So sichert amixon® inertisierte Prozesse beim Mischen reaktiver Chemikalien ab

Inertisierung durch Vakuumtechnik

Beim Mischen, Trocknen und Synthetisieren reaktiver Chemikalien ist die Inertisierung des Prozessraums ein wesentliches Schutzprinzip. amixon® Mischer, Vakuummischer und Mischtrockner-Reaktoren können vakuumdicht ausgeführt werden. Dadurch lässt sich die im Mischraum vorhandene Atmosphäre zunächst evakuieren und anschließend gezielt durch ein Inertgas ersetzen.

Als Inertgase kommen – abhängig von Produkt, Verfahren und Sicherheitskonzept – beispielsweise Stickstoff, Kohlendioxid oder Edelgase infrage. Das Ziel besteht darin, den Sauerstoffgehalt im Prozessraum dauerhaft unter die für das jeweilige Stoffsystem maßgebliche Sauerstoffgrenzkonzentration zu senken. Unterhalb dieser Konzentration kann sich keine explosionsfähige Atmosphäre aus Brennstoff, Sauerstoff und Inertgas bilden. Die Sauerstoffgrenzkonzentration ist jedoch keine allgemeingültige Stoffkonstante: Sie muss für die konkrete Kombination aus Produkt, gegebenenfalls Lösemitteldampf und eingesetztem Inertgas unter festgelegten Prüfbedingungen bestimmt werden.

Die Inertisierung als Gesamtsystem

Die Wirksamkeit der Inertisierung hängt nicht allein von der Auswahl des Inertgases ab. Entscheidend sind die explosionsschutztechnischen Kenndaten der Einsatzstoffe, die Dichtheit des gesamten Apparates einschließlich Beschickung, Austrag und angeschlossener Peripherie, die Betriebsweise sowie eine geeignete Mess-, Steuer- und Überwachungstechnik.

amixon® Apparate können als geschlossene Prozesssysteme ausgeführt werden. Dazu gehören fugenfrei verschweißte Mischräume, oben gelagerte Mischwerke ohne untere Wellendurchführung sowie Inspektions- und Wartungstüren mit statischer OmgaSeal®-Dichtung. Je nach Aufgabenstellung können diese Anschlüsse gasdicht, vakuumdicht sowie druckfest oder druckstoßfest ausgeführt werden. Die langjährige Erfahrung von amixon® in der Verarbeitung anspruchsvoller Pulver, Reaktionsmassen und pastöser Produkte unterstützt die Entwicklung anwendungsbezogener Apparate- und Sicherheitskonzepte. Dabei wird die Inertisierung nicht als Einzelmaßnahme betrachtet, sondern als Teil eines geschlossenen, sicherheitstechnisch abgestimmten Gesamtsystems.

Eine sichere Inertisierung erfordert zudem ein abgestimmtes Vorgehen bei Beschickung, Evakuierung, Inertgaszugabe, Druckausgleich, Austrag und Reinigung. Der Sauerstoffgehalt muss an geeigneter Stelle zuverlässig erfasst und überwacht werden. Zusätzlich ist eine ausreichende Sicherheitsreserve zwischen der gemessenen Sauerstoffkonzentration im Betrieb und der experimentell ermittelten Sauerstoffgrenzkonzentration erforderlich.

Hybride Gemische sicher bewerten

Besondere Aufmerksamkeit erfordern sogenannte hybride Gemische. Sie entstehen, wenn gleichzeitig brennbarer Staub sowie brennbare Gase oder Lösemitteldämpfe im Prozessraum vorhanden sind. Solche Gemische können eine deutlich höhere Zündempfindlichkeit und Explosionsheftigkeit aufweisen als der Staub oder das Gas für sich allein. Sie können sogar explosionsfähig sein, obwohl sowohl die Staubkonzentration als auch die Gas- oder Dampfkonzentration unterhalb der jeweiligen unteren Explosionsgrenze liegen.

Für hybride Gemische sind allgemeingültige Aussagen nur begrenzt möglich. Die sicherheitstechnische Bewertung muss deshalb auf den tatsächlichen Einsatzstoffen, Konzentrationsbereichen, Temperaturen, Drücken und Betriebszuständen beruhen. In der öffentlich verfügbaren Fachliteratur stehen deutlich weniger abgesicherte Daten für hybride Gemische zur Verfügung als für reine Stäube oder reine Gas-Luft-Gemische.

Je nach Aufgabenstellung können daher gezielte Explosionsversuche notwendig sein. Dabei lassen sich unter anderem der maximale Explosionsdruck pmax, die maximale Druckanstiegsgeschwindigkeit sowie äquivalente KSt-Werte für das hybride Gemisch ermitteln. Diese Kenngrößen sind wichtige Grundlagen, um Gefährdungspotenziale zu beurteilen und Maßnahmen wie druckfeste Auslegung, Druckentlastung oder explosionsfeste Entkopplung sachgerecht zu dimensionieren. Für reine Staubexplosionen werden pmax und KSt in normierten Laborverfahren als Maß für die Explosionsheftigkeit bestimmt; bei hybriden Gemischen sind produktspezifische Prüfungen besonders wichtig.

Zündquellen vermeiden und Folgen begrenzen

Neben der Vermeidung explosionsfähiger Atmosphären durch Inertisierung gehört die Vermeidung wirksamer Zündquellen zum Schutzkonzept. amixon® Mischwerkzeuge können mit niedrigen Drehzahlen betrieben werden. Falls es das Prozesskonzept erfordert, kann die Umfangsgeschwindigkeit auf weniger als 1 m/s begrenzt werden. Dies reduziert mechanische Beanspruchungen und kann das Risiko zündwirksamer Reib-, Schlag- oder Funkenereignisse vermindern. Die konkrete Zündquellenbewertung bleibt stets anwendungsbezogen. Sie umfasst insbesondere mögliche elektrostatische Aufladungen, den Umgang mit Fremdkörpern, die Auslegung von Lagern und Dichtungen, die Temperaturüberwachung sowie die Auswahl und Ausführung elektrischer und mechanischer Komponenten.

Lässt sich eine explosionsfähige Atmosphäre auch mit einem vorbeugenden Schutzkonzept nicht sicher ausschließen, kann ein konstruktiver Explosionsschutz erforderlich werden. amixon® Apparate sind – abhängig von der Aufgabenstellung – druckfest oder druckstoßfest realisierbar. Die Apparateauslegung richtet sich nach den ermittelten Kenndaten des realen Stoffsystems, insbesondere nach pmax und KSt beziehungsweise den entsprechenden Kenngrößen des hybriden Gemischs. Eine Explosionsdruckentlastung ist nur als Bestandteil eines gesamtheitlich abgestimmten Konzepts sinnvoll. Zu berücksichtigen sind dabei unter anderem die sichere Abführung von Druck und Flammen, mögliche Staub- oder Produktemissionen, die Gefährdung von Personen, die Aufstellsituation sowie die Wechselwirkungen mit Filtern, Rohrleitungen, Beschickungs- und Austragseinrichtungen.

Sicherer Versuchsbetrieb bei amixon®

Vor Versuchen mit Gefahrstoffen findet bei amixon® ein gemeinsames Sicherheitsgespräch statt. Dabei werden Sicherheitsdatenblätter, vorhandene explosionsschutztechnische Kenndaten, mögliche Gefährdungen sowie zusätzliche Kundeninformationen geprüft. Gefahrstoffe dürfen erst nach schriftlicher Freigabe an amixon® versandt werden.

Das amixon® Technikum ermöglicht es, Mischversuche, Vakuumtrocknungen und Synthesereaktionen mit Originalprodukten unter realitätsnahen Bedingungen vorzubereiten und durchzuführen. Dabei können relevante Prozessgrößen systematisch erfasst und verfahrenstechnische Zusammenhänge frühzeitig untersucht werden. Alle wichtigen Prozessdaten werden digital aufgezeichnet und im Versuchsbericht dokumentiert. Die Versuchsergebnisse bilden eine belastbare Grundlage für die Auslegung des Produktionsapparats, die Festlegung sicherer Betriebsgrenzen, die Kostenkalkulation sowie die spätere industrielle Prozessführung.