Flüssigkeit und Gasraum.
Daher muss bei Verfahren, bei denen es zu elektrostatischen Aufladungen bzw. Entladungen kommen kann, besonderes Augenmerk auf folgende Aspekte gelegt werden:
- Vermeidung elektrostatischer Aufladungen durch Anpassung des Verfahrens
- Art der Emaillierung: elektrisch leitfähiges Email
- Werkstoffe der Einbauteile
- Elektrisch ableitfähige Welle-Nabe-Verbindungen
- Elektrisch ableitfähige Flanschdichtungen
- Ableitfähige Elemente im Apparat
Anpassung des Verfahrens zur Vermeidung von Entladungen
Der „beste“ Weg, Schäden an emaillierten Apparaten infolge Entladungen zu vermeiden, ist es natürlich, das Entstehen von elektrostatischer Ladung zu vermeiden. Auch wenn dies oft nicht vollständig möglich ist, so sollen hier doch einige Aspekte genannt werden, die möglicherweise schon die größten Risiken minimieren helfen.
Temperaturniveau des Verfahrens anheben
Die elektrische Leitfähigkeit der Emaillierung ist abhängig von deren Temperatur. Kann das Temperaturniveau des Verfahrens angehoben werden, werden Schäden infolge elektrostatischer Entladung zunehmend unwahrscheinlicher. Schon eine Erhöhung des Temperaturniveaus um wenige Kelvin kann das Risiko reduzieren. Der spezifische elektrische Widerstand von Emails liegt im Allgemeinen in der Größenordnung von > 1012 Ωcm bei Raumtemperatur. Er sinkt linear bis 400°C auf etwa 105 Ωcm ab (Quelle: Petzold, A., Pöschmann, H.: Email und Emailliertechnik, Wiley-VCH; Auflage: 2., überarb. Aufl. (1992))
Turbulenz und Geschwindigkeiten verringern
Der Grad der Turbulenz im Apparat sowie die Höhe der Relativgeschwindigkeiten zwischen Medium und den Wandungen der Einbauteile, des Rührers und des Behälters bestimmen unter anderem die Höhe der elektrostatischen Ladung.
Demnach kann die Ladungsmenge reduziert werden, wenn Turbulenzen reduziert und Geschwindigkeiten verringert werden.
Auch ohne großen Einfluss auf die Güte des Rührprozesses kann beispielsweise die Verringerung der Rührerdrehzahl um wenige U/min zu einer deutlichen Verringerung der statischen Elektrizität beitragen.
Auch die Verwendung von Rührorganen, die eine geringe Schwerwirkung aufweisen (z.B. Axialförderer wie die THALETEC TAFTurbine anstelle eines radialfördernden Rührorgans wie der CXU oder CXR-Turbine) kann die statische Elektrizität reduzieren helfen.
Minimale Leitfähigkeit des Mediums gewährleisten
Selbst geringste Anteile ableitfähiger Substanzen, die später wieder abdestilliert oder ausgefiltert werden, können helfen, das Risiko elektrostatischer Entladungen und damit die Schädigung der Emaillierung zu reduzieren.
Reinigungsmedien und Reinigungsprozess
In einigen Fällen ist nicht das eigentliche Verfahren kritisch in Bezug auf elektrostatische Aufladungen, sondern nur das Reinigungsverfahren nach einem Batch oder einer Kampagne. Hier ist zu prüfen, in wie weit durch Zugabe von ableitfähigen Medien in nicht ableitfähige Lösungsmittel (oder der Verwendung von ableitfähigen Lösungsmitteln) das Risiko von elektrostatischen Aufladungen verringert werden kann. Zusätzlich könnte auch das Temperaturniveau des Reinigungsprozesses angehoben werden, mit ebenfalls positiven Auswirkungen.
Ableitfähiges Email
Das Anpassen und Verändern der verfahrenstechnischen Randbedingungen ist der wirkungsvollste Schritt, wenn auch sicherlich einer der Schwierigsten.
Um das Risiko der Schädigung der Emaillierung infolge elektrostatischer Entladungen weitestgehend zu eliminieren, bietet sich der Einsatz einer elektrisch ableitfähigen oder zumindest ableitfähigen Emaillierung an:
- Das patentierte und in der Praxis vielfach bewährte Email THALETEC CONDUSIST (Flyer K098) leitet kontinuierlich elektrostatische Aufladungen aus dem emaillierten Reaktor ab und verhindert somit Beschädigungen der Emailschicht.
- Weiterhin wird das Risiko von Zündfunkenbildung verringert und der Anwendungsbereich emaillierter Apparate deutlich erweitert. CONDUSIST leitet die elektrische Ladung von der produktberührten Oberfläche der Emaillierung ab.
- Die verbleibende Restladung liegt bei etwa 1% der elektrischen Ladung einer konventionellen technischen Emaillierung.
Die CONDUSIST-Emaillierung besteht aus einer elektrisch ableitfähigen Grundemaillierung sowie mehreren Deckemailschichten, die ebenfalls elektrisch ableitfähig sind. Grund- und Deckemail enthalten netzwerkartig angeordnete keramische Partikel (nicht katalytisch wirkend!), die die elektrische Ladung an den Stahlkörper des emaillierten Apparates ableiten.
Wesentliche Vorteile von THALETEC CONDUSIST sind:
- Die gesamte Emailschicht ist elektrisch ableitfähig; dadurch bleibt die Ableitfähigkeit auch nach korrosivem Angriff des Emails bis zu dessen Nutzgrenze bestehen
- Chemische Beständigkeit von THALETEC CONDUSIST entspricht der des bekannten RAS GLASS
- CONDUSIST besitzt keine katalytische Wirkung
- Farbe Hellblau, ähnlich dem THALETEC TPE 2000 (Pharmaglass) für die Herstellung pharmazeutischer Wirkstoffe
- Es können alle relevanten Bauteile mit einer antistatischen Emaillierung auf der Basis von THALETEC CONDUSIST ausgeführt werden
- Emaillierung nach DIN EN ISO 28721-1
- CONDUSIST kann mittels Hochspannungsprüfung (5KV, Wechselspannung) geprüft werden. Ein Video, welches das Vorgehen beim Prüfen und den Nachweis von Schäden an der CONDUSIST Emaillierung verdeutlicht, ist auf YouTube verfügbar.
Erwähnenswert ist zudem, dass geteilte Rührer wie Multiflex und CryoTec ohne zusätzliche ableitfähige Elemente in der Welle-Nabe-Verbindung angewiesen sind, um die Ableitfähigkeit der Emaillierung des ührorgans zu gewährleisten.
Die Verwendung von CONDUSIST macht besonders auch in Mehrzweckanlagen (Multi-Purpose-Anlagen) viel Sinn. Dann, wenn die verfahrenstechnische Anlage auch auf wechselnde und nicht immer vorhersehbare Anforderungen in der Zukunft „reagieren“ muss, erweitert CONDUSIST den Anwendungsbereich wesentlich.
Einbauteile aus elektrisch ableitfähigem PTFE
Virginales PTFE (weiß) ist per se nicht elektrisch ableitfähig. Durch Zuschlagstoffe, die in die PTFE-Sintermasse einge bettet und dann beim Sintern des Bauteils darin eingebaut werden, kann PTFE elektrisch ableitfähig gemacht werden. Dabei ändert sich die Farbe der Bauteile von weiß in schwarz.
Einleitrohre
Einleitrohre, die dem Schutz von Behälterstutzen dienen und die eingeleiteten Medien (Flüssigkeiten oder Feststoffe) von der Behälterwand fernhalten, sind bei THALETEC sowohl in virginalem PTFE als auch elektrisch ableitfähig mit FDAzugelassenem PTFE für Nennweiten DN 25 bis DN 400 verfügbar (Ersatzteilkatalog K048).
Die geraden Einleitrohre sind in ihrer Länge so ausgelegt, dass sie in etwa doppelt so lang sind wie der zylindrische Bereich des jeweiligen Behälterstutzens.
Außerdem ist das Ende der Einleitrohre mit einem winkeligen Abschnitt versehen, um das definierte Abtropfen von Flüssigkeitsresten sicherzustellen.
Die elektrisch ableitfähigen Einleitrohre sind mit einer Erdungslasche versehen. Diese ist unbedingt erforderlich, um die Erdung des im Einbauzustand sonst nicht geerdeten Bauteils sicherzustellen.
Dichtungen
Flanschdichtungen elektrisch ableitfähig
THALETEC Flanschdichtungen sind ähnlich DIN 28148 ausgeführt und besitzen einen Wellring aus Edelstahl sowie Dichtungseinlagen aus einem geeigneten, temperaturbeständigen Weichstoff.
THALETEC bietet zwei Dichtungssysteme an: Das auf Aramidfaser beruhende System AGR (Flyer K025) sowie das auf expandiertem Graphit basierende GRX (Flyer K099). Beide Einlagewerkstoffe sind in ausreichendem Maße elektrisch ableitfähig und können mit Hilfe von metallischen Erdungslaschen geerdet werden.
Für besondere Anwendungen und höchste Anforderungen in Bezug auf die elektrische Ableitfähigkeit können zudem die aus PTFE mechanisch gefertigten Dichtungshüllen ebenfalls elektrisch ableitfähig (schwarz) ausgeführt werden.
Für Anwendungen, bei denen statische Ableitung notwendig und gefordert wird, können PTFE-umhüllte Flanschdichtungen für emaillierte Apparate und Rohrleitungen elektrisch geerdet werden.
Mit dem THALETEC ConduStrip kann jede PFTE-umhüllte Flachdichtung sogar nachträglich und direkt beim Einbau in die Flanschverbindung mit einer Erdungslasche versehen werden.
Der THALETEC ConduStrip besteht aus einem elektrisch leitfähigen, sehr reißfesten Band aus PTFE, welches bei der Montage der Dichtung zwischen Wellring und Weichstoffeinlage eingesteckt wird. Nach dem Anziehen der Flanschverschraubung ist der THALETEC ConduStrip sicher und formschlüssig in der Dichtung fixiert.
Der THALETEC ConduStrip kann mit der daran angebrachten Zahn Unterlegscheibe mit einer Flanschschraube verbunden werden. Alternativ ist eine Befestigungsmöglichkeit für ein angeschraubtes Erdungskabel vorhanden.
Der THALETEC ConduStrip kann bei allen von THALETEC zertifizierten und freigegebenen PTFE umhüllten Flanschdichtungen, die in Anlehnung an DIN 28148 ausgeführt sind, verwendet werden. Details zum ConduStrip finden Sie in Flyer K159.
ConduValve Elektrisch ableitfähig emaillierte Bodenauslaufventile
Die von THALETEC entwickelten und hergestellten Bodenauslaufventile „PremiumValve“ (Flyer K016) und „PremiumValve Pharma“ (Flyer K071) bewähren sich seit Jahren in allen erdenklichen Anwendungen in der chemischen und pharmazeutischen Industrie.
Der von THALETEC konzipierte modulare Baukastensystem ermöglicht es, das für die jeweilige Anwendung passend ausgestattete Bodenauslaufventil zu konfigurieren.
Unter dem Namen „ConduValve“ steht nun eine weitere Option zur Verfügung.
Das ConduValve ist für Prozesse konzipiert, bei denen das Risiko von elektrostatischen Entladungen vorhanden ist, beispielsweise bei der Verarbeitung von polaren Lösemitteln wie Toluol.
Kernstück des THALETEC ConduValve ist die Emaillierung: Alle medienberührten emaillierten Oberflächen sind mit dem elektrisch ableitfähigen THALETEC Condusist (Flyer K098) emailliert. Dies sind der Ventilstößel und der Ventilkörper. Darüber hinaus ist auch die Temperaturmessspitze QuickTip (Flyer K061) für das Temperaturmesssystem FlexSens (Flyer K053) mit dem ableitfähigen Condusist emailliert.
Vollständige Ableitfähigkeit wird weiterhin gewährleistet durch PTFE Bauteile aus FDA zugelassenem, elektrisch leitfähigen PTFE (Ventilsitz, reinigungsgerechter Wellbalg) sowie elektrisch ableitfähigen Flanschdichtungen THALETEC Conduseal (Flyer K100).
QuickTip TN –Elektrisch ableitfähig emaillierte Temperaturmessonden
Das THALETEC Temperaturmesssystem QuickTip (Flyer K061) bzw. QuickTip Tandem (Flyer K114) in Verbindung mit dem pT 100 Sensor FleXsens (Flyer K053) ist den meisten unserer Kunden bekannt. QuickTip und FlexSens stehen synonym für eine schnelle, genaue und verlässliche Temperaturerfassung in emaillierten Apparaten. 100% aller Temperaturmessstellen in emaillierten Apparaten wurden mit FlexSens Temperatursensoren ausgeführt und mehr al 80% auch mit der QuickTip Messspitze.
Die QuickTip Temepraturmessspitze ist nun im Standard elektrisch ableitfähig emailliert. Details dazu finden Sie hier.
Wichtig: Inertisierung „trotz“ Ableitfähigkeit weiterhin erforderlich
Hin und wieder wird von Herstellern emaillierter Apparate und Bauteile der Eindruck erweckt, dass bei Verwendung ableitfähiger Emaillierungen sowie ableitfähiger Einbauteile den Anforderungen des Explosionsschutzes ausreichend genüge getan wurde. Dem ist nicht so! Völlig unabhängig von den ergriffenen Maßnahmen ist es im Falle der Gefahr des Entstehens zündfähiger Atmosphären im Apparat grundsätzlich erforderlich, das Zündpotenzial zu vermeiden. Dies kann durch Inertisierung des Gasraumes des Apparates erfolgen.
Beratung gewünscht? Sprechen Sie uns an!
Dieser Beitrag beschreibt im Wesentlichen alle sinnvollen und zweckmäßigen technischen Lösungen, elektrische Ableitfähigkeit im emaillierten Apparat herzustellen und zu gewährleisten. Sprechen Sie unsere Experten an, falls noch Fragen offen sind.
Wenden Sie sich einfach an den für Sie zuständigen Gebietsleiter, wenn Sie weitere Beratung zum Thema Elektrostatik benötigen. Oder senden Sie eine kurze E-Mail an process(at)thaletec.com. Wir melden uns dann umgehend.