Comment choisir la meilleure pompe à vide pour les procédés chimiques et pharmaceutiques

Jun 17, 2023

De nombreux facteurs aident à déterminer le meilleur type pour votre application

Par Henry H. Hesser

Dans un passé récent, un ingénieur de procédé avait peu de choses à prendre en compte lors du choix d'une source de vide pour un procédé nécessitant moins de pression atmosphérique. Le coût, la fiabilité, le niveau de vide et l'expérience dans des processus similaires étaient à peu près tout ce qui comptait. Ces considérations n'ont pas disparu, mais comme tout le reste dans la vie, de nombreuses autres complications sont apparues. Une liste de préoccupations aujourd'hui pourrait inclure :

L'ingénieur qui sélectionne une source de vide pour répondre à ces besoins dispose d'une grande variété d'équipements parmi lesquels choisir :

De nombreux autres types de pompes à vide sont disponibles, mais les types restants (pompes à diffusion, pompes cryogéniques, pompes turbo-moléculaires, pompes ioniques, etc.) ne sont généralement pas considérés comme pratiques ou économiques pour les utilisations sous vide grossier, telles que celles trouvées dans la chimie. et applications pharmaceutiques. Ces pompes sont normalement utilisées dans les industries du vide poussé telles que la fabrication de semi-conducteurs.

Henry H. Hesser était spécialiste technique chez Busch, Inc. lorsque cet article a été publié pour la première fois dans Pumps & Systems en août 1993. Hesser a obtenu un baccalauréat ès sciences en génie chimique de l'Université du Texas et une maîtrise de l'Université de Delaware. À l'époque, il possédait 20 ans d'expérience dans l'estimation des coûts, l'analyse financière, les normes de conformité gouvernementale et les grands projets d'ingénierie pour les industries chimiques et pharmaceutiques.

La sélection de la bonne technologie de vide pour les applications de traitement chimique et pharmaceutique est souvent difficile. Tout d'abord, un système de vide doit fournir la vitesse de pompage requise à la pression de fonctionnement et garantir le temps d'arrêt de la pompe requis. Deuxièmement, il ne peut pas être sensible aux gaz de procédé et doit répondre à toutes les exigences en matière de nettoyage CIP (nettoyage en place) et de récupération des gaz. La fiabilité et l'efficacité économique jouent également un rôle important dans le choix de la technologie de vide à utiliser.

La technologie du vide à vis sèche est largement utilisée dans les industries chimiques et pharmaceutiques. La première pompe à vide sèche à vis destinée aux marchés de la chimie et de la pharmacie a été lancée dans les années 1990. Ces pompes présentent un avantage car elles ne nécessitent pas de fluide de fonctionnement pour comprimer le gaz de procédé. Dans une pompe à vide à vis, deux rotors en forme de vis tournent dans des sens opposés. Le fluide pompé est piégé entre le cylindre et les chambres à vis, comprimé et transporté vers la sortie de gaz.

Pendant le processus de compression, les rotors à vis ne sont pas en contact les uns avec les autres ni avec le cylindre. Une fabrication précise et un jeu minimal entre les pièces mobiles permettent ce principe de fonctionnement et garantissent en outre une faible pression ultime inférieure à 0,1 Torr.

Les pompes à vide à vis modernes ont une vis à pas variable, ce qui entraîne une compression uniforme du gaz de procédé sur toute la longueur de la vis.

Cela a l'avantage d'assurer la même température dans toute la chambre de compression, qui peut être facilement surveillée et contrôlée. Les pompes à vide à vis utilisent une chemise de refroidissement, assurant une répartition uniforme de la température et une plus grande efficacité et stabilité thermiques dans tout le corps de la pompe.

Généralement, les pompes à vide sèches à vis fonctionnent à des températures suffisantes pour empêcher la condensation du gaz de procédé. Cela permet au gaz de traitement d'éviter la contamination par, ou la réaction avec, un fluide de fonctionnement, ainsi que d'empêcher la corrosion due aux liquides de traitement attaquant les matériaux de la pompe.

La fonte ductile est le matériau standard utilisé pour les pièces en contact avec le fluide pompé. Le métal a un revêtement spécial pour le rendre résistant à presque tous les produits chimiques.

Dans la plupart des applications, il est recommandé de réchauffer la pompe avant le fonctionnement du procédé et de purger la pompe avec un gaz inerte non condensable (généralement de l'azote) pour éliminer la vapeur du procédé avant l'arrêt. Dans certaines applications, il est également recommandé de rincer la pompe à vide avec un liquide de nettoyage approprié pour éliminer les matériaux de traitement qui se trouvent dans la pompe avant l'arrêt afin d'éviter la formation de dépôts lors du refroidissement de la pompe.

La capacité de rinçage est une autre caractéristique de la pompe à vis sèche qui se pose, car la pompe n'utilise pas de fluide de fonctionnement. Avec différents systèmes de compression et divers revêtements, les pompes à vide à vis peuvent être configurées pour être compatibles avec n'importe quel produit chimique.

Avantages

Désavantages

Les pompes à vide à anneau liquide sont des pompes volumétriques rotatives avec une roue placée de manière excentrique dans un boîtier cylindrique. Un liquide d'étanchéité s'écoule à travers la pompe à vide et la rotation de la roue crée un anneau liquide à l'intérieur du boîtier qui scelle les espaces entre les pales individuelles de la roue. Le gaz est acheminé dans les espaces entre l'arbre, les aubes individuelles et l'anneau liquide. En raison du placement excentrique de la roue, le volume de ces espaces augmente initialement, attirant la vapeur à travers l'entrée. Au fur et à mesure que la roue continue de tourner, le volume de ces espaces est réduit, la vapeur est comprimée puis évacuée par l'orifice d'échappement. La pompe à vide à anneau liquide peut être utilisée comme un simple système d'écoulement continu de produit d'étanchéité ou un système de produit d'étanchéité à recirculation partielle ou totale.

Ces pompes se sont avérées robustes et fiables dans les procédés chimiques. Le fluide de fonctionnement dans la chambre de compression dissipe en continu la chaleur de compression, de sorte que la pompe à vide fonctionne de manière presque isotherme. Cela signifie que le gaz de procédé ne chauffe pas à un degré notable et que la pompe à vide fonctionne à des températures relativement basses, ce qui réduit considérablement le risque de réactions indésirables.

Les basses températures de fonctionnement facilitent également la condensation de la vapeur, ce qui augmente la vitesse de pompage nominale de la pompe à vide mais ajoute du liquide de traitement au fluide d'étanchéité. Ce fluide de procédé condensé peut affecter la capacité de vide et/ou la capacité de la pompe ainsi que générer un produit d'étanchéité qui doit être traité avant son élimination.

L'eau est généralement utilisée pour créer l'anneau liquide. L'éthylène glycol, les huiles minérales ou les solvants organiques sont également souvent utilisés dans la pratique. La pression ultime de la pompe à vide dépend de la pression de vapeur du liquide d'étanchéité, et la densité et la viscosité du mastic auront un impact sur la consommation d'énergie de la pompe à vide. Les pompes à vide à anneau liquide sont disponibles dans différentes configurations et dispositions de joint d'arbre, et dans de nombreux matériaux de construction, du plus simple au plus exotique.

Avantages

Désavantages

Celles-ci font partie des pompes à vide mécaniques utilisées dans l'industrie chimique et pharmaceutique. Une pompe à vide à palettes rotatives lubrifiée à l'huile à deux étages et à passage unique a été développée dans les années 1960 et a été conçue pour le traitement chimique et pharmaceutique. Les pompes à vide à palettes se distinguent par trois caractéristiques par rapport aux autres pompes à vide fonctionnant selon le principe des palettes :

Deux étages de compression sont empilés et reliés l'un à l'autre, facilitant la compression initiale du gaz de procédé dans le premier étage et la compression secondaire dans l'étage suivant, obtenant une pression finale inférieure.

Une quantité définie de fluide de fonctionnement, d'huile ou d'un autre fluide compatible avec les fluides est injectée dans la chambre de compression. D'autres pompes de ce type utilisent une lubrification par circulation d'huile.

Ces pompes sont refroidies à l'eau, ce qui permet de réguler la température de fonctionnement dans une certaine plage.

Ces pompes à vide à palettes sont des pompes volumétriques rotatives. Les aubes sont placées dans des fentes d'un rotor qui tourne de manière excentrique dans un logement cylindrique. La rotation crée une force centrifuge qui fait glisser les aubes vers la paroi du cylindre, créant des espaces avec des volumes différents et générant l'effet d'aspiration et de compression.

Comme indiqué, une petite quantité de lubrifiant est injectée en continu dans la chambre de pompage et les fentes des aubes pour assurer la lubrification des aubes et améliorer l'étanchéité. Les aubes n'entrent pas directement en contact avec la paroi du cylindre ou la fente d'aube, mais glissent sur un film lubrifiant qui est continuellement régénéré par le lubrifiant injecté. Ce processus a lieu dans les deux étages de compression avant que le gaz de processus ne soit évacué avec le fluide de fonctionnement via la sortie où le lubrifiant est collecté dans le silencieux pour être vidangé. Le lubrifiant injecté rince en permanence la pompe à vide pendant le fonctionnement, la protégeant de la corrosion et des dépôts.

Les deux étages utilisent une chemise d'eau pour le refroidissement. Des versions avec refroidissement par eau à passage unique et circulation d'eau sont disponibles. La chemise de refroidissement contrôle la température de fonctionnement de la pompe nécessaire pour l'application spécifique. La version à eau à passage unique contrôle la température en contrôlant le débit d'eau à l'aide d'une vanne thermorégulée. La version à recirculation du liquide de refroidissement utilise un thermostat pour contrôler la température de la pompe.

Avantages

Désavantages

Il est important de consulter un expert en vide et de tenir compte des conditions de procédé, des gaz de procédé et de l'intégration dans le contrôle de procédé, ainsi que de l'efficacité économique, de la sécurité et de la fiabilité. Souvent, ces facteurs conduisent à un système de vide personnalisé adapté aux exigences.

Uli Merkle a plus de 30 ans d'expérience dans le secteur de la technologie du vide industriel. Il est responsable des services marketing chez Busch Dienste GmbH en Allemagne, qui fait partie du groupe international Busch Vacuum Pumps and Systems. Il a publié de nombreuses publications sur les applications industrielles impliquant la technologie du vide. Il peut être contacté à [email protected].