Viele technische Bereiche stellen sehr hohe Anforderungen an die verwendeten Medien. Kommt Dampf zum Beispiel mit Operationsbesteck, Pharmazeutika oder Lebensmitteln in Kontakt, darf er keine gesundheitsgefährdenden Bestandteile aufweisen. Erzeugen lässt sich Dampf dieser Qualität nur mit einem Reindampferzeuger – einem Wärmeübertrager, der je nach System mit Dampf, Heißwasser, Thermoöl oder Strom arbeitet. Deutsche Thermo informiert über die Funktion und die besonderen Anforderungen an die Reinst- und Reindampferzeuger.
Aktualisiert am 23.11.2022
Die Themen im Überblick
Reindampf: Dampf mit höchsten Qualitätsanforderungen
Beim Kochen von Wasser entsteht Dampf, der gemeinhin als sehr sauber gilt. Den Ansprüchen technischer Prozesse in Krankenhäusern oder Lebensmittel verarbeitenden Betrieben genügt der aber lange nicht. Denn diese arbeiten nur mit Rein- oder Reinstdampf. Dabei handelt es sich um ein Medium, das keine gesundheitsgefährdenden Stoffe beinhaltet. Es ist frei von Mikroorganismen und sogenannten nichtkondensierbaren Gasen (NKG). Letztere verhindern beispielsweise, dass Dampf mit Sterilisationsgut in Kontakt kommt, wodurch eine 100-prozentige Sterilisation nicht gewährleistet werden kann. Typische Beispiele für solche Stoffe sind Luft, Kohlendioxid, Wasserstoff und überhitzter Dampf. Reindampf ist außerdem trocken, um eine hohe Verdampfungswärme übertragen zu können.
Der Unterschied zwischen Reindampf und Reinstdampf
Ob es sich um Reindampf oder Reinstdampf handelt, hängt von den Inhaltsstoffen der Medien ab. Reindampf ist in aller Regel frei von Fremdstoffen. Bei Reinstdampf handelt es sich hingegen um ein Produkt mit deutlich höheren Qualitätsanforderungen – vor allem in Bezug auf nichtkondensierbare Gase (NKG). Letztere legen sich beispielsweise in Form von Gasblasen auf Sterilisationsgütern ab und verhindern, dass die betroffenen Stellen mit Dampf in Berührung kommen. Mikroorganismen könnten dem Standhalten und bei medizinischen Operationen im Ernstfall zu Komplikationen führen.
Wichtig zu wissen:
Im medizinischen und pharmazeutischen Einsatz handelt es sich meist um Reinstdampf. Zur Bereitung sind sogenannte Reinstdampferzeuger erforderlich. In allen anderen Bereichen entscheiden die individuellen Anforderungen über die benötigte Dampfqualität.
Anforderungen an alle Bereiche der Reindampferzeuger
Um Rein- oder Reinstampf bereitzustellen, sind nicht nur Reindampferzeuger aus hochwertigen Materialien erforderlich. Auch das Speisewasser, welches im Wärmeübertrager verdampft, muss besonders rein und entsprechend vorbehandelt sein. Leitungen und Armaturen bestehen üblicherweise aus Edelstahl. Sie verhindern die Kontamination und sorgen dafür, dass beim Anfahren entstehendes Kondensat nicht zum geplanten Einsatzort gelangt. Wichtig sind außerdem konstruktive Maßnahmen, die eine unbemerkte Durchmischung von Prozessdampf oder Heißwasser mit Rein- oder Reinstdampf verhindern.
Typische Einsatzbereiche der Reindampferzeuger
Kommt Dampf in Kontakt mit Operationsbesteck, Lebensmitteln oder anderen sensiblen Gütern, sind besonders hohe Anforderungen zu erfüllen. Erreichen lassen sich diese nur mit Reindampferzeugern in speziell für den individuellen Einsatzort ausgelegten Anlagen. Üblich sind die Lösungen dabei in folgenden Bereichen:
Sterilisationsanlagen in der Medizin (Bsp.: Autoklaven)
Reinigung und Sterilisation in der Biologie- und Chemietechnik
Anlagen zur Reinigung oder Behandlung von Lebensmitteln
Herstellung von Pharmazeutika in der Pharmaindustrie
Produktion/Verarbeitung hochreiner Güter (Halbleitertechnik)
In allen genannten Bereichen kommt der Dampf aus einem Reindampferzeuger unmittelbar in Kontakt mit verschiedenen Produkten und Lebensmitteln.
Reindampferzeuger: Funktion einfach erklärt
Reindampferzeuger und Reinstdampferzeuger sind Wärmeübertrager, die thermische Energie auf speziell vorbehandeltes Speisewasser übertragen, um dieses in den gasförmigen Aggregatzustand zu überführen. Der Grund dafür: Kondensiert der Dampf in einem technischen Prozess, überträgt er sehr viel Energie – deutlich mehr, als mit der Abkühlung von Wasser möglich wäre. Grund dafür ist die Verdampfungswärme, die vor allem im unteren Temperaturbereich sehr hoch ist.
Verschiedene Heizmedien kommen zum Einsatz
In aller Regel arbeiten Reindampferzeuger mit Heizdampf. Dieser strömt stofflich getrennt am Speisewasser vorbei, welches dadurch siedet. Abhängig vom Einsatzgebiet, den benötigten Betriebsparametern und der installierten Technik kommen auch Heißwasser und spezielle Thermoöle als Wärmeträger zum Einsatz. Etwas anders funktionieren elektrische Rein- und Reinstdampferzeuger: Diese nutzen Strom, um Heizstäbe aus Edelstahl auf hohe Temperaturen zu bringen und kommen somit ganz ohne Wärmeträger aus.
Fallstrom-, Naturumlaufverfahren oder externer Erhitzer
Geht es um den Aufbau, gibt es neben dem Fallstromverfahren auch das Naturumlaufverfahren und den Reindampferzeuger mit externem Erhitzer. Die folgende Tabelle informiert über die Funktion der Systeme.
| Bauart Wärmeübertrager | Reindampferzeuger-Funktion |
|---|---|
| Fallstromverfahren | Bei diesem Verfahren fällt das Speisewasser von oben über den Wärmeübertrager im Reindampferzeuger. Es nimmt schnell viel Energie auf und geht dabei in den gasförmigen Zustand über. Während Tröpfchen nach unten Fallen, strömt der Dampf oben aus dem Behälter heraus. |
| Naturumlaufverfahren | Hier strömt das Speisewasser über ein isoliertes Rohr in den Dampferzeuger ein. Das Medium erwärmt sich, steigt auf und bildet dabei Dampfblasen, die als kontinuierlicher Dampfstrom entweichen. Das durch den Behälter führende Rohr wirkt zudem als Kühler, an dem sich ein Teil des erwärmten Wassers abkühlt, sodass es nach unten fällt. Es entsteht ein umlaufender Wasserstrom, der Ablagerungen im Reindampferzeuger entgegenwirkt. |
| Externer Erhitzer | Bei diesem Verfahren strömt das Speisewasser aus dem Reindampferzeuger in einen externen Wärmeübertrager. Dieser führt Heizdampf, Heißwasser oder Thermoöl an dem Medium vorbei, sodass es sich erwärmt. Das Wasser strömt zurück in den Erzeuger, verdampft und geht in den angeschlossenen Kreislauf über. Der Vorteil: Auch kleine Tröpfchen fallen im Dampferzeuger nach unten, wodurch der Reindampfstrom von vornherein relativ trocken ist. |
Abschlämmen und Absalzen der Reindampferzeuger
Trotz hoher Speisewasserreinheit kann es bei der Verdampfung dazu kommen, dass sich Salze oder andere Materialien ablagern. Für eine hohe Dampfqualität ist es wichtig, diese aus dem System zu entfernen. Dazu sind die Anlagen regelmäßig abzuschlämmen, wobei ein Teil des Wassers aus dem Reindampferzeuger abgelassen wird. Der Wasserstrom reißt Ablagerungen mit und hält den Prozess sauber.
Abscheider verhindern das Mitreißen von Kondensat
Befinden sich feine Wassertröpfchen im Reindampf, lässt sich weniger Wärme übertragen und die Qualität der Prozesse ist nicht sichergestellt. Aus diesem Grund ist es wichtig, Wassertröpfchen zuverlässig aus dem Dampfstrom zu entfernen. Möglich ist das mit einem Tröpfchenabscheider (auch Dampftrockner), der beispielsweise vor einem Verbraucher installiert wird. Abhängig vom Abscheidegrad unterscheidet man dabei zwischen Grob- und Feinabscheidern. Die folgende Tabelle zeigt, welche Lösungen bei Reindampferzeugern zum Einsatz kommen.
| Abscheider | Abscheidegrad | Funktion |
|---|---|---|
| Gravitationsabscheider | grob | Das Herabsenken der Strömungsgeschwindigkeit führt dazu, dass vergleichsweise schwere Wassertröpfchen aus dem Dampf nach unten fallen. |
| Umlenkbleche | grob | Der Dampfstrom ändert an Umlenkblechen schnell seine Richtung. Träge Tröpfchen schaffen die Kurve nicht und prallen an den Blechen ab. |
| Glockenabscheider | fein | Hier ändert der Dampfstrom mehrfach abrupt die Richtung, wobei selbst kleine Wassertröpfchen durch die höhere Trägheit nach außen fliegen und an den Umlenkstellen abprallen. |
| Zyklonabscheider | fein | Diese Abscheider bringen den Dampfstrom aus dem Reindampferzeuger in eine spiralförmige Bewegung. Wassertröpfchen treiben dadurch an den Rand des Stroms, wo sie an Abführblechen hängen bleiben und verschwinden. |
Tröpfchen entstehen unter anderem durch starke Leistungsschwankungen und die Wärmeverluste im Verteilnetz. Welche Art von Abscheider bei einem Reindampferzeuger zum Einsatz kommt, hängt dabei von den Qualitätsanforderungen an den Reindampf und somit von der jeweiligen Anlage ab.
Wichtig: Damit der Tröpfchenabscheider/Dampftrockner nach einem Reindampferzeuger richtig funktioniert, muss das anfallende Kondensat ungehindert abfließen können.
Anlagen rechtzeitig nach dem Anfahren Entlüften
Ist die Reindampfanlage abgeschaltet, füllen sich die Leitungen mit Luft, die beim Anfahren stark komprimiert wird. Um zu verhindern, dass der Anteil nichtkondensierbarer Gase (NKG) zu stark ansteigt, müssen Betreiber die Anlage rechtzeitig nach dem Hochfahren entlüften. Luft und Dampf vermischen sich auf diese Weise nicht und das Medium erreicht eine hohe Qualität.
Messungen gewährleisten eine hohe Dampfqualität
Bei jedem Reindampferzeuger und bei jedem Reinstdampferzeuger sind verschiedene Betriebsparameter zu messen. Neben Druck und Temperatur geht es dabei auch um die elektrische Leitfähigkeit und die TOC-Werte. Währen Druck und Temperatur über die aktuelle Betriebsweise informieren, gibt die elektrische Leitfähigkeit Aufschluss über gelöste Salze und Feststoffe. Der TOC-Wert entsteht durch Kondensation einer Probe. Dabei fällt CO2 aus und der Gehalt an organischem Kohlenstoff lässt sich feststellen.
Der individuelle Einsatzbereich gibt vor, welche Werte bei den Messungen zu erreichen sind. Bei Reinstdampferzeugern für Pharma- und Biotechnologieunternehmen gibt es in der Regel die höchsten Vorgaben.
Effizienzsteigerung durch Entspannungsdampf
Während das Kondensat in konventionellen Dampfanlagen erneut in den Kessel oder Umformer strömt, ist es bei Reindampferzeugern nicht weiter zu verwenden. Nutzbar ist jedoch der sogenannte Entspannungsdampf, der entsteht, wenn der Druck des heißen Kondensats schnell abfällt. Das Medium ist in anderen Prozessen einsetzbar und senkt somit den Gesamtenergieverbrauch der Anlage.
Besondere Anforderungen an Reindampferzeuger
Um eine hohe Dampfqualität sicherstellen zu können, müssen Reindampferzeuger und die mit diesem verbundenen Anlagen hohe Anforderungen erfüllen. Diese betreffen unter anderem:
das Speisewasser und die Speisewasseraufbereitung
die eingesetzten Werkstoffe in der Reindampfanlage
die Oberflächen von allen Leitungen und Armaturen
die Planung von Reindampferzeugern und -anlagen
Speisewasser für Reindampferzeuger richtig aufbereiten
Bei Speisewasser handelt es sich um Trinkwasser, das entsprechend den Anforderungen im angeschlossenen Prozess aufzubereiten ist. Wichtig ist dabei unter anderem die Entgasung, mit der Luft und andere nichtkondensierbare Gase (NKG) aus dem Wasser entweichen. Darüber hinaus kommen Verfahren wie die Filtration, die Vollentsalzung, die Umkehrosmose und/oder die Elektrodeionisation (CEDI) infrage. Die folgende Tabelle erklärt, wie die Lösungen zur Wasseraufbereitung funktionieren.
| Wasseraufbereitung | Funktion |
|---|---|
| Filtration | Filter entnehmen Schwebstoffe und gröbere Partikel aus dem Speisewasser. |
| Entgasung | Das Speisewasser strömt durch Membranen oder durch einen Erhitzer. Membranen führen Gasbläschen ab, die dadurch nach oben steigen. Bei der Erwärmung steigen Gase wie Sauerstoff und Kohlendioxid ebenfalls auf, da ihre Löslichkeit dann sinkt. |
| Ionenaustauschverfahren | Strömt das Speisewasser für Reindampferzeuger durch den Ionenaustauscher, gibt es im Trinkwasser gelöste Ionen wie Calcium-Kationen an einem speziellen Material oder einer Membran ab. Gleichzeitig nimmt es im Austauscher gespeicherte Ionen auf, um das Ladungsdefizit wieder auszugleichen. Das Speisewasser wird dadurch entsalzt. |
| Umkehrosmose | Hier sorgt hoher Druck dafür, dass unbehandeltes Wasser (Rohwasser) durch eine Membran strömt, die nur Wassermoleküle hindurch lässt. Mitgeführte Partikel etc. bleiben zurück und werden als Abwasser entsorgt. Von der Umkehrosmose spricht man hier, da das reine Wasser ohne Druck auf die Seite des Rohwassers strömen würde – es hat ein osmotisches Verlangen zum Konzentrationsausgleich in Richtung der gelösten Stoffe. |
| Elektrodeionisation (CEDI) | Die Elektrodeionisation (CEDI) ist ein elektrisches Verfahren zur Bereitung von Reinstwasser mit einer sehr niedrigen Leitfähigkeit. Dazu strömt vorbehandeltes Wasser nach Membranentgasung und Umkehrosmose durch sogenannte EDI-Module. In diesen löst ein elektrisches Feld die übrigen Stoffe aus dem Wasser, die als Konzentrat abfließen. Das nahezu salzfreie Wasser (sogenanntes Diluat) strömt hingegen zum Reinstdampferzeuger. |
Welches System zum Einsatz kommt, hängt auch hier von den Anforderungen des Reindampfes ab. Die Konditionierung mit chemischen Zusätzen ist hingegen unüblich, da diese die Dampfqualität beeinflussen.
Die richtigen Werkstoffe für die Reindampfanlage
Da im Zuge der Aufbereitung viele Stoffe aus dem Speisewasser entfernt wurde, ist Reindampf vergleichsweise aggressiv. Als Werkstoff kommen dabei hochwertige Edelstähle wie AISI 304, 316 oder 316L zum Einsatz, um der Korrosion von vornherein entgegenzuwirken.
Glatte Oberflächen für Dampferzeuger und Netze
Rein- und Reinstdampferzeuger stellen Dampf für sensible Bereiche zur Verfügung. Um dessen Sterilität sicherstellen zu können, kommt es in Armaturen und Leitungen auf eine hohe Oberflächengüte an. Andernfalls bestünde die Möglichkeit, dass Mikroorganismen in Spalten überleben und den Reindampf kontaminieren.
Optimale und individuelle Auslegung der Anlagen
Jede Anlage ist einzigartig und in jedem System herrschen andere Bedingungen. Aufgabe von Planern ist es, alle Einflussfaktoren zu berücksichtigen und unter allen Umständen eine hohe Dampfqualität zu gewährleisten. Die einzelnen Komponenten (Reindampferzeuger, Wasseraufbereitung, Dampftrockner, Leitungen etc.) sind dabei individuell aufeinander und auf die Bedingungen am Einsatzort abzustimmen.
Stationäre und mobile Reindampferzeuger verfügbar
Ganz gleich, in welchem Bereich die Dampferzeuger zum Einsatz kommen, handelt es sich überwiegend um fest installierte Anlagen. Fallen diese aus oder geht es darum, Reparatur- und Wartungsarbeiten zu überbrücken, bieten einige Hersteller auch mobile Reindampferzeuger an. Dabei handelt es sich um elektrische Lösungen sowie komplett vormontierte Containeranlagen.
Elektrische Reindampferzeuger arbeiten komplett autark
Elektrische und mobile Reindampferzeuger stellen eine interessante Alternative zu stationären Anlagen dar. Die Geräte bestehen aus einem Vorratsbehälter für vollentsalztes Speisewasser, einem elektrischen Dampferzeuger, verschiedenen Dampftrocknern und einem Auffangbehälter für Tröpfchen, Kondensat sowie Abscheideprodukte. Ein Starkstromanschluss genügt, und die Anlagen erzeugen an jedem Ort zuverlässig Reindampf für verschiedene Zwecke. Im Vergleich zu großen stationären Anlagen ist die Dampfmenge in der Regel kleiner.
Mobile Reindampferzeuger in Container liefern viel Dampf
Soll es etwas größer sein, kommen Containerlösungen zum Einsatz. Diese sind komplett vormontiert und mit allen benötigten Komponenten ausgestattet. Die Dampfleistung liegt je nach Bedarf bei 50 bis 10.000 Kilogramm Reindampf pro Stunde und steht stationären Lösungen damit in nichts nach. Ganz im Gegenteil: Bei Bedarf lassen sich die Reindampferzeuger mieten und so ohne hohe Investitionskosten in Betrieb nehmen. Lohnen kann sich das bei Ausfällen, Reparaturarbeiten oder vorübergehenden Lastspitzen.
Reindampferzeuger: Diese Hersteller bieten Anlagen an
Wer sich für Rein- und Reinstdampferzeuger interessiert, findet heute verschiedene Anbieter am Markt. Die nachfolgende Liste gibt einen ersten Überblick:
- BBS GmbH
- Stritzel Dampftechnische Geräte GmbH
- Paehr Wasser Technik (Reinstwassersysteme)
- Spirax Sarco GmbH
- Apparatebau-Wärmetechnik GmbH
- DEWA Energie- und Anlagenbau GmbH
- Dankl Dampfsysteme GmbH & Co. KG
- FSD Fruhen Schulze Dupuis GmbH
- Jumag Dampferzeuger GmbH
Häufig gestellte Fragen
Was ist Reindampf und wann kommt er zum Einsatz?
Bei Reindampf handelt es sich um Dampf, der nahezu keine Reststoffe enthält. Er lässt sich mit besonders sauber aufbereitetem Speisewasser in sogenannten Reindampferzeugern bereiten und in vielen Bereichen einsetzen. So zum Beispiel in der Lebensmitteltechnik, der Halbleiterindustrie oder Medizintechnik. Weitere Einsatzbereiche sind die Pharma- und Biotechnologie.
Was ist der Unterschied zwischen Reindampf und Reinstdampf?
Reinstdampf erfüllt höhere Qualitätsanforderungen. Er lässt sich mit Reinstdampferzeugern aus Reinstwasser (Speisewasser nach Entgasung, Umkehrosmose und Elektrodeionisation) erzeugen. Zum Einsatz kommt er meist in der Pharma- und Biotechnologie. Reindampf erfüllt geringere Anforderungen, hat eine höhere Leitfähigkeit und kommt in einem breiteren Bereich, etwa in der Lebensmitteltechnik zum Einsatz.
Übrigens: Reinstdampf erfüllt die Anforderungen an medizinisches Injektionswasser – er (bzw. das entstehende Kondensat) könnte also ohne schädliche Folgen in den menschlichen Körper injiziert werden.
Wie funktioniert ein Reindampferzeuger in der Praxis?
Einfach beschrieben handelt es sich bei Reindampferzeugern um große Behälter, in denen sich ein Wärmeübertrager befindet. Während Pumpen voll aufbereitetes Speisewasser in den Behälter leiten, strömt Heizdampf, Heißwasser oder Thermoöl durch den Wärmeübertrager. Die Medien geben thermische Energie ab, die das Speisewasser so stark aufheizen, dass es in die gasförmige Phase übergeht. Anschließend strömt der sogenannte Reindampf aus dem Behälter zu einem Verbraucher.
Welche Anforderungen erfüllen moderne Reindampferzeuger?
Besonders wichtig ist die Aufbereitung des Speisewassers. Nur wenn dieses keine Reststoffe enthält, lässt sich qualitativ hochwertiger Dampf erzeugen. Die Systeme sind dabei so zu konstruieren, dass alle Werkstoffe dem salzarmen bis salzfreien und dadurch relativ aggressivem Dampf standhalten. Möglich ist das mit Edelstahlbauteilen, die außerdem die Kontamination des Mediums verhindern. Im Betrieb kommt es darüber hinaus auch auf eine fachgerechte Entlüftung und Dampftrocknung an, um nichtkondensierbare Gase (NKG) weitestgehend auszuschließen. Wichtig sind außerdem eine regelmäßige Messung der Betriebsparameter und eine individuelle, projektorientierte Planung der Anlagen.
