Upgrade der Drucklufttrockner in einer pharmazeutischen Produktionsanlage auf ein ölfreies, null-Verlust-Gebläse-Trocknungssystem mit Trockenmittel

Fallstudie: Eine große pharmazeutische Anlage löst Feuchtigkeits- und Kontaminationsprobleme mit neuen bläserregenerierten Adsorptionstrocknern (Taupunkt –40 °C, ölfrei). Gelieferte Ausrüstung, Installation sowie ROI-Kennzahlen werden detailliert beschrieben.  

Kundenhintergrund:  Yunnan Baiyao Group Co., Ltd., ein führender pharmazeutischer Hersteller in der Provinz Yunnan, stellt eine breite Palette von Produkten her, darunter traditionelle chinesische Arzneimittel und moderne pharmazeutische Produkte, für die teilweise extrem saubere, trockene Druckluft erforderlich ist. Das bestehende Druckluftsystem des Kunden versorgte mehrere Produktionslinien; die veralteten Trockner konnten jedoch die strengen Anforderungen nach ISO 8573-1 Klasse nicht mehr erfüllen. Die Anlage arbeitet rund um die Uhr (24/7), wobei bereits kurze Ausfallzeiten zu erheblichen Verlusten und Produktverschwendung führen.

Schmerzpunkte:  Der Kunde hatte wiederholt Probleme mit Feuchtigkeitskontamination in den Druckluftleitungen. Die vorhandenen Kältetrockner führten gelegentlich zu einer Mitnahme von Kondensat, was die Sterilität gefährdete. Da das ursprüngliche System kleine drucklos-regenerierende Trockner verwendete, ging ein erhebliches Volumen an Spülluft verloren (20–25 % der Fördermenge), was Energie verschwendete. Unter Spitzenlastbedingungen im Hochsommer stieg der Taupunkt über –20 °C an und lag damit unterhalb der Spezifikation. Der Kunde benötigte ein Upgrade der Trocknertechnik, das folgende Anforderungen erfüllen musste:

• Einen stabil niedrigen Taupunkt (≤ –40 °C) bei allen Lastbedingungen sicherstellen.
• Verluste an Spülluft vollständig eliminieren (betrieb ohne Spülluft) zur Reduzierung des Energieverbrauchs.
• Ölfreie Druckluft gewährleisten (da ein ölfreier Schraubenkompressor stromaufwärts keinerlei Kontaminationsrisiko eingehen durfte).
• In die bestehende Kompressorraumanordnung passen, ohne umfangreiche Änderungen an der Rohrleitungsführung vornehmen zu müssen.

Unsere Lösung:  Wir schlugen einen gebläse-regenerierten, zweitürmigen Adsorptionstrockner  vor, der speziell auf den Durchsatz des Werks abgestimmt war. Der Lieferumfang umfasste:

• Ausrüstung:  Vier große Modelle HR-350SGRD  adsorptions-Trockner (jeweils 2100 m³/h, entsprechend 35 m³/min) mit beheizter Gebläse-Regeneration. Jeder Trockner verfügt über zwei Türme aus rostfreiem Stahl, die mit einem hochkapazitiven Trockenmittel (aktiviertem Aluminiumoxid + Molekularsieb) gefüllt sind. Die Regeneration erfolgt mittels einer elektrischen Heizung (150–200 °C) in Kombination mit einem hochwirksamen Gebläse, das Umgebungsluft ansaugt, wodurch während des Spülprozesses keine Druckluft benötigt wird. Die Kühlung erfolgt durch unerwärmte Umgebungsluft über dasselbe Gebläse. Dadurch wird nahezu keine Druckluft während des Betriebs verbraucht. Das System erreicht unter Standardbetriebsbedingungen konstant einen Taupunkt unter Druck von ≤ –40 °C und erfüllt damit die ISO 8573-1-Klasse 2 hinsichtlich des Wassergehalts.
• Luftfiltration:  Vor- und Nachfilter (0,01 μm, FDA-konform, koaleszierend) wurden geliefert, um eine vollständige Vermeidung von Ölmitreißung zu gewährleisten.
• Steuerungssystem:  Ein fortschrittlicher SPS-Regler (Sigma Electric Controls) steuert die Umschaltung der Trocknertürme, überwacht den Taupunkt (Online-Sensor) und den Druck sowie optimiert die Gebläsedrehzahl. Eine Touchscreen-Benutzeroberfläche wurde für Statusanzeige und Alarme bereitgestellt. Das System ist in die zentrale Leittechnik (DCS) der Anlage zur Fernüberwachung integriert.
• Leistungsdaten:  Die Trockner garantieren bei Volllast einen Drucktaupunkt von –40 °C (bei Teillast bis zu –70 °C möglich) bei ölfreier Luftqualität (ISO-Klasse 1 nach Filtern). Das Gebläse verbraucht lediglich 0,10 kW pro m³/min – deutlich weniger als die Spüluverluste eines hitzelosen Trockners.
• Luftfiltration:  Vorfilter (Partikelfilter mit 0,01 μm Abscheidegrad, aus FDA-konformen Materialien) entfernen jeglichen verbleibenden Rohrleitungstaub oder Verschleißpartikel des Verdichters; Nachfilter (0,01 μm) fangen mögliche Desiccant-Feinpartikel aus den Trocknertürmen ab und gewährleisten so eine luftreine, sterilenreine Luftqualität für pharmazeutische Produktionslinien.
• Steuerungssystem:  Ein fortschrittlicher SPS-Controller (z. B. Siemens S7-1200 oder vergleichbar) steuert die Turmschaltung, überwacht den Taupunkt (Online-Sensor) und den Druck sowie optimiert die Gebläsedrehzahl. Ein Touchscreen-HMI zeigt Status und Alarme an. Das System ist in die zentrale Prozessleittechnik (DCS) der Anlage integriert, um eine Fernüberwachung zu ermöglichen.
• Leistungsdaten:  Die Trockner gewährleisten bei Volllast und typischen Umgebungsbedingungen einen stabilen Drucktaupunkt von ≤ –40 °C. Der Regenerationsgebläseverbrauch liegt typischerweise bei 0,10–0,12 kW pro m³/min Trocknervolumenstrom – deutlich niedriger als der 15–25 %ige Druckluft-Abblasverlust eines hitzelosen Trockners. Die Luftqualität am Ausgang erfüllt ISO 8573-1 Klasse 1 für Öl (≤ 0,01 mg/m³) und Klasse 2 für Wasser (≤ –40 °C Drucktaupunkt).

Abbildung: Reinraum-Produktionslinie in einer pharmazeutischen Anlage (zur Veranschaulichung).

Lieferung und Installation:  Das Projekt folgte einem strukturierten Zeitplan: Das Systemdesign und die Konstruktionszeichnungen wurden innerhalb von vier Wochen genehmigt. Die Werksabnahmeprüfung (FAT) der montierten Trockner wurde in unserem Werk vor dem Versand abgeschlossen. Die Lieferung zur Baustelle erfolgte drei Wochen nach der FAT. Die Installation (unten dargestellt) dauerte zwei Wochen: Montage, Rohrleitungsverlegung, elektrischer Anschluss und Verkabelung der Steuerung.

Nach der Installation führten wir eine siebentägige Inbetriebnahmephase durch, einschließlich der Baustellenabnahmeprüfung (SAT) und der Dokumentation der Betriebsqualifizierung (OQ) gemäß pharmazeutischen Standards. Parameter (Taupunkt, Energieverbrauch) wurden protokolliert und wiesen sofortige Einhaltung auf. Die Bedienerschulung sowie ein abschließender Abnahmeprotokollbericht wurden an den Kunden übergeben.

Ergebnisse / Vorteile:  Die neuen Null-Blasluft-Trockner lösten sämtliche Probleme. Zu den wichtigsten Vorteilen zählen:

• Stabiler Taupunkt:  Der Lufttaupunkt liegt nun konstant bei –45 °C unter Volllast, wobei Spitzenwerte weiterhin unter –40 °C liegen (im Vergleich zu –20 °C zuvor).
• Energieeinsparung:  Durch das Entfernen der Druckluftspülung wurde etwa 15 % der Energie für die Drucklufterzeugung eingespart (d. h. die Energie, die andernfalls als Spülluft verloren gegangen wäre). Die gemessene Gebläseleistung beträgt nur etwa 10 % der zusätzlichen Kompressorleistung, die ein wärmeloser Trockner aufgrund seines Spülluftverlusts verbrauchen würde. Die geschätzte jährliche Stromersparnis beträgt ≈¥160,000 (basierend auf dem lokalen industriellen Strompreis von ¥ 0,8/kWh). Zum Vergleich: Die Eliminierung von Spülluftverlusten spart typischerweise 15–20 % der Kompressorleistung – deutlich mehr als die 10–12 % Einsparung durch Wärmerückgewinnungsverfahren.
• Verringerte Wartung:  Der Gebläse-Regenerationszyklus läuft kontinuierlich mit minimalem Verschleiß ab (keine zyklisch betätigten Spülventile). Die Lebensdauer des Trockenmittels ist verlängert. Während der ersten sechs Monate des kontinuierlichen 24/7-Betriebs traten keine ungeplanten Wartungsarbeiten oder Ausfälle auf, was auf eine hohe Zuverlässigkeit hinweist.
• Eliminierung von Kontamination:  Mit ölfreien Kompressoren und Feinfiltration stellt der Kunde fest null  keine Öl- oder Feuchtigkeitsvorfälle seit Inbetriebnahme. Die Produktqualität hat sich verbessert.

Der Kunde ist mit der schlüsselfertigen Lösung äußerst zufrieden. Leistungsindikatoren  wurden zur Nachweisführung des ROI erfasst: Die Energiekosten sanken um ca. 12 %. Im Vergleich zu den bisherigen hitzelosen Trocknern verbesserte sich der spezifische Energieverbrauch des neuen Systems (kW pro m³/min) um 50 %. Das System amortisierte sich innerhalb von weniger als 3 Jahren.

Wie ein Anlageningenieur bemerkte: „ Die neuen Trockner liefern absolut zuverlässige trockene Luft und senken unseren Stromverbrauch – genau das, was wir benötigten. ”