Leitfaden: So wird Vakuumtechnologie in der Prozessindustrie eingesetzt

Was haben Milchpulver, Bier und Medikamente gemeinsam?  

 Sie sind allesamt Beispiele für Medien, die mithilfe von Vakuumanwendungen verarbeitet werden können – vom Abfüllen und Eindampfen bis hin zu sterilen Prozessen. 

Vakuum ist eine zentrale Technologie in der Prozessindustrie, da es die Steuerung der Druckverhältnisse ermöglicht, um Flüssigkeiten schonend zu transportieren und zu behandeln, den Siedepunkt zu senken und die Haltbarkeit von Lebensmitteln durch sauerstofffreie Verpackung zu verlängern. 

Wir beginnen mit den physikalischen Grundlagen des Vakuums und befassen uns eingehend mit den Herausforderungen, die das Vakuum in Brauereien, Molkereien und Pharmaproduktionen bewältigen kann.

Sind Sie bereit, tiefer in das Thema einzutauchen? Dann legen wir los!  

Ein Vakuum entsteht, wenn der Druck innerhalb eines Systems niedriger ist als der atmosphärische Druck außerhalb – ca. 1.013 mbar (Millibar) auf Meereshöhe. Sinkt der absolute Druck, verbleiben immer weniger Gasmoleküle im System – das Vakuum wird somit „tiefer“. In der Praxis bedeutet dies, dass sich das Medium anders verhält. Beispielsweise siedet Wasser bei Normaldruck bei 100 °C, bei ca. 100 mbar jedoch bereits bei etwa 50 °C. Je niedriger der Druck, desto niedriger der Siedepunkt und desto leichter verdampfen Flüssigkeiten. Dies ermöglicht es, Produkte schonender und energieeffizienter zu trocknen, zu konzentrieren oder zu entfeuchten. 

In der Prozessindustrie arbeitet man typischerweise mit zwei Arten von Vakuum: 

• Grobvakuum (ca. 1.000 – 1 mbar) wird für sauerstofffreien Transfer, Vakuumverpackung, schaumfreies Abfüllen, sowie Ein- und Ausgießprozesse verwendet. 
• Feinvakuum (typischerweise unter ca. 1 mbar) wird in anspruchsvolleren Prozessen wie der Eindampfung und Trocknung von wärmeempfindlichen Medien eingesetzt, bei denen sehr niedrige Drücke und niedrigere Siedepunkte erforderlich sind. 

Die beiden Stufen geben an, wie weit der Druck unter den atmosphärischen Druck, gemessen in mbar, gesenkt wird. Grobvakuum liegt näher am atmosphärischen Druck, während Feinvakuum einen deutlich niedrigeren Druck und damit einen größeren Einfluss auf den Prozess hat – insbesondere in Form niedrigerer Siedepunkte. 

Beim Vakuum geht es daher nicht darum, einen perfekten Hohlraum zu schaffen, sondern den Druck präzise an die Prozessanforderungen anzupassen. Wenn Sie mit einem niedrigeren Druck arbeiten, als der Prozess erfordert, verbrauchen Sie unnötig Energie für die Aufrechterhaltung des Vakuums. Die richtige Dimensionierung der Anlage gewährleistet sowohl einen stabilen Prozess als auch einen geringeren Energieverbrauch. 

Aber was bedeutet das konkret für Ihre Produktion? Vakuum kann eine Reihe von Herausforderungen lösen, die wir im Folgenden näher betrachten. 

Egal, ob Sie Bier, Milch oder Medikamente herstellen, Sauerstoff stellt eine große Herausforderung dar. Wenn das Medium mit Sauerstoff in Kontakt kommt, kann es oxidieren. Ist der Schaden nach der Produktion erst einmal entstanden, lässt er sich nicht mehr beheben. 

In Brauereien besteht die Lösung darin, das Produkt entlang der gesamten Prozesskette vollständig von der Umgebungsluft abzuschirmen. Die Tanks werden mit CO₂ gespült, bevor das Bier eingepumpt wird, und Flaschen sowie Dosen durchlaufen vor dem Abfüllen denselben Vorgang, sodass das Bier niemals der Luft ausgesetzt wird. 
 
In der Molkerei ist die Herausforderung eine andere, aber die Konsequenz dieselbe. Die in der Rohmilch gelöste Luft muss vor der Homogenisierung entfernt werden, da sie sonst die Oxidation fördert und zu unerwünschter Schaumbildung im Endprodukt führt. Je strenger die Anforderungen an die Sterilität sind, desto unverzichtbarer wird die Kontrolle des Sauerstoffgehalts. In der Pharmabranche ist Vakuum die Barriere, die sicherstellt, dass Ihr Produkt rein und sauerstofffrei ist, bevor es in einer sterilen Ampulle oder einem Infusionsbeutel versiegelt wird. 

Hohe Temperaturen sind der klassische Kompromiss in der Lebensmittel- und Pharmaproduktion. Hitze tötet Bakterien ab, kann aber auch Proteine, Vitamine und Wirkstoffe zersetzen. Vakuum löst dieses Dilemma, indem es den Siedepunkt und die Arbeitstemperatur in allen Prozessen senkt, bei denen es um Verdampfung oder Trocknung geht. 

Nehmen wir die Molkerei als Beispiel. Wenn Sie Milch einkochen, geschieht dies typischerweise bei 60–70 °C unter Vakuum statt bei den 100 °C, die bei Atmosphärendruck erforderlich wären. Dieser Temperaturunterschied wirkt sich direkt auf den Nährstoffgehalt und die Qualität des Endprodukts aus 

In der Brauerei sind die Anforderungen anders, aber das Prinzip ist dasselbe: Die Vakuumverdampfung während der Würzekühlung senkt die Temperatur schnell und entfernt gleichzeitig unerwünschte Aromastoffe, ohne den Geschmack negativ zu beeinflussen. 

Bei noch niedrigeren Temperaturen kommt die Gefriertrocknung in der Pharmaindustrie zum Einsatz, in der die Vorteile des Vakuums deutlich zum Tragen kommen. Unter Hochvakuum sublimiert das Wasser – das heißt, es geht direkt vom festen in den gasförmigen Zustand über, ohne den flüssigen Zustand zu durchlaufen. Das biologische Arzneimittel bleibt nahezu unverändert erhalten. 

Kontamination ist eines der größten Risiken in der Produktion. Ein Fremdkörper in einem pharmazeutischen Produkt, ein Bakterium in pasteurisierter Milch oder eine oxidierte Biercharge kosten nicht nur die verworfene Charge. Sie können auch das Vertrauen in Ihren Betrieb als Hersteller kosten. 

Vakuum wird eingesetzt, um genau das zu verhindern. Transport und Handhabung erfolgen in geschlossenen Systemen mit einem Druck, der unter dem Umgebungsdruck liegt, sodass das Produkt nicht mit Staub, Bakterien oder Sauerstoff aus der Luft in Kontakt kommt. 

Sollte es zu einer Undichtigkeit kommen, wird Luft in das System gesaugt, anstatt dass Produkt entweicht. Das macht den Prozess leichter kontrollierbar und reduziert das Kontaminationsrisiko. Bei der Sterilisation wird die Luft aus der Kammer entfernt, damit der Dampf alle Oberflächen erreichen kann. 

In der Molkerei und in der Brauerei gilt dasselbe Prinzip: Geschlossene Überleitungen von Tank zu Tank bilden die Barriere gegen alles, was nicht in Ihr Produkt gehört – seien es Bakterien in der Pasteurisierungsanlage oder Umgebungsluft im Gärtank. 

Vakuum ist das Gegenteil von normalem Druck. Während sich ein Druckschlauch von innen ausdehnt, ist ein Vakuumschlauch von außen einem konstanten atmosphärischen Überdruck ausgesetzt. Das Gleiche gilt für die Kupplungen im System. Die Wahl der Komponenten ist sowohl für die Betriebsbedingungen als auch für Ihre Produktsicherheit entscheidend. 
 

In Ihren Vakuumanwendungen ist es wichtig, dass die Schläuche über eine integrierte Spirale verfügen. Diese sorgt dafür, dass der Schlauch unter Unterdruck seine Form behält. Ohne die riskieren Sie ein Zusammenfallen des Schlauchs und einen blockierten Durchfluss in Ihrer Anlage. 

Wenn Sie ein Vakuumsystem einrichten möchten, gibt es eine Auswahl an Schläuchen, die diese Aufgabe bewältigen. Aus unserem Sortiment empfehlen wir: 

• Verschleißfeste PU-Schläuche: Dies ist einer der gängigsten Schlauchtypen für den Transport trockener Medien wie Granulaten und Pulvern. Als Material verbindet Polyurethan hohe Flexibilität mit extremer Verschleißfestigkeit, sodass der Schlauch seine Form und Dichtheit über die gesamte Prozesslinie hinweg beibehält. 
• Hygienische Silikonschläuche: In Umgebungen, in denen Reinheit und Temperaturstabilität einen hohen Stellenwert haben, sind verstärkte Silikonschläuche die richtige Wahl. Sie widerstehen dem Unterdruck, ohne sich zusammenzuziehen, und eignen sich gleichzeitig für hygienische Prozessführungen. 
• Robuste Granulatschläuche: Für anspruchsvollere Aufgaben, bei denen feste Partikel wie Pulver oder Granulate mittels Unterdruck gefördert werden, sind Granulatschläuche geeignet, um lang anhaltendem Verschleiß und pulsierenden Belastungen standzuhalten. Hier können sowohl Standard-Granulatschläuche als auch antistatische Granulatschläuche vorteilhaft eingesetzt werden. Sie sind robust und halten der ständigen Reibung sowie dem Druck durch Pulver und Körner stand.  

Unabhängig davon, für welchen Schlauchtyp Sie sich aus unserem Sortiment entscheiden, gilt, dass alle Materialien, die in direkten Kontakt mit dem Medium kommen, selbstverständlich den einschlägigen Vorschriften wie FDA CFR 21-177.2600, EC 1935/2004 und EC 2023/2006 entsprechen. 

Eine sichere Verbindung in Ihrer Prozesslinie erfordert die richtigen Kupplungen. Lebensmittelfittings, auch als Molkereikupplungen bekannt, sind eine klassische Wahl für viele Arten von Flüssigkeiten in Ihren Vakuumanwendungen. Sie sind leicht zu reinigen und gewährleisten eine stabile und hygienische Verbindung.  

In anspruchsvolleren Vakuumanlagen, in denen Sie mit sehr niedrigem Druck und langen Transportwegen arbeiten, kommen spezielle Vakuum-Fittings zum Einsatz. Sie gewährleisten Dichtheit unter hohem Unterdruck, reduzieren das Risiko von Mikroleckagen und unterstützen die Produktsicherheit im Betrieb. 

Vakuum ist ein komplexes Thema, das Einblicke in die Physik hinter Druck und Temperaturverhältnissen sowie Kenntnisse über das Verhalten von Materialien unter Vakuumbedingungen erfordert. Das Verständnis des Vakuums selbst ist nur die Hälfte Ihrer Reise – die andere Hälfte besteht darin, die Ausrüstung auszuwählen, die Ihr System dicht und betriebssicher hält.  

Benötigen Sie sofortige Beratung? Unsere Spezialisten beraten Sie gerne bei der Auswahl und Dimensionierung der passenden Ausrüstung für Ihre spezifischen Prozessanforderungen. Rufen Sie uns unter +45 7020 0422 an oder senden Sie eine E-Mail an anfrage@alfotech-deutschland.de.  

Wir haben die speziellen Vakuum-Fittings kurz vorgestellt, aber beim nächsten Mal gehen wir noch einen Schritt weiter. Wir werden uns genauer mit ihrer Konstruktion befassen und zeigen, wie Sie sie in der Praxis einsetzen können. 

Mit der Vakuumtechnologie können Sie den Sauerstoffgehalt reduzieren, die Betriebstemperaturen senken und eine schonendere Handhabung der Produkte erreichen. Das sorgt für längere Haltbarkeit, besseren Geschmack, weniger Ausfälle und energieoptimierte Prozesse. In der Praxis bedeutet dies, dass Sie sowohl die Produktqualität schützen als auch den Betrieb verbessern. 

Ja, aber dafür muss das System entsprechend ausgelegt sein. Schläuche und Fittings müssen sowohl den Reinigungsmitteln als auch den Temperaturen standhalten, die in der CIP-Anlage verwendet werden. Die Materialauswahl muss daher sowohl unter Berücksichtigung des Vakuumniveaus als auch der Reinigungschemie getroffen werden. Ein klassischer Fehler ist die Wahl von Komponenten, die zwar vakuumtauglich, aber nicht ausreichend chemikalienbeständig für die von Ihnen verwendeten CIP-Mittel sind. 

Wenn Sie in einem Vakuumsystem gewöhnliche Druckschläuche ohne Spiralarmierung verwenden, können die Schläuche unter dem konstanten atmosphärischen Überdruck von außen kollabieren. Dies kann den Durchfluss vollständig blockieren und Ihre Produktion zum Stillstand bringen, während gleichzeitig zusätzlicher Widerstand entsteht. Zusammengefallene oder verformte Schläuche lassen sich zudem nur schwer reinigen, was das Kontaminationsrisiko erhöht. Es ist daher entscheidend, dass Sie einen Schlauch mit Spirale wählen, der den Querschnitt offen hält. 

Beginnen Sie damit, zu beurteilen, welches Druckniveau Sie tatsächlich benötigen, mit welchem Medium Sie arbeiten und wie anspruchsvoll die Temperatur- und Hygieneanforderungen im Prozess sind. Prüfen Sie sorgfältig, ob Ihre derzeitige Ausrüstung – Schläuche und Fittings – Unterdruck standhält oder ob Sie auf vakuumtaugliche Komponenten umsteigen müssen.