Betriebstechnik 2 - ZHAW

• Schutzart IP 1. Kennziffer
  • Schutz gegen Berührung (unterteilt in 6 Gruppen von Berührungsmöglichkeiten)
• Schutzart IP– 2. Kennziffer
  • Schutz gegen Wasser(unterteilt in 6 Gruppen von Wassereindringungsmöglichkeiten)

Ein voreilender Kontakt stellt eine Erdungsverbindung her. Weil es wichtig ist, dass dieser Kontakt zuerst hergestellt wird (bevor Strom fliesst) wird dieser Kontakt so gebaut, dass der Erdungskontakt sich als erster herstellt (voreilend).

Bei der Schutzerdung wird aus einem Körperschluss ein Erdschluss (Strom fliesst über die Erdungsleitung anstelle des anderen Pols). Der Fehlerstrom, der über die Erdungsleitung fließt, bringt das nächst vorgeschaltete Sicherungsorgan (Sicherung, LS-Schalter) zum Abschalten.

\(η = {ΔPab\overΔPzu}*100\)

Beim Nutzungsgrad wird der Leerlaufverbrauch zusätzlich miteinberechnet.

\(η={ΔEnutz\overΔEzu}* 100\)

Es gibt verschiedene Arten für die Entlüftung von Rohrleitungen. Für kalte Fluide sind die folgenden Möglichkeiten gut geeignet:

• Manuelle Entlüftung mit einem Entlüftungshahn (auch für warme Fluide möglich)
• Schwimmerkugel Entlüftungsventil: Schwimmerkugel versperrt das Ventil wenn die Kammer Flüssigkeitsgefüllt ist (Kugel schwimmt auf Wasser), wenn Luft in der Leitung ist, ist das Ventil offen und die Luft kann entweichen.

Für heisse Fluide ist folgende Apparatur geeignet:

• Ein Dehnkörper kann sich ausdehnen, wenn Wasser (hohe spez. Wärmekapazität) mit dem Dehnkörper in Berührung kommt. Dieser verschliesst dann den Dampf bzw Luftzu- und -austritt. Wenn Luft den Entlüfter durchfliesst, reicht dessen Wärmekapazität nicht aus, den Dehnkörper ausdehnen zu lassen.

Allgemein können drei Kategorien von Wasserarten beschrieben werden:

• Betriebswasser oder Fabrikwasser (- Brauch- oder Nutzwasser)
  • nicht für den menschlichen Genuss vorgesehen
  • muss hygienische und technologische Mindestanforderungen erfüllen (entsprechend der Verwendung)
• Trinkwasser
  • Trinkwasser ist Wasser, das natürlich belassen oder nach Aufbereitung bestimmt ist zum Trinken, zum Kochen, zur Zubereitung von Speisen sowie zur Reinigung von Gegenständen, die mit Lebensmitteln in Berührung kommen
• Wasser nach Arzneibuch (Pharmakopöe)

• Grundwasser/Brunnenerfassung
• Quellwasserfassung
• Seewasserfassung

• Vollentsalztes Wasser VE
• Osmosewasser

Nach Pharmakopöe

• Gereinigtes Wasser Purified Water (PW)
• Hochgereinigtes Wasser Highly Purified Water (HPW)
• Wasser für Injektionszwecke Water for Injektion (WFI)

Endotoxine sind eine Klasse in der Natur vorkommender chemischer Verbindungen. Sie sind Zerfallsprodukte von Bakterien, die im Menschen zahlreiche physiologische Reaktionen auslösen können.

Es sind eine Vielzahl von Verfahren möglich

• früher nur Destillation zugelassen, darum noch viele Destillationsanlagen (einstufige und mehrstufige)
• Als Speisewasser wird GE-Wasser (Gereinigtes Wasser) verwendet
  • GE: Enthärtung, Entfernung von CO₂, Chlor, Ionenaustauscher, Umkehrosmose, Elektrodeionisation, Ultrafiltration, Membranentgasung
• Membranverfahren werden nebst Destillation eingesetzt
• Verteilung mit Ringleitung (Wasser stets in Bewegung)

EP: Europäische Pharmakopöe

USP: amerikanisches Arzneibuch

Es wird unterschieden zwischen Heiss- und Kaltlagersystemen

• Kaltlagerung: Lagerung bei Normaltemperatur
  • Erhöhtes Verkeimungsrisiko
  • UV/Ozonierung gegn Keimentwicklung
• Heisslagersystem
  • Lagerung bei Temperaturen >70°C
  • selbsanitisierendes System
  • keine weiteren Massnahmen zur Keimreduktion nötig

Die Verteilung erfolgt über Ringleitungen, welche das Wasser stets in Bewegung halten. MO können sich so schwer an die Innenfläche der Rohre anheften, Sanitisierungsmassnahmen können einfacher und zentral durchgeführt werden.

Die Verteilung erfolgt über:

• Kalte Lagerung, kalte Verteilung
• Heisse Lagerung, kalte Verteilung
• Heisse Lagerung, heisse Verteilung
• Mischformen

Bei kalten Entnahmestellen werden Heisskreisläufe auf Entnahmetemperatur herunter gekühlt.

Die 6d-Regel wird bei gereinigtem Wasser eingesetzt. Die Länge der Entnahmeleitung darf maximal 6 mal dem Durchmesser der Entnahmeleitung entsprechen. Zu Beachten ist dabei, dass die Länge am Mittelpunkt der Hauptleitung gilt

Die 3-d Regel wird bei WFI eingestetzt. Analog der 6-d Regel, jedoch gilt die Länge ab der Aussenseite der Hauptleitung.

Nassdampf enthällt kleine Tröpfchen Wasser, diese Tröpfchen strömen mit dem Dampf und können mit der Zeit Leitungen, Ventile und andere Armaturen beschädigen, indem sie mechanisch auf Oberflächen treffen. Dieses nennt sich Wasserschlag. In Wärmetauschern, in denen die Wärme indirekt übertragen wird, reduziert ein schlechter Dampftrockenheitsgrad den Wärmeübergang.

Beim Dampfschlag (= Kavitation) implodieren Dampf- bzw. Gasblasen im Wasser. Dadurch etstehen "Mikrojets" im Wasser, welche mit hoher Geschwindigkeit auf Oberflächen treffen und diese dadurch berschädigen. Dampfschlag kann in Dampfleitungen auftreten, wenn der Dampf durch stehende Wasserreste durchtreten muss oder bei Pumpen, wenn durch Unterdruck Ausgasungen entstehen.

Der Wasserschlag entsteht in Dampfleitungen, wenn restliches Wasser mitgerissen wird und der Wasserpfropf mit hoher Geschwindigkeit auf eine Oberfläche trifft.

Der Graudampf bzw. Reindampf liegt in seiner Kondensatqualität zwischen dem Heizdampf (Schwarzdampf) und dem Reinstdampf (Weissdampf). Er kann für Prozesse, die ausserhalb des Sterilbereichs laufen verwendet werden, zB für flüssige oder feste orale Präparate. Für produktberührende Bereiche aus der Sterilproduktion muss Reinstdampf verwendet werden.

1. Zuführung von Wärmeenergie
2. Erreichung des Siedepunkts -> Wasser verdampft zu Dampf, wobei die Temperatur gleich bleibt.
3. evtl. Erhitzung des Dampfs zu Heissdampf

Bei Sattdampf beträgt der Anteil von Wasserdampf 97- 98% mit 2-3% nicht verdampftem Wasser. Der Dampf ist dadurch sichtbar. Die Sattdampftemperatur hängt vom Druck ab. Dichte und Volumen korrelieren dabei reziprok zueinander. Mit höherer Temperatur wird entgegen der Intuition nicht mehr Wärme transportiert.

5 bar Überdruck, 160 °C

Rohwasser wird aufbereitet und anschliessend in einem Kessel gelagert. In diesem wird auch das Kondensat des Dampfes aufgefangen. Das Wasser passiert den Economizer, den Vorerwärmer, bevor es zum Brenner gelangt. Dort wird das Wasser erhitzt wodurch Dampf entsteht.

Es gibt Abschlammventile, um Verunreinigungen abzulassen.

• Grossraum-Wasserkessel
  • hohe Leistung, bis 32 barÜ
  • gleicht Schwankungen gut aus
  • hohe Energiespeicherung
• Schnelldampferzeuger
  • tiefere Leistung
  • bis 20 barÜ
  • schlecht geeignet gegen Schwankungen
• Reindampferzeuger
  • tiefere Leistung, bis 10 barÜ
  • Trennung von Schwarz- und Weissdampf
  • z.B. für Sterilisieren geeignet
  • Dampfleitungen aus Edelstahl
• Elektrodampferzeuger
  • sehr tiefe Leistung, bis 5 barÜ
  • Energetisch mittelmässig
• verschiedene, andere Möglichkeiten

• Leicht herstellbar, reichlich Verfügbar
• Temperaturregelung über Druck
• hohe Energiedichte
• strömt selbstständig zum Verbraucher
• Wärmeabgabe bei konstanter Temp

• Sattdampf: Dampf mit 2% sichtbarem Wasseranteil
• Überhitzter Dampf: Heissdampf, 0% sichtbarer Wasseranteil
• Nassdampf: schlechte Dampfqualität mit mehr als 2% sichtbarem Wasseranteil

• Schwarzdampf: Dampf in einem Kessel/Rohren aus "schwarzem" Stahl
• Sauberer Dampf: Dampf mit einem Filter gereinigt (1 um Porengrösse), danach rostfreie Armaturen und Leitungen
• Reindampf: in komplett rostfreiem System erzeugt
• Reinstdampf:Absolut reiner Dampf nach US-Norm zur Erzeugung von WFI-Wasser

• Niederdruckdampf: mit max Überdruck von 0.5 bar
• Hochdruckdampf: mit Überdruck von > 0.5 bar
• Vakuumdampf: Dampf mit absolutem Druck von < 0.99 bar

Mit Gefälle von 1%. Entwässerungspunkte am tiefsten Punkt. Leitungen zuerst nach oben weg, damit kein Kondensat in die Leitung fliessen kann. Leitungen gerade (ohne Durchhänger), damit sich keine Wassersäcke bilden können.

Kondensatableiter mit genügend Durchmesser, damit das Kondensat richtig abfliessen kann.

Wassersäcke beschreiben Wasser, das von Dampf mitgerissen wird und dadurch hohe Geschwindigkeiten vom Wasser verursachen können, was zu Schäden an den Leitungen führen kann. Wassersäcke können durch richtige Installation von Leitungen und Armaturen verhindert werden.

Die Implosion von Dampfblasen in kaltem Medium wird als Dampfschlag bezeichnet. Dampf kondensiert dabei schlagartig im kälteren Medium und löst dabei Mikrojets aus, die Kavitation verursachen.

• Gutbandförderer
  • Gut wird auf ein Laufband aufgetragen und zum Schüttgutabwurf transportiert. Es gibt Spannvorrichtungen, die die Spannung gewährleisten
• Gliederbandförderer
  • gleiches Prinzip, statt Laufband verschiedene Glieder -> Temperaturbeständiger
• Kratzerförderer (Trogkettenförderer)
  • Gut wird auf den Boden vom Fördertrog gegeben, wo es von der Kratzkette mitgenommen wird. Auch hier gibt es Spannvorrichtungen
• Schwingförderer
  • Mithilfe von Unwuchtmotoren und Federn wird das Gut befördert. Können kaum verstopfen
• Schnecken und Spiralförderer
  • Horizontal und Vertikal möglich
• Becherwerke
  • Gut wird in Becher gegeben, wo es Vetikal und Horizontal transportiert werden kann
• Saugluftförderer
  • Oft mehrere Zyklone hintereinander geschalten (Staubabscheidung)
• Druckluftförderer

Unterdruck kann nur bis -1 Bar Atmosphärendruck ziehen und ist darum nicht für weite Strecken geeignet.

Mit Unterdruck muss zudem meistens eine Staubabscheidung installiert werden, bei der Druckluftförderung reicht ein Abscheidezyklon im Lagerbereich.

• Dosierwaagen:
  • Die Masse auf dem Förderband wird gemessen und dadurch die gewünschte Bandgeschwindigkeit für die benötigte Menge berechnet.
• Schlauchquetschpumpen
  • Auch im medizinischem Bereich eingesetzt

• Kranförderer(?)
• Hebezüge
• Rollenförderer

• In die Hohlräume des Zahnrades kann Gut fliessen, das anschliessend ausgegeben werden kann.

Ein Spalt unter dem Silo erlaubt das austreten des Guts, wenn sich der Teller oder das Band bewegt. Wenn sie sich nicht bewegen, fliesst das Gut nicht nach.

In die Zwischenräumen der Schnecke kann Gut fliessen, das bei der Bewegung der Schnecke gefördert wird.