Häufig gestellte Fragen: Wie können Sie das Totvolumen oder das interne Volumen in Ihrem Prozess minimieren?

In vielen Anwendungen spielen die Begriffe "Totvolumen" und "internes Volumen" eine wichtige Rolle. Insbesondere die Frage, wie man diese auf ein Minimum reduzieren kann, wird häufig gestellt. Die Begriffe "Totvolumen" und "internes Volumen" werden manchmal gleich verwendet, haben aber tatsächlich sehr unterschiedliche Bedeutungen. In diesem Blog werden wir erklären, was der Unterschied zwischen den beiden Begriffen ist und welche Auswirkungen Totvolumen und internes Volumen auf Prozesse haben. Natürlich werden wir auch etwas Fachwissen darüber weitergeben, wie man solche Auswirkungen angehen kann!

Die Abbildung zeigt den Querschnitt eines Beispielsystems, in dem das durchströmte und Totvolumen dargestellt sind. Der Einlass des Instruments befindet sich auf der linken Seite und der Auslass auf der rechten Seite. Das Fluid fließt also von links nach rechts. Der Abzweig nach unten erzeugt ein Totvolumen, in dem Flüssigkeiten zurückbleiben.

Internes Volumen im Vergleich zu Totvolumen

Internes Volumen bedeutet im Allgemeinen: Das Volumen, das in einem bestimmten Raum von der Prozessflüssigkeit eingenommen wird. Es kann als die Summe aus dem "durchströmten Volumen" und dem "Totvolumen"definiert werden. Wenn wir zum Beispiel eine 3-Wege-Armatur nehmen, bei der eine Seite verschlossen und die anderen für den Durchfluss offen sind, können wir sehr leicht bestimmen, was das durchströmte Volumen und das Totvolumen ist. In der Tat ist das durchströmte Volumen das Volumen, durch das sich die Flüssigkeit bewegt (Fließweg), und das Totvolumen ist das Volumen, das sich außerhalb des Fließwegs befindet und im Wesentlichen als Tank oder Raum fungiert, in dem die Flüssigkeit unbeweglich ist. Dieser Raum wird auch als "Totraum"bezeichnet. Hier kommt es zu Verwechslungen, da der Begriff Totvolumen manchmal fälschlicherweise zur Beschreibung des internen Volumens verwendet wird.

Welchen Einfluss haben Tot- und Innenvolumen auf die Prozesssteuerung?

Wie man sich vorstellen kann, können stagnierende Fluide in bestimmten Anwendungen ein Problem darstellen. Eines der häufigsten Beispiele sind Flüssigkeiten, die Mikroben enthalten. Wenn diese Flüssigkeiten zum Stillstand kommen und im Totvolumen verbleiben, ohne gereinigt oder entfernt zu werden, können sie Probleme verursachen, da sie schädliche Substanzen produzieren können.

Dieses Problem tritt häufig in der Lebensmittel- und Getränkeindustrie (und andere hygienesensiblen Branchen) auf. Für diese speziellen Anwendungen wurden die Equilibar SDO- und FDO-Ventile entwickelt. Diese Ventile haben keinen Totraum und somit auch kein Totvolumen. Außerdem wurden diese Regler unter Berücksichtigung der CIP- und SIP-Anforderungen entwickelt und sind daher sehr leicht zu reinigen, was die Prozessleistung maximiert. Mehr über die Produkteigenschaften können Sie lesen auf der FDO-Produktseite.

In der Chromatographie ist das Totvolumen von erheblicher Bedeutung; es kann zu einer Verbreiterung der Peaks führen, was die Auflösung der Peaks beeinträchtigt. Es gibt viele andere Fälle, in denen Totvolumen ein Problem darstellen kann. Beispiele dafür sind die Ablagerung von Feststoffen und Partikeln oder die Stagnation einer Lösung, was zu Gelierung führen kann.

So lösen oder verhindern Equilibar®-Regler Probleme mit Totvolumina

Um Probleme bei der Prozesssteuerung zu vermeiden, haben die Vordruckregler der Equilibar Research-Serie keinen Totraum.

Zusätzlich wurden die Regler der FDO-Serie speziell zur Vermeidung von Totvolumen entwickelt. Die Regler der FDO-Serie können Drücke bis zu 10 bar regeln und sind speziell für die (Bio-)Pharma- und Lebensmittelindustrie geeignet. Sie enthalten nur USP Class VI zertifizierte Materialien und sind elektropoliert.

Für Anwendungen, bei denen diese strengen Anforderungen nicht erforderlich sind, ist der Einsatz der Regler der NLD-Serie eine gute Alternative. Anstatt aus einem Gehäuse und einer Kappe, wie dies bei allen Reglern der Research- und GS-Serie der Fall ist, bestehen NLD-Einheiten aus drei Teilen: einem Gehäuse, einer oberen Kappe und einer unteren Kappe. Aufgrund dieser Konstruktion sind keine XXAnschlüsse erforderlich und die Einheiten haben keinen Totraum oder Totvolumen.

Schwierigkeiten und Lösungen für unterschiedliche Situationen rund um das interne Volumen

Das interne Volumen hingegen kann aus ganz anderen Gründen ein kritischer Faktor sein. Bei Prozessen, die präzise Messungen erfordern oder mit kleinen Volumina arbeiten, ist es zum Beispiel essentiell, ein möglichst geringes internes Volumen zu haben. Ein gutes Beispiel hierfür sind die Mikrofluidik und verwandte Anwendungsgebiete. Oft sind die verwendeten Volumina so gering, dass das Hinzufügen einer neuen Komponente mit relativ großem internem Volumen die Präzision der Messung oder des Prozesses beeinträchtigen kann.

Eine weitere Anwendung, die von kleinen internen Volumina profitieren kann, ist die Dosierung. Das gilt insbesondere für Situationen, in denen sehr kleine Mengen dosiert werden müssen und Präzision erforderlich ist; wenn dies der Fall ist, führt ein kleineres internes Volumen zu einer präziseren Dosierung.

Eine weitere Anwendung, bei der das interne Volumen eine wichtige Rolle spielen kann, ist die katalytische Forschung. Diese Prozesse enthalten oft sehr kleine Mengen eines bestimmten Katalysators (Partikel), weshalb es wichtig ist, das interne Volumen - und damit das Volumen, in dem Partikel kollidieren können - klein zu halten, um die Wahrscheinlichkeit effektiver Kollisionen und damit die Reaktionsgeschwindigkeit zu erhöhen.

Bei Anwendungen oder Prozessen, die ein geringes internes Volumen erfordern, ist der Equilibar LVF-Vordruckregler ideal. Er hat ein verblüffend geringes Innenvolumen von nur 0,23 ml(!) und ist zudem sehr kompakt (nicht viel größer als eine 2-Euro-Münze) für die Verwendung in engen Räumen. Außerdem können Equilibar-Vordruckregler mit fast jedem Anschluss ausgestattet werden. Für kleine interne Volumina werden oft 1/16''-HPLC-Fittings verwendet, die leicht in verschiedene Typen von Regulatoren eingebaut werden können.

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