پمپ های شیمیایی چیست و چگونه نوع مناسب را برای کاربرد خود انتخاب می کنید؟

پمپ شیمیایی چیست و چرا طراحی تخصصی اهمیت دارد؟

پمپ شیمیایی یک دستگاه مکانیکی است که به طور خاص برای انتقال، دوز یا گردش سیالات خورنده، خطرناک، ساینده یا واکنش پذیر به طور ایمن و قابل اطمینان طراحی شده است. برخلاف پمپ‌های آب استاندارد که برای سیالات خوش‌خیم طراحی شده‌اند، پمپ‌های شیمیایی باید در برابر تخریب محیط‌های تهاجمی - اسیدهای قوی مانند اسید سولفوریک و اسید هیدروکلریک، قلیاها مانند هیدروکسید سدیم، حلال‌ها، اکسیدکننده‌ها و دوغاب‌های حاوی مواد جامد معلق مقاومت کنند. مواد مورد استفاده در اجزای خیس شده (قطعات در تماس با سیال)، سیستم آب بندی و هندسه داخلی پمپ باید با در نظر گرفتن ماده شیمیایی خاص انتخاب شوند.

عواقب استفاده از یک پمپ نامناسب در کاربردهای شیمیایی از سایش و نشت سریع گرفته تا خرابی فاجعه بار، آسیب کارگر و آلودگی محیطی متغیر است. بدنه پمپی که در معرض اسید هیدروفلوئوریک حل می‌شود، مهر و موم مکانیکی که در مواجهه با حلال‌های کتون متورم می‌شود و از کار می‌افتد، یا پروانه‌ای که در عرض چند هفته توسط دوغاب ساینده فرسایش می‌یابد - اینها حالت‌های خرابی در دنیای واقعی هستند که انتخاب صحیح پمپ را به یک تصمیم مهندسی ایمنی حیاتی تبدیل می‌کنند، نه صرفاً یک سؤال عملکرد. بنابراین درک دسته‌های اصلی پمپ‌های شیمیایی و شرایطی که هر کدام برای آن طراحی شده‌اند، دانش اساسی برای هر کسی است که در مهندسی فرآیند، تعمیر و نگهداری کارخانه یا طراحی سیستم حمل و نقل مواد شیمیایی دخالت دارد.

دو مقوله اساسی: جابجایی جنبشی در مقابل جابجایی مثبت

همه پمپ های شیمیایی متعلق به یکی از دو اصل اساسی عملیاتی هستند: پمپ های جنبشی (یا دینامیکی) و پمپ های جابجایی مثبت. این دسته بندی ها در نحوه انتقال انرژی به سیال متفاوت هستند و ویژگی های جریان و فشار متفاوتی تولید می کنند که هر کدام را برای کاربردهای خاصی مناسب تر می کند.

پمپ‌های جنبشی - معمولاً پمپ‌های گریز از مرکز - با استفاده از یک پروانه چرخان سیال را شتاب می‌دهند و انرژی جنبشی را به فشار در خروجی پمپ تبدیل می‌کنند. آنها جریان پیوسته و نسبتاً صاف را ارائه می دهند و در نرخ جریان بالا با فشار متوسط ​​مورد نیاز هستند. سرعت جریان آنها با فشار برگشتی سیستم متفاوت است، به این معنی که آنها باید به دقت با منحنی سیستم مطابقت داده شوند. در مقابل، پمپ‌های جابجایی مثبت، سیال را با به دام انداختن حجم ثابتی در یک حفره و فشار دادن آن در تخلیه با هر بار حرکت یا چرخش، حرکت می‌دهند. آنها نرخ جریان ثابتی را تا حد زیادی مستقل از فشار سیستم ارائه می دهند و آنها را برای دوز دقیق، سیالات با ویسکوزیته بالا و کاربردهای فشار بالا ایده آل می کند. درک اینکه کدام دسته با فرآیند شما مطابقت دارد اولین گام در انتخاب پمپ است.

پمپ های شیمیایی گریز از مرکز: اسب های کار با جریان بالا

پمپ های گریز از مرکز به دلیل سادگی، ظرفیت جریان بالا و هزینه نسبتا کم، پرکاربردترین نوع پمپ در صنعت فرآوری شیمیایی هستند. در یک پمپ سانتریفیوژ شیمیایی، سیال به صورت محوری وارد چشم پروانه می شود، توسط پره های چرخان به سمت بیرون شتاب می گیرد و از یک محفظه حلزونی که سرعت را به فشار تبدیل می کند، خارج می شود. عدم وجود قطعات رفت و برگشتی به معنای نقاط سایش کمتر و نیازهای تعمیر و نگهداری کمتر در مقایسه با اکثر طرح های جابجایی مثبت است.

انتخاب مواد در پمپ های شیمیایی گریز از مرکز

چالش مهندسی تعیین کننده با پمپ های شیمیایی گریز از مرکز، انتخاب مواد است. اجزای خیس شده باید از نظر شیمیایی با سیال فرآیند در طیف وسیعی از دماها و غلظت های عملیاتی سازگار باشند. مواد متداول عبارتند از فولاد ضد زنگ 316L برای مقاومت در برابر خوردگی همه منظوره، فولاد ضد زنگ دوبلکس برای محیط های غنی از کلرید، Hastelloy C-276 برای اسیدهای بسیار اکسید کننده، پلی پروپیلن (PP) و پلی اتیلن (PE) برای بسیاری از اسیدهای معدنی و قلیاها در دمای محیط، و PVDFoxide یا اکسید کننده های قوی (PVDF) هالوژن ها و روکش PTFE برای الزامات مقاومت شیمیایی شدید. انتخاب آلیاژ اشتباه - به عنوان مثال، استفاده از 304 ضد زنگ در سرویس اسید هیدروکلریک - منجر به خوردگی سریع و خرابی پمپ می شود.

درایو مغناطیسی بدون مهر و موم و پمپ های موتور کنسرو شده

یکی از مهم ترین انواع پمپ های شیمیایی گریز از مرکز، طراحی بدون سیل است که در دو پیکربندی موجود است: درایو مغناطیسی (mag-drive) و موتور کنسرو شده. پمپ‌های گریز از مرکز سنتی از مهر و موم مکانیکی استفاده می‌کنند که شفت دوار از محفظه پمپ خارج می‌شود - یک نقطه نشتی بالقوه که نیاز به نگهداری دقیق دارد و یک حالت خرابی شناخته شده با مواد شیمیایی سمی یا فرار است. پمپ های Mag-drive با استفاده از یک جفت مغناطیسی برای انتقال گشتاور از طریق یک پوسته مهاری، مهر و موم شفت را به طور کامل از بین می برند، بنابراین هیچ نفوذ شفت چرخشی در مرز سیال وجود ندارد. موتور پمپ های کنسرو شده به طور مشابه روتور موتور را در داخل سیال پمپ شده محصور می کنند. هر دو طرح برای ترکیبات آلی سرطان زا، بسیار سمی یا فرار که حتی نشتی جزئی از نقطه نظر ایمنی یا نظارتی غیرقابل قبول است، ترجیح داده می شوند.

پمپ های دیافراگمی: جابجایی مثبت همه کاره برای مواد شیمیایی

پمپ های دیافراگمی از جمله پرکاربردترین پمپ های جابجایی مثبت هستند که در خدمات شیمیایی مورد استفاده قرار می گیرند. آنها با خم کردن یک غشاء (دیافراگم) به جلو و عقب در داخل یک محفظه عمل می کنند، مایع را از طریق یک سوپاپ ورودی در سکته مکش به داخل می کشند و آن را از طریق یک دریچه چک تخلیه در ضربه فشار خارج می کنند. از آنجایی که دیافراگم تنها مانع بین مکانیزم محرک و سیال فرآیند است و شیرهای چک جایگزین آب‌بندی‌های دینامیکی می‌شوند، پمپ‌های دیافراگمی ذاتاً در برابر نشت مقاوم هستند و برای سیالات خطرناک مناسب هستند.

پمپ های دیافراگمی دوگانه با هوا (AODD).

رایج ترین نوع پمپ دیافراگمی در پردازش شیمیایی، پمپ دیافراگمی دوگانه با هوا (AODD) است. پمپ های AODD از هوای فشرده برای به کار انداختن متناوب دو دیافراگم در محفظه های مخالف استفاده می کنند و جریان پالسی تقریباً پیوسته ای ایجاد می کنند. آنها خود پرکننده هستند، می توانند بدون آسیب خشک شوند، دوغاب های ساینده را کنترل کنند، و می توانند مواد جامد نرم را بدون گرفتگی عبور دهند - قابلیت هایی که آنها را برای انتقال مواد شیمیایی، تخلیه درام و کاربردهای فاضلاب محبوب می کند. قطعات خیس شده معمولاً در PTFE، پلی پروپیلن، PVDF یا فولاد ضد زنگ برای مطابقت با طیف وسیعی از الزامات سازگاری شیمیایی در دسترس هستند. محدودیت اصلی پمپ‌های AODD جریان ضربانی است که تولید می‌کنند، که می‌تواند باعث لرزش لوله شود و ممکن است در کاربردهای حساس به دمپنرهای ضربانی نیاز داشته باشد.

پمپ های اندازه گیری دیافراگمی که به صورت مکانیکی فعال می شوند

برای دوز دقیق شیمیایی - مانند تنظیم pH، ضد عفونی کردن، یا افزودن معرف - پمپ‌های اندازه‌گیری دیافراگمی که به صورت مکانیکی فعال می‌شوند راه حل استاندارد هستند. این پمپ ها دیافراگم را از طریق یک بادامک یا شاتون غیرمرکز متصل به یک موتور به حرکت در می آورند و حجم حرکت بسیار قابل تکراری را ارائه می دهند که می تواند با تغییر طول ضربه، فرکانس ضربه یا هر دو تنظیم شود. پمپ‌های اندازه‌گیری الکترونیکی مدرن سیگنال‌های کنترلی 4 تا 20 میلی آمپر و ورودی‌های پالس را از دبی‌مترها می‌پذیرند، که اجازه می‌دهند دوز دقیق متناسب مستقیماً با جریان فرآیند مرتبط باشد. دقت دوز ± 1% یا بهتر با پمپ های اندازه گیری با کیفیت قابل دستیابی است که در تصفیه آب، سنتز شیمیایی و کاربردهای پردازش مواد غذایی بسیار مهم است.

پمپ های پریستالتیک: برخورد ملایم با خطر آلودگی صفر

پمپ‌های پریستالتیک (که به آن‌ها پمپ شلنگی یا پمپ‌های لوله‌ای نیز گفته می‌شود) بر اساس یک اصل ساده کار می‌کنند: یک روتور چرخان با غلتک‌ها یا کفشک‌ها یک لوله یا شلنگ انعطاف‌پذیر را به ترتیب فشرده می‌کند و مایع را مانند فشار دادن یک لوله خمیر دندان به سمت جلو هل می‌دهد. سیال فقط با قسمت داخلی لوله تماس می گیرد و هرگز با بدنه پمپ، غلتک ها یا هر جزء مکانیکی دیگری تماس نمی گیرد. این طراحی چندین مزیت مهم در خدمات شیمیایی ارائه می دهد.

اولاً، تا زمانی که لوله یا شیلنگ دست نخورده باشد، محتوی سیال مطلق است - هیچ مهر و موم، دریچه یا رابط دینامیکی برای نشت وجود ندارد. دوم، پمپ خود پرایمینگ است و می تواند سیالات با محتوای گاز بالا یا مواد چسبناک و حساس به برش مانند محلول های پلیمری و محیط های بیولوژیکی را مدیریت کند. سوم، تعویض لوله - وظیفه تعمیر و نگهداری اولیه - نیازی به ابزار یا تخصص خاصی ندارد. پمپ های پریستالتیک به طور گسترده ای برای انتقال دوغاب ساینده، دوز معرف pH در تصفیه آب، تولید دارو، و توزیع مواد شیمیایی آزمایشگاهی استفاده می شود. محدودیت‌های اصلی حداکثر فشار عملیاتی (معمولاً برای پمپ‌های شلنگ صنعتی به 15 تا 20 بار محدود می‌شود) و عمر لوله است که با سرعت‌ها، فشارها و سیالات شیمیایی تهاجمی‌تر کاهش می‌یابد.

پمپ های دنده ای و پمپ های پیچی برای سرویس های شیمیایی با ویسکوزیته بالا

هنگامی که سیال فرآیند بسیار ویسکوز است - مانند محلول‌های پلیمری غلیظ، چسب‌ها، رزین‌ها یا روغن‌های فرآیند سنگین - پمپ‌های گریز از مرکز به سرعت کارایی خود را از دست می‌دهند و پمپ‌های جابجایی مثبت با عناصر دوار به انتخاب ترجیح داده می‌شوند. پمپ های دنده ای و پمپ های پیچی دو طرح رایج جابجایی مثبت دورانی برای سرویس های شیمیایی چسبناک هستند.

پمپ های دنده ای از دو چرخ دنده بهم پیوسته استفاده می کنند که در جهت مخالف می چرخند تا مایع را بین دندانه های چرخ دنده و دیواره بدنه محبوس کرده و آن را از ورودی به خروجی حمل کنند. آنها جریان صاف و کم ضربان را ارائه می دهند و ویسکوزیته روغن های سبک تا رزین های بسیار ضخیم را کنترل می کنند. پمپ های دنده ای خارجی رایج ترین نوع در خدمات شیمیایی عمومی هستند. پمپ های دنده داخلی عملکرد آرام تری دارند و برای کاربردهای غذایی و دارویی ترجیح داده می شوند. پمپ های مارپیچ از یک یا چند پیچ ​​مارپیچ برای فشار دادن سیال به صورت محوری از طریق پمپ با برش بسیار کم استفاده می کنند که آنها را برای سیالات حساس به برش یا کاربردهایی که نیاز به جریان فوق العاده صاف و بدون پالس در فشارهای بالا دارند ایده آل می کند. طرح های دو پیچ و سه پیچ در سراسر صنایع شیمیایی، فرآوری مواد غذایی و آرایشی یافت می شود.

مقایسه انواع پمپ های شیمیایی در یک نگاه

عوامل کلیدی در انتخاب پمپ شیمیایی مناسب

با وجود بسیاری از انواع پمپ های موجود، یک فرآیند انتخاب سیستماتیک از عدم تطابق پرهزینه جلوگیری می کند. فاکتورهای زیر برای هر کاربرد پمپ شیمیایی باید ارزیابی شوند.

• سازگاری شیمیایی: نقطه شروع برای انتخاب هر پمپ شیمیایی، بررسی سازگاری کامل بین سیال فرآیند (شامل غلظت، دما و هرگونه مواد شیمیایی ثانویه موجود) و تمام مواد خیس شده - بدنه پمپ، پروانه یا روتور، مهر و موم، واشر و دیافراگم است. نمودارهای مقاومت شیمیایی سازنده و منابعی مانند پایگاه داده سازگاری شیمیایی Cole-Parmer ابزارهای مرجع ضروری هستند.
• نرخ جریان و فشار مورد نیاز: دبی مورد نیاز (لیتر در دقیقه یا گالن در دقیقه) و هد سیستم (کل فشاری که پمپ باید بر آن غلبه کند شامل بالابر ساکن، تلفات اصطکاک و فشار برگشتی) را تعریف کنید. این دو پارامتر نقطه وظیفه ای را که پمپ انتخاب شده باید در منحنی عملکرد خود داشته باشد را مشخص می کند.
• ویسکوزیته سیال: ویسکوزیته مستقیماً بر دسته انتخاب پمپ تأثیر می گذارد. سیالات بالاتر از حدود 200 تا 500 cP شروع به کاهش بازده پمپ گریز از مرکز به طور قابل توجهی می کنند و انواع جابجایی مثبت را مناسب تر می کنند. سیالات با ویسکوزیته بسیار بالا (بالاتر از 5000-10000 cP) تقریباً همیشه به پمپ دنده یا پیچ نیاز دارند.
• محتوای جامدات و اندازه ذرات: اگر سیال حاوی مواد جامد معلق باشد، پمپ باید بتواند آنها را بدون گرفتگی یا فرسودگی بیش از حد عبور داده یا آنها را کنترل کند. پمپ های AODD و پریستالتیک جامدات را به خوبی تحمل می کنند. طرح های پروانه باز گریز از مرکز می توانند جامدات نرم را مدیریت کنند. پمپ های چرخ دنده ای و پیچی معمولاً نمی توانند جامدات ساینده را بدون سایش سریع تحمل کنند.
• الزامات آب بندی: در کاربردهایی که شامل مواد شیمیایی بسیار سمی، فرار یا محدود به محیط زیست می‌شوند، طرح‌های پمپ بدون مهر و موم (mag-drive، موتور کنسرو شده، دیافراگم یا پریستالتیک) باید برای حذف مسیرهای نشت آب‌بند شفت مشخص شود. برای سیالات کم خطر، آب بندی های مکانیکی با مواد مناسب و ترتیبات شستشو استاندارد هستند.
• دقت دوز: اگر برنامه نیاز به افزودن اندازه گیری شده یک ماده شیمیایی در مقادیر دقیق داشته باشد، یک پمپ اندازه گیری با نسبت چرخش مناسب و رابط کنترل لازم است. پمپ های انتقال همه منظوره برای دقت دوز قابل تکرار طراحی نشده اند.

روش های نگهداری و ایمنی برای پمپ های شیمیایی

حتی با دقت انتخاب شده پمپ شیمیایی برای ارائه عملکرد مطمئن و ایمن در طول عمر سرویس خود، نیاز به نگهداری مداوم دارد. مهر و موم های مکانیکی باید در فواصل منظم بازرسی شوند و در اولین نشانه های گریه یا نشتی تعویض شوند - خرابی سیل در خدمات شیمیایی به ندرت برای مدت طولانی جزئی باقی می ماند. پمپ‌های دیافراگمی باید دیافراگم‌هایشان را بر اساس یک برنامه زمان‌بندی مشخص شده با ساعات کارکرد و تهاجمی سیال بازرسی کنند، زیرا پارگی دیافراگم در سرویس‌های شیمیایی خطرناک می‌تواند منجر به ورود سیال فرآیند به مکانیزم تامین هوا یا محرک شود. لوله های پمپ پریستالتیک باید بر اساس یک برنامه پیشگیرانه بر اساس تعداد چرخه جایگزین شوند نه اینکه منتظر ترک خوردن یا خرابی قابل مشاهده باشند.

ایمنی در طول تعمیر و نگهداری به همان اندازه حیاتی است. پرسنلی که روی پمپ های شیمیایی کار می کنند باید از PPE مناسب مطابق با ماده شیمیایی در خدمت استفاده کنند - حداقل دستکش های مقاوم در برابر مواد شیمیایی و محافظ چشم، و اغلب محافظ های کامل صورت، لباس های شیمیایی و محافظ تنفسی برای مایعات بسیار سمی یا فرار. قبل از اینکه هر پمپی برای تعمیر و نگهداری باز شود، باید مراحل قفل/تاگوت انجام شود، و تمام سیال باقیمانده فرآیند باید به طور ایمن تخلیه، شستشو و خنثی شوند، قبل از اینکه اجزای خیس شده جدا شوند. مستندسازی داده‌های عملکرد پمپ - نرخ جریان، فشار، مصرف توان و سطوح ارتعاش - در طول زمان، تعمیر و نگهداری پیش‌بینی‌شده و شناسایی زودهنگام فرسودگی یا خرابی را قبل از پیشرفت به سمت خرابی ممکن می‌سازد.