Насосы для спиртов и эфиров

Три технических ловушки при подборе насоса для спиртов и эфиров

Спирты и эфиры — обширная группа веществ с разными физическими свойствами и разными требованиями к насосному оборудованию. Одноатомные спирты (этанол, изопропанол, метанол, бутанол) — маловязкие, взрывоопасные, химически активные. Многоатомные спирты (глицерин, этиленгликоль, пропиленгликоль) — высоковязкие, не требуют взрывозащиты, но требуют объёмного насоса. Сложные эфиры (этилацетат, бутилацетат, гликолевые эфиры) — растворители с высокой летучестью и агрессивностью к ряду эластомеров. Простые эфиры (диэтиловый, ТГФ) — наиболее взрывоопасные вещества в группе. Три технические ловушки одинаково актуальны для большинства из них.

Первая ловушка — набухание NBR в одноатомных спиртах. Нитрильный каучук (NBR/Buna-N) — самый распространённый эластомер для торцевых уплотнений и O-ring промышленных насосов. Он хорошо работает с минеральными маслами, углеводородами, многими кислотами. При контакте с одноатомными спиртами — этанолом, изопропанолом, бутанолом — NBR набухает: поглощает молекулы спирта, увеличивается в объёме на 10–40%, теряет упругость и перестаёт герметизировать. Торцевое уплотнение начинает пропускать через 1–4 недели работы. Правильный выбор для большинства спиртов: FKM (витон) — стоек к одноатомным спиртам при температурах до +80°C; ПТФЭ — универсальный выбор для всех спиртов и эфиров без ограничений по концентрации; EPDM — применимо для водно-спиртовых растворов с концентрацией этанола до 50–60%, для пищевых применений.

Вторая ловушка — кавитация этанола и низкокипящих спиртов. Кавитационный запас насоса NPSH (Net Positive Suction Head — разность давлений на входе в насос и давления насыщенных паров жидкости при рабочей температуре) — критичный параметр для этанола, кипящего при 78°C. При температуре перекачиваемого этанола 40–50°C давление его насыщенных паров составляет 135–220 мм рт. ст. — примерно в 2,4–2,5 раза выше, чем у воды при той же температуре. Если насос установлен выше уровня продукта в ёмкости более чем на 1–2 м, или на трубопроводе есть дроссели и сужения, давление на входе в крыльчатку может упасть до давления паров — начинается кавитация. Признаки: характерный треск и вибрация, падение подачи, эрозия крыльчатки за 2–3 месяца. Решение: расположить насос ниже уровня жидкости в ёмкости (подпор +0,5–1,5 м), рассчитать NPSH при рабочей температуре спирта, использовать насосы с улучшенными кавитационными характеристиками (пониженная скорость вращения, увеличенный диаметр всасывающего патрубка).

Третья ловушка — смешение требований к пищевому и техническому оборудованию. Один и тот же продукт — этиловый спирт — в зависимости от отрасли требует принципиально разных насосов. На ликёро-водочном заводе насос для пищевого этанола должен иметь проточную часть из нержавейки AISI 316L пищевого качества, сертификат соответствия ТР ЕАЭС 021/2011, гигиеническое исполнение фланцев (Tri-Clamp или DIN 11851), возможность CIP-мойки без разборки. На химическом производстве тот же этанол перекачивают насосом из AISI 316L технического исполнения с любым типом фланцев и уплотнением под ТР ТС 012/2011 Ex — никаких требований к пищевому контакту. Установить пищевой насос вместо технического допустимо (дороже, но безопаснее). Установить технический насос для пищевого производства — нарушение ТР ЕАЭС 021/2011.

Типы насосов для спиртов и эфиров: конструктивные схемы и области применения

Четыре конструктивных типа насосов покрывают весь диапазон спиртов и эфиров — от маловязкого этанола на пищевом заводе до высоковязкого глицерина в фармацевтике и от пищевого ликёра до технического растворителя на химическом предприятии.

Центробежный гигиенический Ex (пищевые спирты, ликёро-водочное производство)

Горизонтальный или вертикальный центробежный насос из нержавейки AISI 316L с гигиеническим исполнением: фланцы Tri-Clamp или DIN 11851, поверхность Ra ≤ 0,8 мкм, отсутствие мёртвых зон для CIP-мойки. Взрывозащищённый электродвигатель II 2G Ex e IIA T3 Gb. Торцевое уплотнение: пара трения SiC/SiC, кольца FKM или ПТФЭ. Материал сертифицирован по ТР ЕАЭС 021/2011 для контакта с пищевым спиртом. Применяется в производстве водки, ликёров, спиртосодержащих напитков, пищевых ароматизаторов на этанольной основе.

• Пищевой этанол, вино, пиво, ликёры
• Гигиен. фланцы, CIP, Ra ≤ 0,8 мкм
• Ex II 2G IIA T3; ТР ЕАЭС 021/2011

Запросить КП

Центробежный с магнитной муфтой Ex (летучие и токсичные спирты)

Нет торцевого уплотнения вала — продукт не контактирует с атмосферой через уплотнение совсем. Разделительная гильза — нержавейка 316L или ПТФЭ. Ex-двигатель согласно ТР ТС 012/2011. Нулевая утечка в рабочую зону — критично для токсичного метанола (1-й класс опасности по ГОСТ 12.1.007, ПДК 5 мг/м³) и летучего изопропанола. Ограничение: продукт не должен содержать ферромагнитных частиц; температура ниже точки кипения спирта для исключения паровой подушки в зоне подшипников скольжения.

• Метанол, изопропанол — нулевая утечка
• Нет торцевого уплотнения вала
• Ex-двигатель ТР ТС 012/2011

Запросить КП

Мембранный пневматический AODD (технические спирты и сложные эфиры)

Привод — сжатый воздух, нет электродвигателя в рабочей зоне, нет торцевого уплотнения вала. Мембраны ПТФЭ, корпус алюминий или нержавейка 316L, клапаны из ПТФЭ или карбида вольфрама. Самовсасывающий — подъём жидкости до 6 м. Для технического изопропанола, бутанола, этилацетата, бутилацетата, гликолевых эфиров. Не требует сертификата Ex на электродвигатель в зоне. Пульсирующая подача устраняется демпфером пульсации.

• Без Ex-двигателя в рабочей зоне
• ПТФЭ-мембраны — стойкость к эфирам
• Самовсас 6 м, переносной вариант

Запросить КП

Шестерёнчатый насос (многоатомные спирты: глицерин, гликоли)

Глицерин при +20°C имеет вязкость 1480 сПз — центробежный насос с ним не справляется. Этиленгликоль — 20 сПз, пропиленгликоль — 56 сПз: объёмный насос обеспечивает стабильную подачу при любой вязкости. Шестерни из нержавейки 316L или химически стойкого чугуна с покрытием. Уплотнение FKM или ПТФЭ. Взрывозащита не требуется: температура вспышки глицерина +176°C, этиленгликоля +111°C, пропиленгликоля +103°C — не относятся к ЛВЖ. Применяется в фармацевтике, косметике, производстве антифризов.

• Глицерин: 1480 сПз — только объёмный
• Взрывозащита не требуется
• Вязкость: 20–500 000 сПз

Запросить КП

Как выбрать насос для спирта или эфира: пять параметров подбора

Подбор начинается с классификации продукта по трём осям: пищевой или технический, одноатомный или многоатомный спирт, какова температура вспышки. Ответы на эти три вопроса уже на 80% определяют тип насоса — до обсуждения подачи и давления.

1. Пищевой или технический — гигиеническое исполнение: для пищевого этанола, пивного сусла, вина, спиртосодержащих ароматизаторов, фармацевтического изопропанола для дезинфекции насос обязан иметь гигиеническое исполнение: материал проточной части — нержавейка AISI 316L с шероховатостью Ra ≤ 0,8 мкм, гигиенические фланцы Tri-Clamp (ISO 2852) или DIN 11851, конструкция без застойных зон для CIP-мойки. Сертификат на соответствие ТР ЕАЭС 021/2011 — обязателен для любого оборудования в контакте с пищевым продуктом. Для технического этанола, изопропанола и всех эфиров гигиенические требования не применяются — насос подбирается только по химической совместимости и взрывозащите.
2. Температура вспышки и группа Ex: одноатомные спирты и сложные эфиры — легковоспламеняющиеся жидкости (ЛВЖ). Этанол: t вспышки +13°C, группа IIA, T2. Изопропанол: t вспышки +12°C, группа IIA, T2. Этилацетат: t вспышки −4°C, группа IIA, T1. Диэтиловый эфир: t вспышки −45°C, группа IIB, T4 — наиболее опасный продукт в группе; насос должен иметь маркировку Ex IIB T4 или IIC. Многоатомные спирты — не ЛВЖ: глицерин +176°C, этиленгликоль +111°C, пропиленгликоль +103°C — взрывозащита не требуется. Для мембранного пневматического насоса AODD электродвигатель в рабочей зоне отсутствует — сертификат Ex на привод не нужен, но заземление и антистатика корпуса — обязательны.
3. Выбор эластомера уплотнения: это критичный параметр, ошибка в котором проявляется через 1–4 недели в виде утечки. NBR — не подходит для одноатомных спиртов (этанол, изопропанол, бутанол): набухает, теряет герметичность. FKM (витон) — правильный выбор для большинства одноатомных спиртов до +80°C; для концентрированного безводного этанола — предпочтительнее ПТФЭ. EPDM — совместим с водно-спиртовыми растворами концентрацией до 50–60%; для пищевого производства — допустим при подтверждении совместимости производителем. ПТФЭ — универсальный выбор для всех спиртов, эфиров, кетонов без ограничений по концентрации и температуре до +200°C. Пара трения торцевого уплотнения: SiC/SiC или SiC/графит — оптимально для маловязких спиртов с минимальной смазывающей способностью.
4. Расчёт NPSH для низкокипящих спиртов: NPSH — кавитационный запас, разность давления на входе в насос и давления насыщенных паров жидкости при рабочей температуре. Этанол при +40°C: давление паров 135 мм рт. ст. (0,18 бар абс.). Для уверенной работы без кавитации давление на входе в насос должно превышать давление паров минимум на NPSH требуемый насоса плюс запас 0,5 м. Практическое следствие: насос для горячего или тёплого этанола (+30...+60°C) не устанавливают выше уровня жидкости в ёмкости без расчёта. Рекомендуемая схема: насос в приямке ниже уровня продукта, подпор +0,5–1,5 м, минимальный диаметр всасывающего трубопровода, отсутствие дросселей и запорной арматуры с малым Kv на всасе.
5. Заземление и антистатика для всей системы: требование ПУЭ и ГОСТ 12.1.018 для зон с парами ЛВЖ. Насос, двигатель, всасывающий и нагнетательный трубопроводы, ёмкости — металлически соединены и заземлены, сопротивление петли не более 10 Ом. Для насосов с полимерными корпусами (PP, PVDF) — антистатические марки материала с удельным поверхностным сопротивлением не более 10⁶ Ом или встроенный металлический заземляющий проводник. Фланцевые соединения между разнородными участками трубопровода с изолирующими прокладками — перемычка заземления. Отдельное требование для пищевых производств: заземляющий проводник из нержавейки или оцинкованный, не вносящий загрязнений.

Корректный запрос на подбор насоса для спирта или эфира должен содержать: полное наименование продукта (торговое и ГОСТ), концентрацию (для водно-спиртовых растворов), рабочую температуру на входе в насос, применение — пищевое или техническое, требуемую подачу в м³/ч и рабочее давление на выходе. Без этих данных поставщик не может дать корректную спецификацию уплотнений, материалов и маркировки Ex. Неполный запрос — прямой путь к ошибке при комплектации.