Насосы для спирта и крепкого алкоголя

Почему для спирта и алкоголя нужны специальные насосы

Этиловый спирт (этанол) — легковоспламеняющаяся жидкость с температурой вспышки +13°C для 96%-го раствора. Нижний концентрационный предел воспламенения паров в воздухе — 3,5% об., верхний — 19% об. В условиях закрытого помещения производства или разлива это означает постоянную угрозу образования взрывоопасной среды. Любой электроприводной насос, установленный в такой зоне без взрывозащищённого исполнения двигателя и корпуса, является потенциальным источником воспламенения — через искру, перегрев или дугу при отказе изоляции.

Второе принципиальное требование — пищевая гигиена. Спирт-ректификат, водка, коньяк и ликёры контактируют с насосом напрямую. Материалы проточной части должны быть допущены к контакту с пищевой продукцией: нержавеющая сталь AISI 316L, фторкаучук FKM или PTFE для уплотнений, зеркальная полировка внутренних поверхностей до Ra ≤0,8 мкм. Стандартный промышленный чугунный насос или насос с уплотнениями из NBR (нитрил-бутадиенового каучука) нарушает требования ТР ТС 021/2011 и создаёт риск загрязнения продукта.

Третья специфика — физика этанола. Температура кипения этанола составляет всего +78°C, а давление насыщенных паров при +20°C достигает 58 мбар — в 2,5 раза выше, чем у воды. Это существенно повышает требования к расчёту кавитационного запаса насоса (NPSHr): недостаточное давление на входе вызывает локальное вскипание спирта и разрушение рабочего колеса за несколько месяцев. Плотность спирта при +20°C составляет 0,789 кг/л — это необходимо учитывать при пересчёте характеристик Q-H насоса, паспортизированных на воде.

Типы насосов для спирта: классификация и области применения

Для перекачки этилового спирта, водки (40% об.), коньяка (36–57% об.) и ликёров (15–50% об.) применяются четыре основных типа насосов, каждый из которых оптимален для определённого диапазона производительности и характера потока. Все типы поставляются с взрывозащищённым двигателем (Ex) или с пневматическим приводом, не требующим Ex-сертификации электрических частей.

Наиболее востребованы в производстве крепкого алкоголя центробежные насосы Ex (для перекачки готовой продукции на розлив), импеллерные (для деликатных коньяков и ликёров) и роторно-лопастные (для операций купажирования с заданной точностью дозирования ±0,5%). Ниже — подробные технические характеристики каждого типа.

Центробежные пищевые Ex

Нержавеющий корпус AISI 316L, зеркальная полировка, торцевое уплотнение FKM по DIN 24960. Взрывозащищённый двигатель 1Ex d IIB T3 Gb. Подключение DIN 11851 или Tri-Clamp. Применяются для перекачки ректификованного спирта, водки и линий розлива производительностью от 4 до 500 м³/ч.

• Q: 4–500 м³/ч
• H: 5–80 м
• T среды: −10…+60°C
• Ex: 1Ex d IIB T3 Gb

Запросить КП

Импеллерные с гибкой крыльчаткой

Самовсасывающие до 5 м, объёмного принципа действия. Корпус AISI 316L, импеллер из натуральных или синтетических каучуков, совместимых со спиртами. Обеспечивают плавный поток без вспенивания и эмульгирования продукта. Оптимальны для коньяков, ликёров и купажных операций малого масштаба.

• Q: 0,5–60 м³/ч
• H: до 20 м
• Самовсасывание: до 5 м
• Ex: 1Ex d IIB T3 Gb

Запросить КП

Роторно-лопастные (дольчатые)

Высокоточное дозирование спирта при купажировании (±0,5%). Два синхронизированных ротора не контактируют друг с другом — продукт не повреждается. Корпус AISI 316L, уплотнения PTFE. Совместимы с CIP-мойкой без разборки. Незаменимы при производстве водки и ликёров с заданным содержанием спирта по крепости.

• Q: 0,5–200 м³/ч
• Давление: до 16 бар
• Точность дозирования: ±0,5%
• Ex: 1Ex d IIB T3 Gb

Запросить КП

Мембранные пневматические

Привод — сжатый воздух, отсутствие электрических частей в рабочей зоне исключает риск искры. Мембраны PTFE или EPDM, корпус нержавеющий. Самовсасывающие до 8 м. Применяются для слива и налива ж/д цистерн и автоцистерн со спиртом, а также там, где ввод электрооборудования в зону нежелателен по иным причинам.

• Q: 1–60 м³/ч
• Давление: до 8 бар
• Самовсасывание: до 8 м
• Привод: сжатый воздух (не Ex)

Запросить КП

Конструктивные требования к насосам для спирта

Взрывозащита электрического двигателя реализуется через взрывонепроницаемую оболочку типа «d» — корпус двигателя выполнен таким образом, что внутренняя вспышка (если она произойдёт) не распространится наружу. Зазоры, толщины стенок и качество уплотнений корпуса нормируются стандартом ГОСТ IEC 60079-1. Насосный агрегат должен иметь единый знак Ex на шильдике и сертификат соответствия ТР ТС 012/2011 — сертификат, а не декларацию: именно такая форма подтверждения соответствия установлена для взрывозащищённого оборудования.

Проточная часть насоса для спирта изготавливается из нержавеющей стали AISI 316L (российский аналог 03Х16Н15М3). Марка 316L предпочтительнее 316 из-за сварных соединений: пониженное содержание углерода (≤0,03%) исключает межкристаллитную коррозию в зоне нагрева. Все поверхности, контактирующие с продуктом, полируются до Ra ≤0,8 мкм, что соответствует требованиям гигиены и обеспечивает удалимость остатков при CIP-мойке (безразборная промывка), принятой на большинстве ликеро-водочных заводов. Фланцевые соединения — санитарного типа DIN 11851 или Tri-Clamp.

Уплотнения — единственный компонент, который чаще всего выбирается ошибочно. Для спиртов с концентрацией от 40% об. и выше единственные совместимые эластомеры — фторкаучук FKM (торговые наименования Viton, Fluorel) и политетрафторэтилен (PTFE). Этилен-пропиленовый каучук EPDM допустим при концентрации до 40% и температуре до +40°C; нитрил-бутадиеновый каучук NBR недопустим категорически — этанол вызывает его набухание. Заземление насоса и трубопровода — обязательно: статическое электричество при скоростях потока спирта более 2 м/с достаточно для воспламенения паров.

Как выбрать насос для спирта под конкретную задачу

Подбор начинается с двух параметров, которые определяют большинство ограничений: класс взрывоопасной зоны по ПУЭ (зона 0, 1 или 2) и концентрация этанола в перекачиваемом продукте. Вместе они задают класс Ex, материалы и тип уплотнений ещё до выбора гидравлической схемы.

1. Определить класс взрывоопасной зоны: зона 0 — внутри ёмкостей со спиртом постоянно; зона 1 — вокруг ёмкостей, насосных залов ЛВЗ, мест налива (взрывоопасная смесь вероятна при нормальной работе); зона 2 — помещения, где смесь возможна только при авариях. Насос для зоны 1 требует маркировки не ниже 1Ex d IIB T3 Gb; для зоны 2 — 2Ex nA IIB T3 Gc.
2. Выбрать тип насоса по характеру задачи: для перекачки больших объёмов ректификата или водки — центробежный Ex; для деликатных коньяков, ликёров, продуктов с мякотью — импеллерный или роторно-лопастной; для точного дозирования при купажировании — роторно-лопастной; для слива цистерн — пневматический мембранный.
3. Рассчитать NPSHr с поправкой на давление паров этанола: стандартный расчёт кавитационного запаса ведётся через формулу NPSHa = (Pвс − Pпар) / (ρg) + v²/2g. Для этанола при +20°C Pпар = 58 мбар — в 2,5 раза выше, чем у воды. Насос следует размещать максимально близко к ёмкости, либо ниже уровня жидкости, либо использовать модели с NPSHr ≤3,5 м.
4. Указать тип гигиенического соединения и требования к CIP: стандарты DIN 11851, SMS или Tri-Clamp — уточняется по существующему трубопроводу. Насос должен промываться без разборки (CIP) при 90°C 2%-м раствором NaOH и 1%-й лимонной кислотой.
5. Запросить пакет документов для ФЗ-171: сертификат ТР ТС 012/2011, декларация ТР ТС 010/2011, декларация ТР ТС 021/2011 (при контакте с пищевым спиртом), разрешение Росалкогольрегулирования на использование оборудования в производстве алкогольной продукции — при наличии требования надзорного органа.

Финальный шаг подбора — заполнение опросного листа (data sheet): тип и концентрация продукта, производительность, напор или давление, температура, класс взрывоопасной зоны, тип гигиенического соединения, требования к CIP, напряжение и частота питания (для Ex-двигателя 380 В / 50 Гц стандартно). На основании data sheet выдаётся расчёт Q-H и предложение по типоразмеру.

Сертификация насосов для спирта: ТР ТС 012, ТР ТС 021 и ФЗ-171

Насосы для спирта проходят двойную сертификацию. Первая — обязательный сертификат соответствия по ТР ТС 012/2011 «О безопасности оборудования для работы во взрывоопасных средах»: в отличие от большинства технических регламентов ТС, этот требует именно сертификата (не декларации), выдаваемого аккредитованным органом по сертификации. Срок действия — 5 лет. Без этого сертификата установка насоса в зоне 1 или 2 на спиртовом производстве является нарушением, выявляемым при проверке Ростехнадзора. Вторая — декларация по ТР ТС 010/2011 «О безопасности машин и оборудования» — подтверждает общую машиностроительную безопасность агрегата.

Для насосов, контактирующих с пищевым этиловым спиртом (ректификат, водка, коньяк, ликёры), дополнительно оформляется декларация по ТР ТС 021/2011 «О безопасности пищевой продукции». Она подтверждает, что материалы проточной части — AISI 316L, FKM, PTFE — допущены к контакту с пищевой продукцией и не вносят токсичных компонентов. Производители, как правило, оформляют эту декларацию в рамках единого пакета, но при заказе следует явно запросить её наличие.