Насосы для суспензий

Пример – бетонный раствор, в котором цемент и песок — это дисперсные фазы, а вода — это дисперсионная среда.

Частным случаем дисперсной системы является суспензия, в которой твердая фаза распределена в жидкой среде равномерно и не растворяется. Если значения плотности дисперсной фазы и дисперсной среды не сильно различаются, то седиментация (осаждение) частиц занимает долгое время, такая суспензия называется взвесь. Если содержание твердой фазы велико, то такая суспензия называется пастой.

Примеры – лекарственная мазь, зубная паста, косметический крем, краска, губная помада, строительный раствор, кетчупы, соусы, майонез, шоколадная глазурь, томатная паста.

Если дисперсная система состоит из двух взаимно нерастворимых жидкостей, то она называется эмульсия.

Примеры – молоко, скважинная жидкость (вода и нефть), лекарственные препараты.

Важно отметить, что приведенные примеры дисперсных систем не имеют структуры и имеют характеристики жидкости. Особый случай – дисперсная система с наличием структуры, которая может проявлять некоторые особенности твердой фазы. Такая система называется гель.

Почему перекачка суспензий — это особенная задача, которая требует специального решения?

В химическом или фармацевтическом производстве суспензия является одной из форм активного агента, тонко размолотая твердая фаза обеспечивает высокую суммарную поверхность реагирующих веществ, что обеспечивает качественное проведение реакций. Суспензия, а точнее взвесь, может использоваться как удобная форма для последующей экстракции продукта. В пищевом производстве различные вкусовые добавки дольше сохраняют свои свойства именно в качественной суспензии.

При перемещении суспензии между технологическими циклами производства важно сохранить ее свойства и структуру. Вспенивание, завоздушивание или механическое воздействие может нарушить свойства готового продукта, изменить его вязкость или химические свойства, привести к расслоению. Поэтому перемещение продукта в форме суспензии должно происходить с минимально возможным усилием сдвига.

Для работы с суспензиями используются насосы объемного типа: кулачковые, винтовые или эксцентриковые шнековые насосы, мембранные пневматические, перистальтические или шланговые насосы, а также плунжерные, двух или трехвинтовые насосы, насосы шиберного типа, насосы с гибким импеллером, шестеренные насосы. Насосы центробежного типа не подходят для работы с суспензиями – они разрушают структуру дисперсных систем, суспензий и гелей.

Давайте рассмотрим различные плюсы и минусы работы объемных насосов различных конструкций, в зависимости от условий задачи:

Винтовые, шнековые эксцентриковые насосы или одновинтовые насосы имеют простую конструкцию и рассчитаны на постоянную работу 24/7.

Типовые применения – обработка воды (обратный осмос, известковые растворы, флокулянты, активный ил, осадок, угольная пульпа), производство пищевых продуктов и переработка молока.

Преимущества винтовых насосов:

• могут работать в широком диапазоне вязкости, практически бесшумная работа, точное регулирование производительности, гладкий ровный поток без ударов, простое обслуживание.
• могут перекачивать жидкости с частицами, самовсасывающие, стандартное решение до 48 бар

Однако, насосы требовательны к установке и неправильный расчет подпора на выходе, рабочих оборотов или типоразмера насоса может быть причиной «плавающей ошибки» и быстрого износа рабочих частей.

Один из явных признаков неправильного подбора – износ трансмиссии насоса, передаточных валов, шарнирных соединений, быстрый износ статора. Так же материалы насоса чувствительны к агрессивным средам и высокой температуре. Предпочтительно использование винтовых насосов в помещении.

Производители винтовых насосов:

NETZCH, Allweiler, Seepex, Nova Rotors и другие.

Кулачковые насосы – идеальный вариант для подачи суспензий, паст, гелей и различных деликатных сред в пищевом производстве. Контакт продукта только с нержавеющей сталью, из которой чаще всего сделаны эти насосы. Обычно доступна степень полировки поверхности, в качестве опции от производителя. Частое решение для кондитерских производств – начинка, джемы с ягодами.

Важное преимущество – кратчайший путь перекачиваемой жидкости через насос. Материалы исполнения кулачковых насосов позволяют проводить обработку CIP – промывка горячим раствором (щелочи, перекиси водорода) – часто используется в пищевом производстве и обработку острым паром SIP – работает в фармацевтике.

Так же принцип работы кулачкового насоса позволяет отмерять заданное количество жидкости и работать в большом диапазоне вязкости.

При соблюдении необходимой высоты подпора жидкости на входе насоса, а также правильном обслуживании срок работы насосов может составлять десятки лет с очень низкой стоимостью эксплуатации.

Недостатки кулачковых насосов:

• высокая первоначальная стоимость, высокая стоимость запасных частей. Рекомендуется внимательно уточнить все условия работы, включая расчет гидравлической системы, и требуемый подпор жидкости на входе.
• очень чувствительны к гидравлическим ударам и кавитации, что может привести к отклонению от установленных допусков. Это, в свою очередь, резко снижает характеристики и может привести к дорогому ремонту.
• низкий диапазон давления, обычно до 12-16 бар максимум.
• случайное попадание твердых частиц, гайка или болт – может испортить насос. Задиры на кулачках и внутренних стенках насоса критичны для его работы.
• конструктивно сложные, требуется квалифицированное обслуживание

Производители и торговые марки:

Waukesha, OMAC, INOXPA, Alfa Laval, JEC Pumps, Fristam, Viking, Johnson Pumps.

Перистальтические или шланговые насосы тоже могут перекачивать такие суспензии как керамический шликер, активный ил, барда или пивная дробина на пивном производстве.

Преимущества перистальтических насосов:

• лучшее решение для абразивных сред – керамический шликер, флотопена, цементный раствор.
• возможность дозировать перекачиваемые среды, часто используются как лабораторные насосы-дозаторы, для малых расходов.
• простая конструкция, может работать на сухом ходе без повреждений.
• высокая всасывающая способность конструкции, подъем с глубины до 8 метров.
• легкое обслуживание, надежная работа в качестве стационарного насоса для периодической работы.

Недостатки конструкции шланговых насосов:

• гидравлические удары при работе, что может быть причиной вибрации и поломки деталей трубопроводов и арматуры.
• износ шланга при работе с высоким напором, не рекомендуется работа с высоким давлением.
• при перекачке перистальтическим насосом крупнодисперсных взвесей возможно образование заторов в трубопроводе, это может вызвать блокировку трубопровода с последующим разрушением насоса.
• ограничение по работе с высокой температурой перекачиваемой жидкости.
• высокая стоимость шлангов как расходного материала.

Общим недостатком конструкции шланговых насосов является износ шланга при длительной постоянной работе, при работе с высокотемпературной жидкостью или при большом давлении.

Пневматические диафрагменные насосы используются для работы с вязкими средами, в том числе такими суспензиями как лакокрасочные материалы, колеровочные пасты, пищевые среды, молочные продукты и напитки, соусы, майонез и т.д.

Пневматические насосы не имеют встроенного двигателя или привода, они самовсасывающие, работают на «сухом» ходе без повреждений, могут пропускать твердые частицы в жидкости.

Диафрагменные насосы имеет много конструктивных преимуществ:

• компактные размеры, возможность легко встроить в существующий трубопровод.
• надежная работа на «сухом» ходе, подъем жидкости с глубины, оптимальное решение для раскачки бочек и еврокубов.
• безопасная работа с ЛВЖ, привод насоса от сжатого воздуха.

Недостатки конструкции:

• пульсация при перекачке
• высокий уровень шума при работе
• высокая стоимость эксплуатации, требуется периодическое обслуживание – замена мембран, клапанов.
• пневматические мембранные насосы низкой ценовой категории отличаются низким ресурсом диафрагм, требуют частого обслуживания и постоянных затрат на приобретение запасных частей.

• Перекачка суспензии красителей пневматическими насосами DEPA
• Фильтрация вязких суспензий в керамическом производстве Crane DEPA