Kleinstmengendosierung 4.0

Präzision und Sicherheit bei der Dosierung von Kleinstmengen

In Produktionsbetrieben der Pharma- und Lebensmittelindustrie werden neben Feststoffen und Gasen oft große Mengen Flüssigkeiten zwecks Batchprozessen mittels Pumpen gefördert und die Mengen über geeignete elektronische Messgeräte - z.B. Turbinenzähler oder Coriolis-Messgeräte - kontrolliert, geregelt und überwacht. Hierbei werden nicht zuletzt zur Qualitätssicherung und Rückführbarkeit die gemessenen Werte protokolliert und dokumentiert. Für diese Aufgabenstellung gibt es bewährte und zuverlässige Verfahren und Methoden. Welche zuverlässigen und präzisen Lösungen bieten sich jedoch für die Dosierung von Kleinstmengen von Flüssigkeiten aller Art?

Um was geht’s?

Geht es darum Kleinstmengen von z.B. Aroma- und Farbstoffe in der Lebensmittelindustrie, Additive in der chemischen und petrochemischen Industrie oder Wirkstoffe in der Pharma- und Kosmetikindustrie präzise und sicher zu dosieren, mangelt es oft an geeigneten Gerätschaften und da es sich ja „nur“ um Klein- und Kleinstmengen handelt, wird dieser Anwendung entsprechend wenig Beachtung geschenkt. Hier bietet die neue Pumpenfamilie WADose Lite äußerst flexible und präzise Dosierlösungen. Lite heißt hier nicht fettarm, abgespeckt und hinsichtlich Funktionen reduziert sondern einfach funktionell und unkompliziert in der Anwendung.

Präzision und Reproduzierbarkeit ist gefragt

Gerade bei Klein- und Kleinstmengen ist es besonders wichtig, sehr genau zu dosieren, denn wer möchte schon gerne ein mit Wirkstoff unterdosiertes Kosmetika oder Medikament, hellgraue Gummibärchen mit neutralem Geschmack, Speiseeis in Vanille-Cola oder ein durch Überdosierung materialschädigendes, ätzendes Spülmittel produzieren?
Ein weiterer Aspekt hinsichtlich der Präzision von Dosierungen ist der Kostenfaktor von manchen Additiven oder Rohstoffen. Denkt man beispielsweise an eine Dosierung von Rosenöl bei der Parfümherstellung, muss man tunlichst auf jedes Milligramm dieses Additivs achten, um die Kosten des Endproduktes sicher kalkulierbar zu halten.
Fazit: Genauigkeit und Präzision gerade bei kleinen Flüssigkeitsdosierungen ist eine der wichtigen Säulen in der Produktion.


Dosierlösung Version 0.1 beta

In vielen Fällen wird bei Kleinstmengen manuell dosiert, d.h. man wiegt oder misst von Hand die benötigte Flüssigkeitsmenge ab und gibt diese anschließend dem Batchprozess zu. Dieses Verfahren ist nicht zuverlässig. Qualitätsmängel können mangels fehlender Überwachung  entstehen. Dem Prozess können versehentlich falsche Mengen oder unpassende Additive zugefügt und damit eine komplette Produktionscharge unbrauchbar werden. Wenn man einen solchen Fall rechtzeitig erkennt, hat man noch Glück im Unglück und kann Schlimmeres verhindern.


Noch mehr lauernde Gefahren oder wo tut’s sonst noch weh?

Neben einer möglichen Fehldosierung wird ein weiterer Aspekt gerne vergessen: In manchen Fällen sind die zu dosierenden Flüssigkeiten nicht nur teuer und hochkonzentriert sondern auch toxisch und/oder ätzend. Als Beispiele sind hier Säuren bzw. Laugen genannt. Neben den toxischen Gefahren ist auch die Gefahr von Brand bzw. Explosion bei z.B. Lösemitteln gegeben, wodurch das manuelle Hantieren mit diesen Flüssigkeiten mit äußerster Vorsicht und entsprechenden Sicherheitsvorkehrungen zum Schutz von Personal und Anlage erfolgen muss. Kleinstmengendosierungen mit Ex-Schutz im Produktionsbereich? Geht!
Nicht zuletzt ist der Punkt der Reinheit und Sauberkeit der dem Prozess zuzuführenden Flüssigkeiten zu betrachten. Ein manuelles Handling (abfüllen, wiegen, umfüllen, dosieren) ist anfällig für Kontamination oder Verschmutzung der Additive, was wiederum zur Unbrauchbarkeit eines kompletten Batches führen kann.
Abgeschlossene Dosiersysteme mindern das Kontaminierungssrisiko oder schließen es sogar gänzlich aus.

Und dabei kann es so einfach sein…

Die Flusys GmbH hat sich neben ausgeklügelten und kundenspezifischen fluidtechnischen Systemen auf das präzise Dosieren und Fördern von Klein- und Kleinstmengen an Flüssigkeiten aller Art spezialisiert. Hierbei bedient man sich der bewährten Technik wie im großen Maßstab mit Pumpen und Coriolis-Durchflusssensoren, wobei diese Komponenten für Kleinstmengen ausgelegt sind. Hinsichtlich Pumpen greift man je nach Anwendung und Flüssigkeit auf unterschiedliche Pumpenprinzipien zurück; an erster Stelle stehen Kolben- und Zahnradpumpen aus einer eigens für Kleinstmengendosierungen konstruierten Pumpenfamilie gefolgt von individuellen OEM-Zahnradpumpenlösungen.

Nur wer misst, hat Präzision mit Sicherheit

Alle Systeme der Pumpenfamilie bringen im Standard die Unterstützung für eine einfache Anbindung eines Coriolis-Durchflussmessers der Baureihe mini-CORI FLOW mit sich, wodurch ein geregeltes Dosieren mit höchsten Genauigkeiten bis zu 0,2% erst möglich wird. Es sind keinerlei weitere externe und regelungstechnische Komponenten notwendig. Die Durchflussmenge wird ständig überwacht und die Pumpe entsprechend nachgeregelt. Einflüsse von Störgrößen - wie Lufteinschlüsse im Medium, Druck- und Temperaturschwankungen - gehören damit der Vergangenheit an.
Funktionen zur automatischen Batchdosierung sind integriert. Diese lassen sich spielend leicht an übergeordnete Prozessleitsysteme (z.B. SPS) anbinden. Neben diversen digitalen Schnittstellen stehen auch klassische Analogsignale (4-20 mA, 0-10 V) zur Verfügung. Auch eine PC-Anbindung oder die autarke Bedienung über die integrierte Tastatur ist generell möglich. Neben der Batchfunktion können Alarme wie obere und untere Grenzwerte zur weiteren Überwachung der Dosierung genutzt werden.
Allen Pumpen aus der Baureihe ist ein leuchtstarkes LC-Display, Folientastatur und innovative Bedienung gemein. Kann man eine Pumpe bedienen, kennt man auch die anderen, denn die strukturierte und durchdachte Benutzerführung ist bei allen Pumpen identisch. Nicht nur die Pumpe ist mit diesen Mitteln anpassbar – auch der angeschlossene Coriolis-Durchflusssensor lässt sich damit bequem und ohne weitere Hilfsmittel konfigurieren und einstellen. Genial: Zwei unterschiedliche Komponenten – ein flexibles und zuverlässiges Gesamtsystem in Einklang mit der Anwendung. Harmonischer kann ein Dosiersystem nicht sein!

Die Doppelkolbenpumpe – der Partner für genau dosierte Kleinstmengen

Die pulsationsarme Hochdruckdosierpumpe der Pumpenfamilie arbeitet präzise - je nach Pumpenkopf zwischen 0,001 ml/min und 40 ml/min und das bei Drücken von Atmosphäre bis zu 400 bar. In einer speziellen Ausführung sind sogar Bereiche ab 0,02 µl/min machbar – der Antrieb mittels Schrittmotor macht’s möglich und erlaubt eine stattliche Dynamik der Pumpe von bis zu 1:2000.
Je nach Fluid und Materialbeständigkeit kann eine Pumpenkopfvariante aus Edelstahl oder auch Peek zum Einsatz kommen. Ein integrierter Drucksensor dient der Sicherheit und findet bei Bedarf auch für eine druckgeregelte Dosierung Verwendung. Maximale und minimale Druckgrenzen sind zum Schutz des Systems (Überdruck sowie Trockenlauf) vom Anwender einstellbar.

Die Zahnradpumpe – der pulsationsarme Allrounder

Ist der Durchfluss der Kolbenpumpe zu klein oder die Viskosität der Flüssigkeit groß, greift man gerne zur Zahnradpumpe. Fördermengen bis 8.000 ml/min und Drücke bis 17 bar bei Viskositäten von 0,3 bis 10.000 mPa.s sind damit möglich. Der als Antrieb fungierende bürstenlose Gleichstrommotor sorgt für eine sehr pulsationsarme Förderung der Flüssigkeit über den gesamten Dosierbereich. Die Zahnradpumpe ist selbstansaugend und für Systemdrücke bis zu 34 bar geeignet. Die Dynamik beträgt je nach Pumpenkopf zwischen 1:5 und 1:10. Höhere Dynamiken können unkompliziert durch einen zur jeweiligen Anwendung entsprechend passenden und ggf. sogar gesteuerten Bypass zur Pumpe erreicht werden.
Mittels einem extern anschließbarem Drucksensor mit Standardsignal 4-20 mA kann - wie bei der Kolbenpumpe auch - der minimale und maximale Druck eingestellt und überwacht werden.


FLEXIBILITÄT und SERVICE großgeschrieben

Sowohl die Hochdruckkolbenpumpe als auch die kompakte Zahnradpumpe erlauben anwenderseitig den Pumpenkopfwechsel. Nicht nur seitens eines Servicefalles kann der Pumpenkopf einfach und unkompliziert gewechselt werden. Oftmals ändern sich während Anlagenoptimierungen oder aus verfahrenstechnischen Gründen die notwendigen Durchflussmengen. Hier bieten sowohl die Kolbenpumpe als auch die Zahnradpumpe höchste Flexibilität mit jederzeit möglichem Wechsel der Pumpenköpfe und damit Änderung der Förder- und Druckraten: Der Pumpenkopf wird mit wenigen Handgriffen getauscht und der Bereich des neuen Pumpenkopfes über das Bedienmenü der Pumpe eingegeben. Damit ist die Pumpe blitzschnell für neue Aufgaben gerüstet.

OEM-Lösungen - wenn der Standard mal nicht passt

Passt keine Standard-Dosierlösung über die Pumpenfamilie, werden individuelle Lösungen hinsichtlich der Anwendung in enger Zusammenarbeit mit dem Kunden erarbeitet. Dies betrifft sowohl die räumlichen und steuerungstechnischen Gegebenheiten als auch die verfahrenstechnischen Anforderungen hinsichtlich Durchfluss, Druck, Temperatur, Fluideigenschaften, etc.
Geht nicht, gibt’s nicht – es findet sich für Dosieraufgaben im Klein- und Kleinstmengenbereich immer eine passende und funktionelle Lösung!

 

Link zu den Produkten: Flüssigkeiten-Produktreihe Pumpen/Systeme/HPLC

Veröffentlichung in der Chemie Technik im November 2016 - Link zum Beitrag