Traitement par solvant : à la recherche de la bonne technologie de pompe

Jul 27, 2023

Il n'y a pas moyen de contourner cela. Si quelqu'un fait partie d'un secteur industriel avec des pompes de traitement, il rencontrera plus que probablement des solvants. Les solvants servent de composé réactionnel, conçu pour dissoudre d'autres substances afin de créer un nouveau mélange ou de créer d'autres produits chimiques. La nature des solvants nécessite un soin délibéré pour s'assurer qu'ils sont traités correctement sans créer d'effets néfastes sur votre équipement ou votre personnel.

Il existe de nombreuses variétés de solvants, la plupart sous forme liquide fine, qui permettent aux produits courants de fonctionner correctement et de manière optimale. Les exemples incluent les peintures qui sèchent rapidement et conservent leur intégrité pendant longtemps, les nettoyants et dégraissants industriels. Les industries qui traitent couramment des solvants comprennent le pétrole et le gaz, les eaux usées, l'automobile, les revêtements et la peinture, entre autres.

Alors que certaines technologies de pompes peuvent traiter des solvants, de nombreux opérateurs optent pour des pompes centrifuges. La plupart des opérateurs connaissent la technologie et sa capacité à gérer efficacement les fluides aqueux, tels que les solvants. Parce qu'elles sont largement disponibles, les pompes centrifuges ont également la réputation d'être une solution moins chère que les autres technologies de pompe.

Cet article explique pourquoi les pompes à palettes coulissantes à déplacement positif sont une autre technologie de pompe à considérer en ce qui concerne les solvants.

Les pompes centrifuges, l'une des technologies de pompage les plus anciennes, utilisent l'énergie cinétique, la vitesse et la quantité de mouvement pour transférer les liquides. Ces pompes nécessitent un moteur ou un moteur électrique pour les alimenter, créant suffisamment d'énergie pour faire tourner une turbine pour déplacer les fluides. Le liquide entre du côté aspiration de la pompe et se déplace dans la chambre de la turbine. Lorsque la roue et ses pales tournent, cela crée une dynamique pour le fluide entrant.

Le carter, qui renferme l'impulseur, présente un passage en forme de volute de surface croissante, recueillant le liquide sortant de l'impulseur et convertissant une partie de son énergie de vitesse en pression supplémentaire. Ce passage de carter mène à la buse de refoulement de la pompe, où il est ensuite forcé dans la tuyauterie de refoulement. Les pompes centrifuges sont courantes dans les applications de transfert de liquide et de traitement, de nombreux opérateurs citant sa large plage de fonctionnement.

Les pompes à palettes coulissantes comportent un rotor avec une série de palettes qui se rétractent et coulissent lorsque le rotor tourne. Ce mouvement de glissement crée des chambres dans lesquelles le liquide s'écoule, et lorsque le rotor tourne, le liquide est déplacé vers la sortie où il est déchargé lorsque la chambre de pompage est pressée vers le bas. Chaque révolution du rotor déplace un volume constant de fluide avec peu de risque de glissement. Les variations de pression de pompage ont peu d'effet sur le débit de la pompe à palettes coulissantes, et le profil d'écoulement ouvert fournit un environnement doux et à faible cisaillement à l'intérieur de la pompe.

Les principes de fonctionnement des pompes à palettes coulissantes leur permettent d'offrir une cohérence volumétrique tout au long de leur durée de vie, ainsi que la capacité de traiter une large gamme de liquides, y compris des liquides ultra-minces (0,2 centipoise [cP]) jusqu'à 22 500 cP sans compromettre ses performances .

Les pompes centrifuges sont une technologie éprouvée pour plusieurs liquides, y compris les solvants. Ces pompes présentent une conception compacte et robuste qui leur permet de traiter des solvants de toutes sortes. Un exemple utilisera le phénol, un solvant, pour montrer l'efficacité d'une pompe centrifuge en matière de traitement et de transfert. Le phénol est fabriqué à partir de matières premières dérivées du pétrole et est utilisé pour fabriquer plusieurs produits finaux, notamment des époxydes, des détergents, des herbicides, des cosmétiques, des écrans solaires, de l'aspirine et de nombreux médicaments pharmaceutiques.

Alors que le phénol est indispensable dans la production de nombreux produits courants, il nécessite une manipulation diligente en raison de sa nature nocive s'il entre en contact avec la peau. De plus, le phénol est difficile à contrôler en raison de ses caractéristiques innées.

Plus précisément, le phénol gèle autour de 90 F (32 C). Lorsqu'il atteint cette température, il commence à se transformer en un liquide boueux, ce qui peut perturber le fonctionnement d'une pompe. Les pompes centrifuges peuvent gérer efficacement le phénol car elles peuvent rester au-dessus de la température du point de congélation du phénol et avoir un débit optimal pour garantir que la substance continue sans interruption. Certaines pompes centrifuges peuvent atteindre des débits aussi élevés que 1 400 gallons par minute (gpm), ou 320 mètres cubes de gaz par heure (m3/hr), et peuvent manipuler des matériaux avec une température maximale de 450 F (232 C), parfois même plus élevé, selon le fabricant de la pompe.

Les pompes centrifuges sont également l'une des technologies de pompage les plus abordables pour la manipulation de liquides et de solvants, offrant une puissance de traitement efficace dans un ensemble compact. La nature compacte des pompes centrifuges permet également aux opérateurs de les intégrer plus facilement dans les installations sans consacrer une abondance d'espace pour chacune.

Un autre avantage des pompes centrifuges est la familiarité. Elles sont l'une des pompes de traitement, sinon les plus populaires au monde, ce qui signifie que de nombreux opérateurs connaissent déjà bien leur utilisation. Cette familiarité s'étend également à la maintenance, car de nombreux opérateurs peuvent gérer tous les problèmes qui pourraient survenir en raison de leur expérience antérieure avec eux.

De plus, les pompes centrifuges sont capables d'un service continu et ont des éléments de contact généralement uniquement dans le joint d'arbre. Cela permet aux pompes centrifuges de durer plus longtemps que des types de pompes similaires.

Malgré l'efficacité des pompes centrifuges dans la manipulation des solvants, la technologie présente certains inconvénients. L'exemple du phénol en fait partie. Lorsqu'il s'agit de manipuler du phénol, de nombreux opérateurs choisiront des pompes centrifuges scellées de l'American National Standards Institute (ANSI).

L'inconvénient de l'utilisation de ces types de pompes centrifuges réside dans les joints mécaniques, qui peuvent être sujets à des défaillances dues aux vibrations ou à une charge radiale pendant le fonctionnement. Environ 80 % de toutes les pannes de pompe commencent au niveau du joint, dont le remplacement peut coûter jusqu'à 3 000 $. Si un joint mécanique doit être remplacé à plusieurs reprises tout au long de l'année, ce coût accessoire peut rapidement grimper, surtout si l'ensemble de l'installation utilise la même technologie.

Le phénol est également dangereux. Si la pompe doit être entretenue, un opérateur doit rincer et décontaminer la pompe avant le début des travaux, laissant la pompe hors ligne pendant plusieurs heures jusqu'à 10 heures. Les pompes scellées, cependant, sont moins chères que la variété sans joint, ce qui permet aux opérateurs d'équiper leurs installations de traitement avec une technologie plus abordable. Ces pompes fonctionneront toujours bien, mais ont leurs limites.

Une pompe centrifuge sans joint comble la plupart de ces lacunes lors de la manipulation du phénol, mais n'empêche pas les autres de faire surface. Par exemple, si la pompe cavite pendant le fonctionnement, ou si la viscosité du liquide augmente, une possibilité probable avec le phénol, l'arbre et la roue de la pompe se désaligneront et provoqueront une panne catastrophique.

De plus, les pompes centrifuges, bien qu'efficaces dans l'ensemble avec une large plage de fonctionnement, fonctionnent au mieux lorsqu'elles fonctionnent dans leur meilleur point d'efficacité (BEP). Le BEP sert de point de fonctionnement optimal de la pompe. Bien qu'il soit avantageux de rester dans cette condition de fonctionnement spécifique, ce n'est pas une attente courante.

Une pompe centrifuge supporte des charges amplifiées lorsqu'elle ne fonctionne pas près de son BEP. Ces charges dépassent le facteur de service des composants individuels, dont beaucoup sont économiquement optimisés pour un écart étroit par rapport au BEP. Cela peut entraîner une contrainte excessive sur les roulements et l'arbre, entraînant une déviation, une usure prématurée, un contact frottant, le développement de fuites et la contamination du produit.

Les pompes centrifuges à entraînement magnétique sont dans une situation plus précaire car elles ont des bagues au lieu de roulements externes, ce qui réduit la flexibilité du BEP. Dans l'ensemble, faire fonctionner une pompe centrifuge à ou près de son BEP est essentiel pour sa fiabilité à long terme.

Les pompes à palettes coulissantes sont adaptées aux liquides fluides, ce qui les rend idéales pour le traitement et le mélange des solvants. Ces pompes ne sont pas sujettes aux fuites car la conception comporte peu de points de fuite, ainsi que des dégagements internes serrés. Certaines pompes, à mesure qu'elles vieillissent, souffriront d'un glissement interne lorsque les pièces d'usure commenceront à s'éroder.

Avec les pompes à palettes coulissantes, les jeux internes restent optimaux car les palettes sont conçues pour maintenir une étanchéité dynamique lors de leur usure. Au fur et à mesure que les aubes s'usent avec le temps, les restes glissent hors du rotor et maintiennent leur contact avec le cylindre. Cela permet une constance volumétrique tout au long de la durée de vie de la pompe.

Comme pour les pompes centrifuges, les opérateurs peuvent choisir entre des pompes à palettes coulissantes étanches et sans joint. Le joint mécanique est susceptible de se détériorer avec le temps sur une pompe à palettes coulissantes, comme avec d'autres technologies de pompe. La raison en est que le joint mécanique est une pièce d'usure, il s'érodera donc naturellement avec une utilisation constante et répétée.

Les pompes sans joint n'ont pas cet inconvénient. L'absence de joint signifie moins de problèmes de fuite, ce qui est impératif pour les solvants, car beaucoup peuvent être dangereux pour les opérateurs et l'environnement. Sans joint, c'est aussi une pièce d'usure de moins à remplacer. La composition des pompes à palettes coulissantes garantit qu'il n'y a pas de contact métal sur métal, une caractéristique qui leur permet de fonctionner à sec et de gérer des liquides à faible viscosité. Étant donné que les pompes à palettes coulissantes peuvent fonctionner à sec sans grippage ni affecter la durée de vie et les performances de la pompe, les opérateurs peuvent aligner les solvants de la pompe et faire passer un solvant différent dans la même pompe sans se soucier de la contamination ou de la perte de produit. C'est un avantage clé si un opérateur souhaite utiliser une pompe pour plusieurs solvants au lieu d'avoir plusieurs pompes pour différents liquides.

La capacité de fonctionnement à sec est également payante pour les opérateurs lorsqu'ils traitent avec des solvants. La plupart des solvants ont un faible pouvoir lubrifiant, ce qui signifie que les pompes qui ne peuvent pas fonctionner à sec nécessitent un fluide lubrifiant avant de tenter de traiter les solvants. Cependant, comme les pompes à palettes coulissantes peuvent fonctionner à sec, le manque de lubrification par des solvants n'est pas un inconvénient. La technologie peut le traiter par elle-même, sans avoir besoin de lubrification. De plus, les pompes à palettes coulissantes peuvent également fonctionner dans les deux sens, offrant aux opérateurs une flexibilité opérationnelle.

Lorsqu'il s'agit de liquides à faible viscosité, les pompes à palettes coulissantes ne nécessitent pas de viscosité de liquide minimale. Ces pompes ont une gamme de liquides ultra-minces (0,2 cP) jusqu'à 500 cP d'épaisseur. Les petites particules ne sont pas non plus un problème, car les pompes à palettes coulissantes peuvent les traiter avec des concentrations allant jusqu'à 40 %.

Les pompes à palettes coulissantes fonctionnent également exceptionnellement bien sous cavitation continue dans les applications à faible hauteur d'aspiration nette positive (NPSH). Cela joue un rôle crucial dans le traitement des solvants, car les liquides volatils peuvent être problématiques pour d'autres technologies de pompage. Une pression de vapeur plus élevée entraînera la cavitation et l'érosion de la roue par d'autres technologies de pompe, telles que les pompes centrifuges. Les pompes à palettes coulissantes gèrent bien les mélanges multiphases vapeur/liquide car le débit à travers ces pompes est plus doux que la technologie comparable.

Les pompes à palettes coulissantes ne sont pas parfaites non plus, ayant leurs propres défauts en ce qui concerne les solvants. Cette technologie est actionnée dynamiquement, ce qui signifie qu'elle s'appuie sur la pression différentielle pour activer complètement les aubes. Si une pompe à palettes coulissantes a un débit stable et régulier, elle fonctionnera de manière optimale. Avec les applications à haute viscosité, une faible pression différentielle affecte négativement les performances d'une pompe à palettes coulissantes, la rendant imprévisible et non efficace.

Ces basses pressions, celles égales ou inférieures à 35 livres par pouce carré (psi) (2,4 bars), peuvent réduire la capacité de débit et le vide d'aspiration, ce qui signifie que les aubes ne s'engageront pas complètement. Compte tenu de la nature (et du nom) de la technologie, si les aubes coulissantes ne coulissent pas comme prévu, la pompe ne fonctionne pas comme prévu.

Alors que la combinaison d'une viscosité élevée et de faibles pressions différentielles est difficile pour les pompes à palettes coulissantes, l'inverse crée ses propres problèmes. La haute pression n'est pas catastrophique pour les pompes à palettes coulissantes, car elles ont besoin de pressions plus élevées pour un fonctionnement efficace. Cependant, des pressions excessivement élevées peuvent entraîner une usure agressive des pompes et de leurs composants internes, tels que le cylindre et les aubes. L'intégrité de ces composants souffrira plus que d'autres pompes à déplacement non positif.

La plage de température des pompes à palettes coulissantes n'est pas non plus aussi vaste que celle des technologies comparables. Les pompes à palettes coulissantes peuvent fonctionner aussi bas que -40 F (-40 C) et aussi haut que 350 F (176 C) dans la plupart des cas. Des technologies de pompes comparables peuvent dépasser ces seuils sans compromettre leur intégrité.

En ce qui concerne le traitement et le mélange des solvants, les opérateurs doivent peser les avantages de chaque technologie de pompe. Les pompes centrifuges sont une technologie incontournable pour les opérateurs lorsqu'il s'agit de traiter des solvants et d'autres substances ; pourtant, beaucoup ne réalisent pas la valeur et les avantages des pompes à palettes coulissantes. Les deux technologies fourniront aux opérateurs les fonctionnalités dont ils ont besoin pour manipuler les solvants.

Les pompes à palettes coulissantes, bien qu'elles ne soient pas aussi populaires, ne doivent pas être négligées, compte tenu de leur nature polyvalente lorsqu'il s'agit de traiter des liquides fluides.

Chris Hordyk est chef de produit chez Blackmer. Blackmer est une marque du PSG, une société de Douvres. Il peut être joint à [email protected]. Pour plus d'informations, visitez blackmer.com et PSG sur psgdover.com.