Per gli essiccatori-miscelatori sottovuoto con rapidi cambiamenti di temperatura sono adatte soprattutto le tenute meccaniche sostenute da soffietto metallico, nonché i sistemi di tenuta meccanica doppia con fluido barriera controllato. In presenza di elevati requisiti di purezza, o quando deve essere escluso l'ingresso di un liquido barriera nel prodotto, entrano in considerazione tenute a barriera di gas oppure, in condizioni di esercizio idonee, tenute lubrificate a gas. La scelta non deve tuttavia mai basarsi soltanto sulla temperatura massima. Sono determinanti l'intero profilo di temperatura, il livello di vuoto, la velocità di giro e il movimento assiale dell'albero di miscelazione, la resistenza chimica verso prodotto, solvente e mezzi di pulizia, la tenuta richiesta, il fabbisogno di ATEX e inertizzazione, nonché il concetto di pulizia e manutenzione.

La tenuta dinamica dell'albero è, nell'essiccatore-miscelatore sottovuoto, il punto di tenuta più esigente. Deve rendere a tenuta l'albero di miscelazione rotante rispetto al vano sottovuoto e al tempo stesso assorbire i movimenti relativi tra albero, cassa della tenuta, supporto e recipiente. Quando il mantello o il prodotto in miscelazione vengono riscaldati o raffreddati rapidamente, questi componenti si dilatano in misura diversa e con uno sfasamento temporale. L'albero può allungarsi assialmente, la cassa può deformarsi radialmente e nella zona della tenuta possono insorgere elevati gradienti di temperatura. Una tenuta non idonea può quindi disallinearsi, perdere precarico, usurarsi eccessivamente o causare perdite.

Per applicazioni di questo tipo è particolarmente adatta una tenuta meccanica a soffietto metallico. Il soffietto metallico assorbe la mobilità assiale e fornisce il precarico delle superfici di scorrimento. Può così compensare le variazioni di lunghezza termiche dell'albero senza richiedere O-ring elastomerici dinamicamente scorrevoli sull'albero. Proprio questi O-ring elastomerici dinamici possono risultare problematici in presenza di forti cambiamenti di temperatura, solventi aggressivi, adesioni di prodotto o depositi. Possono rigonfiarsi, ritirarsi, indurirsi oppure essere ostacolati nel movimento da attrito e depositi. Le tenute a soffietto metallico evitano in larga misura questo rischio e vengono perciò impiegate per vuoto, alte temperature, prodotti chimici aggressivi e condizioni di processo fortemente variabili.

Il soffietto metallico stesso deve essere realizzato in un materiale resistente al mezzo interessato e ai cambiamenti di temperatura che si verificano. A seconda dell'applicazione entrano in considerazione acciai inossidabili altolegati o leghe a base di nichel. La scelta dipende tra l'altro da acidi, basi, cloruri, solventi, temperatura, umidità, possibile tensocorrosione e dal numero atteso di cicli termici. Altrettanto importante è la scelta delle superfici di scorrimento. Accoppiamenti di materiali duri come carburo di silicio, carburo di tungsteno o materiali a base di carbonio possono essere impiegati a seconda dello stato di lubrificazione, dell'abrasività, del vuoto, della temperatura e della contaminazione ammessa. Non esiste un accoppiamento di materiali universalmente valido, perché l'idoneità dipende fortemente da prodotto, velocità di giro e condizioni di esercizio.

Per gli essiccatori-miscelatori sottovuoto esigenti, una tenuta meccanica a doppio effetto è spesso la soluzione complessiva più robusta. È costituita da due stadi di tenuta disposti in serie con uno spazio intermedio controllato. Questo vano barriera può essere esercito con un liquido barriera o con gas barriera. Il secondo livello di tenuta migliora la sicurezza di processo, rende più difficile l'ingresso di aria ambiente nel processo sottovuoto e limita, in caso di guasto, una possibile fuoriuscita di prodotto verso l'ambiente. Ciò è particolarmente rilevante per prodotti tossici, infiammabili, dall'odore intenso o di elevato valore.

In una tenuta doppia con barriera liquida, il fluido barriera svolge diverse funzioni. Lubrifica e raffredda le superfici di scorrimento, asporta il calore di attrito e può attutire le variazioni di temperatura nella zona della tenuta. Un termosifone o un gruppo di ricircolo esterno provvede a mantenere pressione, temperatura, livello del liquido ed eventualmente portata entro l'intervallo richiesto. Proprio in presenza di rapidi cambiamenti di temperatura, la termoregolazione controllata del fluido barriera può migliorare sensibilmente la durata della tenuta. Il carico termico sulle superfici di scorrimento interne viene ridotto, gli elementi di tenuta secondari vengono risparmiati e il rischio di deformazioni nella zona della tenuta diminuisce. Le tenute doppie a soffietto metallico combinano così la capacità di compensazione termica del soffietto con la funzione aggiuntiva di sicurezza e monitoraggio di un sistema barriera.

La pressione di barriera deve essere adattata al concetto di tenuta e alla pressione di processo. In una barriera liquida in pressione, la pressione di barriera viene di norma mantenuta al di sopra della pressione di processo. In esercizio sottovuoto va verificato in particolare se, in caso di trafilamento interno, il fluido barriera possa entrare nel prodotto. Nei processi farmaceutici, chimico-fini o ad alta purezza il fluido barriera deve quindi essere valutato nell'ambito dell'analisi di containment, pulizia e rischio. A seconda dell'applicazione possono essere impiegati per esempio un olio termico idoneo, una miscela acqua-glicole o un fluido barriera accettabile dal punto di vista farmaceutico. La scelta dipende da quale conseguenza avrebbe un eventuale ingresso in tracce nel prodotto.

Se l'ingresso di un liquido barriera è indesiderato o non ammesso, può essere opportuna una tenuta meccanica doppia a barriera di gas. In questo caso viene spesso impiegato azoto come gas barriera. Il flusso di gas forma una barriera definita tra processo e ambiente e può contribuire contemporaneamente all'inertizzazione. Ciò è vantaggioso per prodotti sensibili all'ossidazione o all'umidità nonché per solventi infiammabili. In presenza di rapidi cambiamenti di temperatura, tuttavia, l'alimentazione del gas deve essere regolata in modo particolarmente stabile, perché pressione e volume del gas variano con il riscaldamento e il raffreddamento. Pressione del gas barriera, consumo, temperatura nel vano tenuta ed evacuazione di eventuali flussi di trafilamento dovrebbero essere monitorati. Un sistema di tenuta a secco per essiccatori-miscelatori con barriera di azoto o aria può utilizzare la pressione nel vano tenuta come indicatore di stato ed è disponibile appositamente per applicazioni con grandi variazioni di temperatura e dilatazioni termiche.

Le tenute lubrificate a gas, senza contatto – spesso denominate dry-gas-seal – sono una forma speciale della tecnica a barriera di gas. Superfici di scorrimento appositamente strutturate generano, con una rotazione idonea, un sottile cuscino di gas. Le superfici di scorrimento in esercizio normale non si toccano quasi più. Ciò riduce attrito, usura e apporto di calore. Tali sistemi possono essere interessanti in presenza di requisiti di purezza molto elevati e condizioni di esercizio idonee. Richiedono tuttavia superfici di tenuta prodotte con precisione, un'alimentazione di gas stabile, una regolazione sicura della pressione e condizioni di esercizio sufficienti. Per organi di miscelazione a bassa velocità e alta coppia non ogni tenuta lubrificata a gas è ugualmente adatta. L'idoneità concreta deve quindi essere valutata con il produttore della tenuta e tenendo conto degli stati di avviamento, arresto ed esercizio di emergenza.

Oltre alla tenuta dinamica dell'albero, tutti i collegamenti statici devono essere a tenuta di vuoto. Ne fanno parte i coperchi dei passi d'uomo, gli sportelli di ispezione, gli spioncini, le flange, gli attacchi dei sensori, le casse dei filtri, gli attacchi del mantello riscaldante e gli organi di scarico. Per queste applicazioni sono disponibili materiali di tenuta diversi. L'FFKM è adatto a prodotti chimici molto aggressivi, alte temperature e mezzi di pulizia esigenti. L'FKM è una soluzione economica e diffusa per molti solventi organici, oli e temperature da moderate a più elevate. L'EPDM è particolarmente adatto ad acqua calda, vapore e mezzi di pulizia acquosi, ma è inadatto a molti oli, grassi e solventi apolari. Il PTFE e il PTFE modificato possiedono una resistenza chimica molto ampia e una bassa reattività, ma per via del loro comportamento di scorrimento a freddo richiedono un adeguato sostegno costruttivo. Anelli metallici a C, anelli a E o guarnizioni a spirale possono essere opportuni con alte temperature, elevate differenze di pressione o requisiti particolarmente elevati di stabilità dimensionale, ma pongono requisiti più elevati a geometria delle flange, qualità superficiale e forze di serraggio.

Nelle tenute statiche la corretta geometria della scanalatura è importante quanto il materiale. La guarnizione deve restare sufficientemente compressa su tutto l'intervallo di temperatura, ma non deve essere sollecitata così tanto da venire danneggiata da cambiamenti di temperatura, rigonfiamento o deformazione permanente. Un grado di compressione definito, una profondità e larghezza di scanalatura idonee, superfici pulite, un serraggio uniforme delle flange e coppie di serraggio controllate sono quindi presupposti essenziali per una tenuta di vuoto duratura. Nei collegamenti critici, guarnizioni rivestite in PTFE con anima elastica o guarnizioni con supporto metallico possono unire i vantaggi di un'elevata resistenza chimica a una maggiore stabilità dimensionale.

L'integrazione costruttiva della tenuta nell'essiccatore-miscelatore sottovuoto è importante almeno quanto la tenuta stessa. La zona della tenuta dovrebbe essere temperata nel modo più uniforme possibile, affinché albero, cassa della tenuta e flangia non lavorino con temperature fortemente diverse. Un raffreddamento o una termoregolazione mirata della cassa della tenuta può mantenere entro l'intervallo ammesso la temperatura delle tenute secondarie, dei supporti e delle superfici di scorrimento. Allo stesso tempo le dilatazioni termiche assiali e radiali dovrebbero essere considerate in fase costruttiva. Gli alberi di miscelazione di grandi dimensioni possono allungarsi sensibilmente in presenza di forti differenze di temperatura. Le tenute a soffietto metallico sono particolarmente adatte a questo scopo, perché possono assorbire elasticamente il movimento assiale. Un esempio di tenuta per essiccatori e reattori orizzontali è espressamente progettato per mantenere in modo sicuro il vuoto durante grandi variazioni di temperatura e dilatazioni termiche.

Un concetto di tenuta solido richiede inoltre un monitoraggio continuo dello stato. Nei sistemi a barriera liquida dovrebbero essere monitorati almeno pressione di barriera, temperatura, livello ed eventualmente portata. Nei sistemi a barriera di gas sono rilevanti pressione del gas, consumo di gas, qualità del gas e convogliamento dei gas di scarico. Inoltre, la pressione differenziale tra processo, vano barriera e atmosfera, la temperatura sulla cassa della tenuta, la temperatura del supporto, le vibrazioni e la coppia motrice possono fornire indicazioni importanti su usura, perdite, adesioni di prodotto o disallineamento dell'albero. Limiti di allarme, logica di arresto, intervalli di ispezione e un concetto di manutenzione preventiva dovrebbero essere definiti già in fase di progettazione.

Nella pratica, per un essiccatore-miscelatore sottovuoto con cambiamenti di temperatura frequenti e rapidi, una tenuta meccanica doppia a soffietto metallico con sistema barriera monitorato è spesso la soluzione di partenza preferita. Assorbe i movimenti termici dell'albero, evita O-ring elastomerici dinamicamente scorrevoli e offre, con il secondo livello di tenuta, un'elevata sicurezza di processo. Un'esecuzione con barriera liquida è vantaggiosa quando raffreddamento e lubrificazione delle superfici di scorrimento sono particolarmente importanti e può essere tollerato un fluido barriera compatibile. Un'esecuzione con barriera di gas è preferita quando un fluido barriera nel prodotto è indesiderato o quando il processo viene comunque inertizzato con azoto. Per cambiamenti di temperatura estremi, mezzi aggressivi ed elevati requisiti di vuoto, le esecuzioni sostenute da soffietto metallico sono di norma più robuste delle classiche tenute a spinta con elastomeri dinamicamente mobili.