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Reinwassererzeugung: Nachrüstung einer Membranentgasung

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18.09.2008 Wasser, das in der pharmazeutischen Industrie benötigt wird, unterliegt höchsten Qualitätsanforderungen. Ist die Konzentration der im Wasser gelösten Gase zu hoch, kommt es zu Funktionsstörungen in den Wassersystemen und zur Beeinträchtigung des laufenden Betriebs. Moderne Entgasungstechnologien schaffen Abhilfe. Jetzt gibt es für jede Anwendung die geeignete Lösung, auch das Nachrüsten in bestehende Anlagen.

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Entscheider-Facts


  • Der Osmotron 1500 select/soft select, der bei 3M Espe installiert ist, besteht aus einer Enthärter-Einheit, einer anschließenden Umkehrosmose und einer Elektrodeionisationsstufe (EDI) mit Septron-Modulen.
  • Die Anlage bereitete aufgrund längerer Beanspruchung Probleme in Form von zu hoher Konzentration an Kohlendioxid im Rohwasser.
  • Als einmalige Sofortmaßnahme durch den Hersteller erfolgte ein Zudosieren von Natronlauge, um die Konzentration von Kohlendioxid im Wasser zu reduzieren.
  • Als langfristige Lösung bot der Hersteller 3M Espe das Verfahren der CO2-Entgasung mit Luft, die Membranentgasung, an – und als Alternative den Einbau einer Dauer-Natronlaugendosierung.

Die 3M Espe AG in Seefeld bei München nimmt bei der Entwicklung von Dentalprodukten eine führende Position ein. 3M steht für Minnesota Mining & Manufacturing, dem amerikanischen Multitechnologie-Konzern mit weltweit rund 75000 Mitarbeitern. Am bayerischen Standort Seefeld werden mehr als 2000 Dentalartikel für die Zahnmedizin und Zahntechnik hergestellt. Die Produktion von Arzneimitteln zur örtlichen Betäubung ist in der Abteilung Lokalanästhetika (LOK) angesiedelt. Hier erzeugt ein Osmotron 1500 select/soft select (heißwassersanitisierbare Ausführung) Wasser zu Reinigungszwecken und Ausgangswasser zur Produktion von WFI (Wasser für Injektionszwecke). Das WFI wiederum wird zur Reinigung der Produktbehältnisse und zur Lösungsherstellung verwendet.

Die Kompaktanlage ging 2005 in Betrieb. Sie besteht aus einer Enthärter-Einheit, einer anschließenden Umkehrosmose und einer Elektrodeionisationsstufe (EDI) mit Septron-Modulen. „Unsere Produktion ist seit Anfang 2006 um etwa 30% gestiegen und damit auch der Bedarf an Reinwasser“, erklärt Andreas Stellwag, Technischer Betriebswirt und Industriemeister der Abteilung Lokal-anästhetika. „Im Winter desselben Jahres kam es plötzlich zu Störungen bei der Reinwassererzeugung, da die Septron-Module zeitweilig nicht optimal funktionierten“, berichtet er. Die Vermutung lag nahe, die Ursache auf die höhere Beanspruchung der Anlage aufgrund längerer Produktionszeiten zurückzuführen. Stellwag erinnert sich außerdem, „dass die Außentemperaturen in diesem November ungewöhnlich niedrig waren“.

Unerwünschtes Kohlendioxidim Wasser

„Nach Rücksprache mit der Herstellerfirma definierte man eine zu hohe Konzentration an Kohlendioxid im Rohwasser“, schildert der Industriemeister.

Kohlendioxid (CO2) im Wasser kann als gelöstes Gas nicht durch die Membran der Umkehrosmose zurückgehalten werden und belastet die Septron-Module der EDI-Stufe oberhalb einer bestimmten Konzentration in hohem Maße, da die Harze rasch erschöpft sind. Die durch das Kohlendioxid verursachte Scheinleitfähigkeit beeinträchtigt somit die Qualität im Diluat und führt zur Überschreitung des zulässigen Grenzwerts.
Bei 3M Espe war schnelle Hilfe gefragt, um den Osmotron wieder störungsfrei in Dauerproduktion nehmen zu können und längere Ausfallzeiten abzuwenden. Als einmalige Sofortmaßnahme erfolgte ein Zudosieren von Natronlauge, um die Konzentration von Kohlendioxid im Wasser zu reduzieren. Dadurch konnten sich die Harze in den Septron-Modulen „erholen“.

Eine Lösung ohne Chemikalien

Als langfristige Lösung bot der Hersteller der 3M Espe das Verfahren der CO2-Entgasung mit Luft, die Membranentgasung, an – und als Alternative den Einbau einer Dauer-Natronlaugendosierung. „Aufgrund des einfacheren Betriebs haben wir uns für das vollkommen chemikalienfreie Verfahren der Membranentgasung entschieden“ begründet Stellwag den Entschluss des Unternehmens. „Die Entgasung ist weniger überwachungsintensiv. Außerdem ist das Ausspülen von Chemikalien nicht notwendig“.

Bei der Membranentgasung handelt es sich um ein Membrandiffusionsverfahren, das den physikalischen Effekt semipermeabler Membranen nutzt, nur für bestimmte Stoffe durchgängig zu sein. Zum Einsatz kommen Hohlfaser-Membranmodule (Kontaktoren), die Hohlfaserbündel enthalten und eine sehr große Austauschfläche besitzen. Die Fasern aus Polypropylen haben einen Außendurchmesser von 0,3mm und einen Innendurchmesser von 0,2mm. Die Hohlfasermembranen sind hydrophob, damit nur Gase und keine Flüssigkeiten die Membranen passieren können. Das Verfahren funktioniert mit Hilfe eines Strippgases (Steuerluft). Das zu entgasende Wasser fließt durch die Kontaktoren, die Strippluft im Gegenstrom durch die hydrophoben Hohlfaserbündel. Aufgrund des entstehenden Partialdruckgefälles diffundiert das Gas aus dem Wasser in den Strippluftstrom und wird abgeführt. Anstelle der Strippluft kann auch ein Vakuum angelegt werden oder eine Kombination aus beiden Fahrweisen.

Reibungsloser Betrieb

Durch die Nachrüstung einer Membran-entgasung konnten die Funktionsstörungen des Osmotrons dauerhaft beseitigt werden. Die Integration des Moduls in das System erfolgte zwischen Umkehrosmose und Elektrodeionisationsstufe (EDI). Nun entfernt die Entgasung das Kohlendioxid aus dem Wasser und ist damit ein Schutz für die Septron-Module.

Planung, Konstruktion sowie Lieferung der Anlage erledigte der Anlagenbauer, ebenso die notwendigen Änderungen in der Soft- und Hardware. Den Einbau der Anlage übernahm ein externer Partner von 3M Espe. Nach Abschluss der Montage wurde die Entgasungs-Anlage gemeinsam mit dem Hersteller auf die ausgelegten Werte eingestellt und in Betrieb genommen. Durch chemische Analysen und Monitoring konnte eine sofortige Reduzierung des CO2-Gehalts festgestellt werden. Stellwag, der das Projekt von Anfang an betreute, kann ein positives Resümee ziehen: „Die Anlage läuft seit dem Umbau ohne Störungen und wartungsfrei – auch in kalten Wintermonaten“.

„Die Anlage läuft seit dem Nachrüsten einer Membranentgasung ohne Störungen und wartungsfrei“
Andreas Stellwag, Industriemeister bei 3M Espe

Heftausgabe: September-Oktober 2008
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Christian Stark , Marketingleiter Christ Pharma & Life Science

Über den Autor

Christian Stark , Marketingleiter Christ Pharma & Life Science

Christian Stark , Marketingleiter Christ Pharma & Life Science

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