Überlegungen zur Membranauswahl

Bei der Auswahl einer Membran für eine luftbetriebene Doppelmembranpumpe (AODD) sind frühere Erfahrungen immer ein sehr hilfreicher Leitfaden. Bei neuen Anwendungen sind jedoch häufig Recherchen und externe Beratung erforderlich, um die geeignete Membran zu ermitteln, die den spezifischen Anwendungsanforderungen und -parametern entspricht .

Bei der Auswahl eines Diaphragmas sind sieben Hauptfaktoren zu berücksichtigen:

1. Chemische Beständigkeit – Materialkompatibilität mit der gepumpten Flüssigkeit. Das Spektrum der geförderten Flüssigkeiten kann von Wasser bis hin zu aggressiven Säuren und Laugen reichen. Jedes Membranmaterial wurde auf seine Verträglichkeit gegenüber vielen Chemikalien getestet. Der Bediener sollte die gepumpte Flüssigkeit anhand veröffentlichter Leitfäden zur chemischen Kompatibilität bewerten.

2. Temperaturbereiche – Fähigkeit, bei niedrigen Temperaturen flexibel zu bleiben und sich bei hohen Temperaturen nicht zu verschlechtern. Die Temperatur ist ein sehr kritischer Faktor und der verfügbare Arbeitsbereich der Membranmaterialien variiert stark. Auch die Art der Flüssigkeit kann den Arbeitstemperaturbereich des Materials beeinflussen.

3. Abriebfestigkeit – Fähigkeit, Verschleiß und Reibung durch Kontakt mit Feststoffen und Partikeln in der gepumpten Flüssigkeit zu widerstehen. Membranen sind für die Förderung von Flüssigkeiten erhältlich, von klaren über schwere Schlämme bis hin zum Pumpen trockener Massengüter.

4. Hygienestandards – Anforderungen, dass die Membran den Hygiene- oder Hygienestandards entspricht. Bei Anwendungen in der Lebensmittel- und Getränkeindustrie müssen Membranen verwendet werden, die den Standards 21 CFR 177 der US-amerikanischen Food and Drug Administration (FDA) entsprechen. In der Pharmaindustrie verwendete Membranen müssen den Klasse-VI-Standards der United States Pharmacopeia Convention (USP) entsprechen.

5. Einlasszustand (überfluteter Saug- und Saughub) – Kapazität, Flüssigkeit von einem Ort zum anderen zu pumpen. Für unterschiedliche Pumpkonfigurationen und -bedingungen sind bestimmte Membranmaterialien effizienter und langlebiger als andere. Die externe Beratung durch einen Experten, beispielsweise einen Wilden-Händler, kann bei der Bestimmung des optimalen Materials für bestimmte Anwendungen hilfreich sein.

6. Flex-Lebensdauer – Erwartete Langlebigkeit der Membran, bevor ein Austausch erforderlich ist. Das Erreichen einer maximalen mittleren Reparaturzeit (MTBR) ist ein wichtiges Ziel bei der Auswahl einer Membran. Einige Materialien weisen jedoch selbst unter idealen Bedingungen von Natur aus eine kürzere Biegelebensdauer auf als andere.

7. Kosten – Gesamtbetriebskosten, die durch mehrere Faktoren wie Anschaffungspreis, Nennflexibilitätslebensdauer für die Anwendung und Kosten für Ausfallzeiten und Membranaustauscharbeiten bestimmt werden. Aufgrund der vielen beteiligten Variablen kann die Beratung durch einen externen Fachhändler bei der Auswahl der leistungsstärksten und kostengünstigsten Option für einzelne Anwendungen sehr hilfreich sein.

Im Laufe der Jahre wurde eine Reihe von Materialien für den Einsatz in Membranen in AODD-Pumpen getestet. Diese Materialien können in drei Hauptfamilien eingeteilt werden: Gummi, TPE (thermoplastisches Elastomer) und PTFE (Polytetrafluorethylen oder Teflon). Jede Familie und die Materialien innerhalb jeder Familie bieten Eigenschaften und Attribute, die sie für unterschiedliche Anwendungen geeignet machen.

Gummimembranen werden aus synthetischem Gummi formgepresst, wobei ein Nylongewebe im Gummi positioniert ist, um die Biegeeigenschaften der Membran zu verbessern. Die folgenden Gummimembranmaterialien sind verfügbar:

• Neopren ist eine außergewöhnliche universelle und kostengünstige Membran. Es wurde für nicht aggressive chemische Anwendungen wie wasserbasierte Schlämme, Brunnenwasser oder Meerwasser entwickelt und bietet eine gute Biegelebensdauer und Abriebfestigkeit.

• Buna-N wird in Anwendungen mit erdöl-/ölbasierten Flüssigkeiten wie bleihaltigem Benzin, Heizölen, Kerosin, Terpentin und Motorölen verwendet. Buna-N wird in der Kraftstoffverarbeitungsindustrie häufig verwendet und wird auch als Nitril bezeichnet. Es bietet eine mäßige Biegefestigkeit und eine mäßige Abriebfestigkeit. Für Lebensmittel- und Getränkeanwendungen sind Versionen erhältlich, die den FDA 21 CFR 177-Standards entsprechen.

• EPDM eignet sich für extrem kalte Temperaturen und ist eine wirtschaftliche Alternative beim Pumpen verdünnter Säuren oder Laugen. EPDM-Membranen werden in der Fertigungs-, Lebensmittel-, Pharma- und Farben-/Beschichtungsindustrie eingesetzt. Das Material weist eine gute Biegelebensdauer und eine mäßige Abriebfestigkeit auf und ist in Versionen erhältlich, die den FDA 21 CFR 177-Standards entsprechen. EPDM ist auch dort eine gute Wahl, wo statisch ableitende Materialien erforderlich sind.

• Viton eignet sich hervorragend für extrem heiße Temperaturen und bietet außergewöhnliche Leistung bei aggressiven Flüssigkeiten wie aromatischen/chlorierten Kohlenwasserstoffen und starken, aggressiven Säuren. Viton ist aufgrund seiner hohen Temperaturgrenze und chemischen Widerstandsfähigkeit oft das einzige Membranmaterial, das für Anwendungen geeignet ist, bei denen aggressive Chemikalien verwendet werden. Es bietet eine mäßige Biegelebensdauer und eine mäßige Abriebfestigkeit.

TPE-Membranen werden im Spritzgussverfahren hergestellt. Aufgrund ihrer Formstabilität und Zugfestigkeit benötigen TPE-Membranen keine Gewebeverstärkung. Im Folgenden sind die verfügbaren Arten von TPE-Membranen aufgeführt:

• Polyurethan ist eine Allzweckmembran für nichtaggressive chemische Anwendungen wie Wasser, Abwasser und Meerwasser. Es bietet hervorragende Biegefestigkeit, Abriebfestigkeit und Haltbarkeit zu einem günstigen Preis.

• Wil-Flex bietet eine kostengünstige Alternative zu PTFE mit vergleichbaren Kosten wie Neopren. Wil-Flex besteht aus Santoprene und wird mit sauren und ätzenden Flüssigkeiten wie Natriumhydroxid, Schwefelsäure oder Salzsäure verwendet. Es zeichnet sich durch Biegefestigkeit, Abriebfestigkeit, Temperaturbereich und Haltbarkeit aus und wird häufig in der chemischen Prozess-, Lebensmittel-, Pharma- und Abwasserindustrie eingesetzt. Es sind Versionen von Wil-Flex erhältlich, die den FDA 21 CFR 177-Standards für Lebensmittel- und Getränkeanwendungen entsprechen.

• Saniflex ist für Anwendungen in der Lebensmittelverarbeitung geeignet. Es besteht aus Hytrel und weist eine gute Biegelebensdauer und eine hervorragende Abriebfestigkeit auf. Aufgrund seiner niedrigen Druckverformungsresteigenschaften bietet Hytrel außerdem eine hervorragende Abdichtung bzw. Dichtungsverstärkung. Es sind Saniflex-Versionen erhältlich, die den FDA 21 CFR 177-Standards entsprechen.

• Geolast weist eine verbesserte Ölbeständigkeit und geringe Ölquellung auf und ist daher ideal für Anwendungen in der Erdölindustrie. Geolast ist äquivalent zu Nitril (Buna-N) und bietet eine moderate Biegefestigkeit und gute Abriebfestigkeit über einen weiten Temperaturbereich zu geringeren Kosten als gewebeverstärktes Buna-N.

Da es sich um eine der chemisch inertesten Verbindungen auf dem Markt handelt, kann PTFE mit einer Vielzahl von Flüssigkeiten verwendet werden. PTFE, auch als Teflon bekannt, wird mit hochaggressiven Flüssigkeiten wie aromatischen oder chlorierten Kohlenwasserstoffen, Säuren, Ätzmitteln, Ketonen und Acetaten verwendet. Seine Eigenschaften sorgen für eine hervorragende Biegelebensdauer und eine mäßige Abriebfestigkeit. Darüber hinaus entspricht PTFE den Standards FDA 21 CFR 177 und USP Class VI für Lebensmittel-, Getränke- und Pharmaanwendungen. Da PTFE nicht elastisch ist, muss eine Backup-Membran aus einem anderen Material verwendet werden, um Flexibilität und Formgedächtnis zu gewährleisten. Materialoptionen für Backup-Membranen sind Neopren, Saniflex und Hochtemperatur-Buna-N.

Unter Verwendung umfangreicher Materialtests und Felddaten hat Wilden, Grand Terrace, CA, USA, einen Leitfaden zur Membranauswahl zusammengestellt, der die Biegelebensdauer, Abriebfestigkeit, Chemikalienbeständigkeit, Temperaturgrenzen und relativen Kosten jedes Materialtyps vergleicht und bewertet. Es ist wichtig zu beachten, dass diese Tabelle nur als Richtlinie und in Verbindung mit gründlicher zusätzlicher Forschung und Expertenrat verwendet werden sollte, um die Eignung von Membranmaterialien für einzelne Anwendungen zu bestimmen, da ein Faktor einen anderen beeinflussen kann.

Wenn Sie das Diagramm verwenden, streben Sie immer eine Einstufung „A“ oder „B“ an und halten Sie die maximale Flüssigkeitstemperatur der Anwendung so nahe wie möglich in der Mitte der „Betriebstemperaturgrenzen“. Die Auswahl von „C“-zertifizierten Materialien wird im Allgemeinen nicht empfohlen, kann jedoch in seltenen Ausnahmefällen erforderlich sein, wenn Flüssigkeiten hochspezialisiert sind oder unter extremen Bedingungen verarbeitet werden. Für einige Anwendungen können zwei verschiedene Materialien geeignet sein, wobei die Kosten der letzte entscheidende Faktor sind.

Weitere Faktoren, die bei der Auswahl der richtigen Membran berücksichtigt werden müssen, sind die Hardwarekonfiguration der Pumpe, die Art und Häufigkeit der Reinigungsflüssigkeiten, der Pumpenbetrieb (intermittierend oder kontinuierlich) und die Häufigkeit des Austauschs der Membranen. Im Durchschnitt erfordern Membranen, die häufiger als alle drei Monate ausgetauscht werden müssen, eine weitere Prüfung hinsichtlich der richtigen Eignung für die Anwendung.

Hytrel®, Viton® und Teflon® sind eingetragene Marken der DuPont Company.

Geolast® und Santoprene® sind eingetragene Marken von ExxonMobil.