Gids: Zo wordt vacuümtechnologie toegepast in de procesindustriee

Wat hebben melkpoeder, bier en medicijnen met elkaar gemeen?

Het zijn allemaal voorbeelden van media die via vacuümtoepassingen kunnen worden verwerkt – van afvullen en indampen tot steriele processen.

Vacuüm is een belangrijke technologie in de procesindustrie, omdat het mogelijk maakt de drukomstandigheden te regelen, zodat vloeistoffen op milde wijze kunnen worden getransporteerd en verwerkt, het kookpunt kan worden verlaagd en de houdbaarheid van levensmiddelen kan worden verlengd door middel van zuurstofvrije verpakking.

In dit artikel beginnen we aan een nieuwe serie die u een overzicht geeft van de belangrijkste zaken die u over dit onderwerp moet weten. We beginnen met de fysica achter vacuümtechnologie en gaan dieper in op de uitdagingen die deze technologie kan oplossen bij brouwerijen, zuivelbedrijven en de farmaceutische productie.

Klaar om u in het onderwerp te verdiepen? Laten we aan de slag gaan!

Een vacuüm ontstaat wanneer de druk binnen een systeem lager is dan de atmosferische druk buiten – ongeveer 1.013 mbar op zeeniveau. Wanneer de absolute druk daalt, blijven er steeds minder gasmoleculen in het systeem achter – en wordt het vacuüm dus ‘dieper’. In de praktijk betekent dit dat het medium zich anders gedraagt. Water kookt bijvoorbeeld bij 100 °C bij normale druk, maar al bij ongeveer 50 °C bij ca. 100 mbar. Hoe lager de druk, hoe lager het kookpunt en hoe gemakkelijker vloeistoffen verdampen. Dit maakt het mogelijk om producten zorgvuldiger en energiezuiniger te drogen, te concentreren of te ontvochtigen.

Vacuüm wordt doorgaans ingedeeld in niveaus, afhankelijk van hoe ver de druk onder de atmosferische druk wordt verlaagd:

• Laag vacuüm (ca. 1.000 tot 1 mbar) wordt gebruikt voor basisprocessen zoals zuurstofvrije overdracht, vacuümverpakking, schuimvrij afvullen, gieten en ontvormen, filtratie en ontgassing.
• Middenvacuüm (ca. 1 tot 10⁻³ mbar) wordt toegepast in meer geavanceerde processen zoals indamping, destillatie en het drogen van warmtegevoelige media – bijvoorbeeld vriesdrogen – waarbij een zeer lage druk en lagere kookpunten vereist zijn.
• Hoogvacuüm (ca. 10⁻³ tot 10⁻⁷ mbar) wordt gebruikt wanneer een product tot op moleculair niveau moet worden gezuiverd of gescheiden. Dit is bijvoorbeeld het geval bij het concentreren van vitamine- en omega-3-oliën, wanneer de laatste resten oplosmiddel uit een geneesmiddel moeten worden verwijderd, of wanneer in verpakkingsfolie een beschermende barrière moet worden gecreëerd.

De niveaus geven aan in hoeverre de druk wordt verlaagd ten opzichte van de atmosferische druk, gemeten in mbar. Laag vacuüm ligt het dichtst bij de atmosferische druk, terwijl midden- en hoog vacuüm aanzienlijk lagere drukken met zich meebrengen en daarmee een grotere invloed op het proces hebben – met name in de vorm van lagere kookpunten. In veruit de meeste processen in de voedingsmiddelen-, zuivel- en brouwerijsector wordt gewerkt met laag- tot middenvacuüm, terwijl hoogvacuüm voorbehouden is aan de meest gespecialiseerde installaties.

Vacuüm gaat daarom niet om het creëren van een perfecte leegte, maar om het nauwkeurig regelen van de druk op basis van de procesbehoefte. Als u bij een lagere druk werkt dan het proces vereist, verbruikt u onnodige energie om het vacuüm in stand te houden. Een juiste dimensionering van de installatie zorgt zowel voor een stabiel proces als voor een lager energieverbruik.

Maar wat betekent dit concreet voor uw productie? Vacuüm kan een reeks uitdagingen oplossen, die we hieronder bespreken.

Of u nu bier, melk of medicijnen produceert, zuurstof vormt een grote uitdaging. Als het product in contact komt met zuurstof, kan het oxideren. En als de schade eenmaal na de productie is ontstaan, kan deze niet meer worden hersteld.

In de brouwerij is de oplossing om het product gedurende het hele proces volledig afgeschermd te houden van de omgevingslucht. De tanks worden met CO₂ gespoeld voordat het bier erin wordt gepompt, en flessen en blikjes ondergaan dezelfde procedure vóór het afvullen, zodat het bier nooit wordt blootgesteld aan lucht.

In de zuivelfabriek is de uitdaging anders, maar het gevolg hetzelfde. De lucht die in rauwe melk is opgelost, moet vóór het homogeniseren worden verwijderd, anders bevordert deze oxidatie en veroorzaakt deze ongewenste schuimvorming in het eindproduct.

En hoe strenger de eisen aan steriliteit zijn, hoe belangrijker de controle op zuurstof wordt. In de farmaceutische industrie is vacuüm de barrière die ervoor zorgt dat uw product zuiver en zuurstofvrij is voordat het in een steriele ampul of infuuszak wordt afgesloten.

Hoge temperaturen vormen het klassieke compromis in de voedingsmiddelen- en farmaceutische productie. Warmte doodt bacteriën, maar kan ook eiwitten, vitamines en werkzame stoffen afbreken. Vacuüm lost dit dilemma op door het kookpunt en de procestemperatuur te verlagen in alle processen waarbij verdamping of droging plaatsvindt.

Neem de zuivelfabriek als voorbeeld. Als u melk concentreert, gebeurt dat doorgaans bij 60 tot 70 °C onder vacuüm, in plaats van bij de 100 °C die bij atmosferische druk nodig is. Dat temperatuurverschil is direct merkbaar in de voedingswaarde en kwaliteit van het eindproduct.

In de brouwerij zijn de eisen anders, maar het principe is hetzelfde: vacuümverdamping tijdens de wortkoeling verlaagt de temperatuur snel en verwijdert tegelijkertijd ongewenste aromastoffen zonder de smaak negatief te beïnvloeden.

Bij nog lagere temperaturen wordt vriesdrogen toegepast in de farmaceutische industrie, waar de voordelen van vacuüm duidelijk naar voren komen. Bij hoog vacuüm sublimeert het water – dat wil zeggen dat het direct van een vaste in een gasvormige toestand overgaat zonder de vloeibare toestand te doorlopen. Het biologische geneesmiddel blijft vrijwel onveranderd behouden.

Verontreiniging is een van de grootste risico’s in de productie. Een vreemd voorwerp in een farmaceutisch product, een bacterie in gepasteuriseerde melk of een geoxideerde partij bier kost meer dan alleen de afgekeurde batch. Het kan ook het vertrouwen van uw klanten in u als producent kosten.

Vacuüm wordt gebruikt om precies dat te voorkomen. Transport en verwerking vinden plaats in gesloten systemen met een lagere druk dan de omgeving, zodat het product niet in contact komt met stof, bacteriën of zuurstof uit de lucht.

Als er een lek ontstaat, wordt er lucht in het systeem gezogen in plaats van dat het product naar buiten lekt. Dat maakt het proces gemakkelijker te controleren en vermindert het risico op verontreiniging. Bij sterilisatie wordt de lucht uit de kamer verwijderd, zodat de stoom alle oppervlakken kan bereiken.

In de zuivelfabriek en de brouwerij geldt hetzelfde principe: gesloten overbrengingen van tank naar tank vormen de barrière tegen alles wat niet in uw product thuishoort – of het nu gaat om bacteriën in de pasteurisatie-installatie of om atmosferische lucht in de gistingstank.

Vacuüm is het tegenovergestelde van traditionele druk. Waar een drukslang van binnenuit uitzet, wordt een vacuümslang van buitenaf blootgesteld aan een constante atmosferische overdruk. Hetzelfde geldt voor de koppelingen in het systeem. De keuze van componenten is zowel belangrijk voor de bedrijfszekerheid als voor de veiligheid van uw product.

In uw vacuümtoepassingen is het belangrijk dat de slangen een ingebouwde spiraal hebben. Deze zorgt ervoor dat de slang zijn vorm behoudt bij onderdruk. Zonder deze spiraal loopt u het risico op instorting en een geblokkeerde doorstroming in uw installatie.

Als u een vacuümsysteem wilt opzetten, zijn er verschillende slangen die geschikt zijn voor deze toepassing. Uit ons assortiment bevelen wij de volgende slangen aan:

• Slijtvaste PU-slangen: Dit is een van de meest gangbare soorten vacuümslangen voor het transport van droge media zoals granulaten en poeders. Polyurethaan combineert een hoge flexibiliteit met extreme slijtvastheid, waardoor de slang zijn vorm en dichtheid behoudt gedurende de gehele proceslijn.
• Hygiënische siliconenslangen: In omgevingen waar reinheid en temperatuurstabiliteit van het grootste belang zijn, zijn versterkte siliconenslangen de juiste keuze. Ze zijn bestand tegen onderdruk zonder in te storten en zijn tegelijkertijd geschikt voor hygiënische procesverwerking.
• Robuuste granulaatslangen: Voor de veeleisendere taken, waarbij vaste deeltjes zoals poeders of granulaten via onderdruk worden getransporteerd, zijn granulaatslangen ontworpen om langdurige slijtage en pulserende belasting te weerstaan. Zowel standaardgranulaatslangen als antistatische granulaatslangen zijn hiervoor geschikt. Ze zijn robuust en bestand tegen de constante wrijving en druk van poeders en granulaten.

Welk type slang u ook kiest uit ons assortiment, alle materialen die in direct contact komen met het medium moeten uiteraard voldoen aan de relevante verordeningen, zoals FDA CFR 21-177.2600, EC 1935/2004 en EC 2023/2006.

Voor een veilige verbinding in uw proceslijn zijn de juiste koppelingen nodig. Voedingsmiddelfittingen zijn een klassieke keuze voor vele soorten vloeistoffen in uw vacuümtoepassingen. Ze zijn eenvoudig te reinigen en zorgen voor een stabiele en hygiënische verbinding.

In veeleisendere vacuüminstallaties, waar u met zeer lage druk en lange transportafstanden werkt, zijn speciale vacuümfittingen nodig. Deze garanderen dichtheid bij hoge onderdruk, verminderen het risico op microlekkages en ondersteunen de productveiligheid tijdens het gebruik.

Vacuüm is een complex onderwerp dat inzicht vereist in zowel de fysica achter druk en temperatuurverhoudingen als kennis van het gedrag van materialen onder vacuümomstandigheden. Inzicht in vacuüm zelf is slechts de helft van uw traject – de andere helft draait om het selecteren van de juiste apparatuur die uw systeem lekvrij en bedrijfszeker houdt.

Heeft u nu direct advies nodig? Onze specialisten staan klaar om u te helpen bij het dimensioneren van de juiste apparatuur voor uw specifieke vacuümtoepassingen. Bel ons op +45 7020 0422 of stuur een e-mail naar aanvraag@alfotech.nl.

We hebben kort aandacht besteed aan speciale slangen voor vacuümtoepassingen, maar de volgende keer gaan we wat dieper in op de materie en richten we ons op een van de absolute favorieten onder de slangen voor deze toepassing.

Met vacuümtechnologie kunt u het zuurstofgehalte verminderen, de bedrijfstemperaturen verlagen en producten zorgvuldiger verwerken. Dit zorgt voor een langere houdbaarheid, een betere smaak, minder storingen en energiezuinige processen. In de praktijk betekent dit dat u zowel de productkwaliteit beschermt als de bedrijfsvoering verbetert.

Ja, maar het systeem moet daarvoor zijn ontworpen. Slangen en fittingen moeten zowel bestand zijn tegen de reinigingsmiddelen als tegen de temperaturen die in de CIP-installatie worden gebruikt. De materiaalkeuze moet daarom worden beoordeeld op basis van zowel het vacuümniveau als de reinigingschemicaliën. Een veelgemaakte fout is het kiezen van componenten die wel vacuümgeschikt zijn, maar niet chemisch bestendig genoeg zijn tegen de CIP-middelen waarmee u werkt.

Als u standaard drukslangen zonder spiraalversterking in een vacuümsysteem gebruikt, kunnen de slangen instorten onder de constante atmosferische overdruk van buitenaf. Dit kan de doorstroming volledig blokkeren en uw productie stilleggen, terwijl er tegelijkertijd extra weerstand ontstaat. Ingeklapte of vervormde slangen zijn bovendien moeilijk te reinigen, wat het risico op verontreiniging vergroot. Het is daarom van cruciaal belang dat u een slang met spiraal kiest die de doorsnede open kan houden.

Begin met het beoordelen van welk drukniveau u werkelijk nodig hebt, met welk medium u werkt en hoe veeleisend de temperatuur- en hygiëne-eisen in het proces zijn. Ga grondig na of uw huidige apparatuur – slangen en fittingen – bestand is tegen onderdruk, of dat u moet overschakelen op vacuümgeschikte componenten.