Leichte Ventile für eine effiziente Salben-Produktion

Bei der Herstellung von Arzneimitteln, Kosmetika, Lebensmitteln und Getränken sind Membranventile unabdingbar, vor allem wenn es um sterile Prozesse oder pharmazeutische Anwendungen geht. Die hier meist eingesetzten Membranventile mit herkömmlichem Schmiede- oder Gussgehäuse verbrauchen aber nicht nur bei der Herstellung viel Energie, auch bei SIP-Prozessen werden große Mengen teuren Reinstdampfes benötigt. Gleichzeitig verkürzt sich die Zeit, in der produziert werden kann, da sich die Gehäuse wegen ihrer hohen thermischen Masse nur langsam erhitzen und abkühlen. Innovative, deutlich leichtere Rohrumformgehäuse sind hier eine praxisgerechte Alternative, zum Beispiel in Mischsystemen für pharmazeutische Cremes und Salben.

Die Fluidikexperten von Bürkert Fluid Control Systems beschäftigen sich schon seit vielen Jahren intensiv mit der Optimierung der Gehäusetechnik für Membranventile, um in verfahrenstechnischen Anlagen nachhaltigere Prozesse zu ermöglichen. Heute sind die Rohrumformgehäuse (Tube Valve Body, TVB) bereits in der 3. Generation auf dem Markt und dank der Anwendungserfahrung der Fluidikexperten optimal an ihren Einsatzbereich in Pharma-, Food- und Kosmetikindustrie angepasst. Ohne Schweißnähte im Membran-Medienbereich und mit hoher Oberflächenqualität sind die Membranventile vom Typ 2103 mit ELEMENT-Aktor und Steuer- bzw. Rückmeldekopf mittlerweile technisch den herkömmlichen Schmiedegehäusen mehr als ebenbürtig. Sie erfüllen die anspruchsvollen Regularien der Branche und können vor allem wesentlich dazu beitragen, die Betriebskosten zu senken und die verfügbare Produktionszeit zu erhöhen. Das haben sie mittlerweile in zahlreichen Einsatzfällen bewiesen, was schließlich auch den Anlagenhersteller symex überzeugte.

Für symex als Hersteller von Misch- und Homogenisieranlagen mit modernsten und wegweisenden Technologien zur Sicherstellung höchster Effizienz, Flexibilität, Reproduzierbarkeit, Qualität und Prozesssicherheit ist der Einsatz modernster Komponenten, wie die Bürkert-Membranventile, ein essenzieller Baustein des erfolgreichen Gesamtkonzeptes. Joachim Schult, Projektleiter bei symex berichtet: „Für einen mittelamerikanischen Pharmahersteller, der seine Produktionskapazität erweitern wollte, sollten wir ein neues, effizientes Mischsystem für flüssige bis halbfeste Cremes und Salben bauen, die unter FDA-Regularien und GMP-Compliance fallen. In der Anlage sind größtenteils Membranventile im Einsatz und bei der Marktsondierung stießen wir schnell auf den Tube Valve Body. Zudem arbeiten wir schon etliche Jahre mit den Fluidikexperten zusammen und schätzen deren Know-how sowie die technisch fundierte Beratung. Beim TVB hat uns und unseren Kunden vor allem der Gewichtsvorteil überzeugt.“

Gewichtsvorteile, die sich rechnen
Leichtere Ventile bringen gleich mehrere Vorteile. Sie lassen sich einfacher transportieren und installieren. Außerdem sind zusätzliche Abstützungen oft nicht notwendig, was Konstruktion und Montage im Anlagenbau deutlich vereinfachen kann. Zudem ist auch die thermische Masse des TVB geringer als bei konventionellen Schmiede- und Gussvarianten, ein Vorteil, der umso deutlicher wird, je größer die Nennweite ist. Bei einem 2-Zoll-Ventil (DN 50) beispielsweise, das in den Mischsystemen mehrfach verbaut ist, kann die Gewichtsreduktion bis zu 75 Prozent betragen. Die Gehäuse heizen sich dadurch schneller auf und kühlen auch schneller wieder ab, was sich positiv auf die Betriebskosten auswirkt, weil sich bei CIP-/SIP-Prozessen deutliche Einsparungen ergeben. Gleichzeitig wird die Produktion nachhaltiger; der CO2-Äquivalent-Fußabdruck des Herstellungsprozesses reduziert sich. Zusätzlich steigt die Produktivität der Anlage, da sich durch den schnellen Aufheiz- und Abkühlprozess die Nebenzeiten für die Reinigung verkürzen. Je öfter gereinigt werden muss, desto mehr profitiert der Anwender davon.

Weniger Stress für die Membranen
Das geringere Gewicht der Membranventile hat aber noch einen weiteren Effekt: Durch das schnellere Aufheizen und Abkühlen reduziert sich der thermische Stress für die temperaturempfindlichen Membranen. Sie halten deutlich länger als das bei anderen Gehäuseausführungen üblich ist. Je nach Anwendung kann ihre Lebensdauer dadurch mehr als verdoppelt werden, was die notwendigen Servicezyklen deutlich verlängert.

Die beiden Mischsysteme, die symex für den mittelamerikanischen Pharmahersteller liefert, haben eine Kapazität von 600 bzw. 6.000 l und wurden optimal auf die cremig pastösen Produkte abgestimmt. Insgesamt sind in ihnen 221 Membranventile von DN 15 bis DN 50 verbaut, ausschließlich Ausführungen mit den leichten Rohrumformgehäusen. „Auch bei größeren Nennweiten setzten wir Membranventile von Bürkert ein“, ergänzt Schult. „Hier allerdings in konventioneller Gehäusetechnik, weil es TVB-Gehäuse bis vor Kurzem nur bis DN 50 gab.“ Mittlerweile ist TVB bis 4“ ASME DN80 lieferbar.

Technikkasten: Ein Stück Rohr als Gehäuse
Die Membranventilgehäuse werden im Rohrumformverfahren, auch bekannt unter dem Begriff Hydroforming, hergestellt. Das heißt, ein metallisches Rohr wird in einem geschlossenen Werkzeug durch inneren Druck in mehreren Schritten inklusive Wärmebehandlung zum Ventilgehäuse geformt. Die Vorteile des Verfahrens liegen auf der Hand. So können beispielsweise für die Hydroform-Gehäuse der Ventile die gleichen Rohrmaterialien verwendet werden, die in der Anlage eingesetzt sind. Montage oder Schweißoperationen wie bei einer Halbschalenbauweise sind nicht mehr notwendig. Das spart die sonst üblichen Montage- oder Schweißoperationen und die Gehäuse wiegen kaum mehr als ein Rohr gleicher Länge. Auch die große Präzision und Wiederholgenauigkeit bei der Fertigung sprechen für das Verfahren. Die daraus resultierende hohe Produktqualität ist ein entscheidendes Kriterium; schließlich ist die zuverlässige Funktion der Membranventile im späteren Betrieb ausschlaggebend für die Prozesssicherheit in der Anwendung. Dazu gehört natürlich auch die durchgängige Dokumentation während des Fertigungsprozesses und die Zertifizierung für den jeweiligen Einsatzbereich.