Lösungsmittelverarbeitung: Auf der Suche nach der richtigen Pumpentechnologie

Daran führt kein Weg vorbei. Wenn jemand in einem Industriezweig mit Verarbeitungspumpen tätig ist, wird er höchstwahrscheinlich mit Lösungsmitteln in Berührung kommen. Lösungsmittel dienen als reaktionäre Verbindung, die dazu dient, andere Substanzen aufzulösen, um eine neue Mischung oder andere Chemikalien zu erzeugen. Die Beschaffenheit von Lösungsmitteln erfordert besondere Sorgfalt, um sicherzustellen, dass sie ordnungsgemäß verarbeitet werden, ohne schädliche Auswirkungen auf Ihre Ausrüstung oder Ihr Personal zu haben.

Lösungsmittel gibt es in vielen Varianten, die meisten davon in dünnflüssiger Form, sodass gängige Produkte ordnungsgemäß und optimal funktionieren. Beispiele hierfür sind schnell trocknende und lange haltbare Farben sowie Industriereiniger und Entfetter. Zu den Branchen, in denen häufig mit Lösungsmitteln gearbeitet wird, gehören unter anderem Öl und Gas, Abwasser, Automobilindustrie sowie Beschichtungen und Farben.

Während bestimmte Pumpentechnologien Lösungsmittel verarbeiten können, entscheiden sich viele Betreiber für Kreiselpumpen. Die meisten Bediener sind mit der Technologie und ihrer Fähigkeit vertraut, wasserähnliche Flüssigkeiten wie Lösungsmittel effektiv zu handhaben. Aufgrund ihrer breiten Verfügbarkeit genießen Kreiselpumpen auch den Ruf, eine kostengünstigere Lösung als andere Pumpentechnologien zu sein.

In diesem Artikel wird erläutert, warum Verdränger-Flügelzellenpumpen eine weitere Pumpentechnologie sind, die bei Lösungsmitteln in Betracht gezogen werden sollte.

Kreiselpumpen, eine der ältesten Pumpentechnologien, nutzen kinetische Energie, Geschwindigkeit und Impuls zur Förderung von Flüssigkeiten. Für den Antrieb dieser Pumpen ist ein Motor oder Elektromotor erforderlich, der genügend Energie erzeugt, um ein Laufrad zum Bewegen von Flüssigkeiten zu drehen. Flüssigkeit tritt auf der Saugseite der Pumpe ein und bewegt sich in die Laufradkammer. Wenn sich das Laufrad und seine Schaufeln drehen, erzeugen sie einen Impuls für die einströmende Flüssigkeit.

Das Gehäuse, das das Laufrad umschließt, verfügt über einen spiralförmigen Durchgang mit zunehmender Fläche, der die aus dem Laufrad austretende Flüssigkeit auffängt und einen Teil ihrer Geschwindigkeitsenergie in zusätzlichen Druck umwandelt. Dieser Gehäusedurchgang führt zum Druckstutzen der Pumpe, wo es dann in die Druckleitung gedrückt wird. Kreiselpumpen werden häufig in Flüssigkeitstransfer- und Prozessanwendungen eingesetzt und viele Betreiber verweisen auf den breiten Einsatzbereich.

Schiebeflügelpumpen verfügen über einen Rotor mit einer Reihe von Flügeln, die beim Drehen des Rotors ein- und ausfahren. Durch diese Gleitbewegung entstehen Kammern, in die die Flüssigkeit fließt, und wenn sich der Rotor dreht, wird die Flüssigkeit zum Auslass bewegt, wo sie beim Zusammendrücken der Pumpkammer abgegeben wird. Bei jeder Umdrehung des Rotors wird ein konstantes Flüssigkeitsvolumen verdrängt, wobei die Gefahr eines Schlupfes gering ist. Schwankungen im Pumpdruck haben nur geringe Auswirkungen auf die Durchflussrate der Flügelzellenpumpe, und das offene Strömungsprofil sorgt für eine sanfte und scherarme Umgebung innerhalb der Pumpe.

Die Funktionsprinzipien von Schieberpumpen ermöglichen eine volumetrische Konstanz während ihrer gesamten Betriebslebensdauer sowie die Fähigkeit, ein breites Spektrum an Flüssigkeiten, einschließlich ultradünner Flüssigkeiten (0,2 Centipoise [cP]) bis zu 22.500 cP, ohne Leistungseinbußen zu fördern .

Kreiselpumpen sind eine bewährte Technologie für zahlreiche Flüssigkeiten, darunter auch Lösungsmittel. Diese Pumpen zeichnen sich durch eine kompakte und robuste Bauweise aus, die es ihnen ermöglicht, Lösungsmittel aller Art zu verarbeiten. In einem Beispiel wird Phenol, ein Lösungsmittel, verwendet, um die Wirksamkeit einer Kreiselpumpe bei der Verarbeitung und Förderung zu demonstrieren. Phenol wird aus aus Erdöl gewonnenen Rohstoffen hergestellt und zur Herstellung verschiedener Endprodukte verwendet, darunter Epoxidharze, Reinigungsmittel, Herbizide, Kosmetika, Sonnenschutzmittel, Aspirin und zahlreiche Arzneimittel.

Während Phenol bei der Herstellung vieler gängiger Produkte unverzichtbar ist, erfordert es aufgrund seiner schädlichen Natur bei Hautkontakt eine sorgfältige Handhabung. Darüber hinaus ist Phenol aufgrund seiner angeborenen Eigenschaften schwer zu kontrollieren.

Insbesondere gefriert Phenol bei etwa 32 °C. Sobald es diese Temperatur erreicht, beginnt es sich in eine matschige Flüssigkeit zu verwandeln, was die Funktion einer Pumpe beeinträchtigen kann. Kreiselpumpen können Phenol effektiv fördern, da sie über dem Gefrierpunkt von Phenol bleiben können und eine optimale Durchflussrate haben, um sicherzustellen, dass die Substanz ohne Unterbrechung weiterläuft. Einige Kreiselpumpen können Durchflussraten von bis zu 1.400 Gallonen pro Minute (gpm) oder 320 Kubikmeter Gas pro Stunde (m3/h) erreichen und können Materialien mit einer maximalen Temperatur von 450 F (232 C) fördern, manchmal sogar je nach Pumpenhersteller höher.

Kreiselpumpen gehören außerdem zu den kostengünstigsten Pumptechnologien für die Förderung von Flüssigkeiten und Lösungsmitteln und bieten effiziente Verarbeitungsleistung in einem kompakten Paket. Die kompakte Bauweise von Kreiselpumpen ermöglicht es den Betreibern auch, sie einfacher in Anlagen einzubauen, ohne viel Platz für jede einzelne Pumpe bereitzustellen.

Ein weiterer Vorteil von Kreiselpumpen ist die Vertrautheit. Sie sind eine der, wenn nicht sogar die beliebteste Verarbeitungspumpe der Welt, was bedeutet, dass viele Bediener bereits mit ihrer Verwendung vertraut sind. Diese Vertrautheit erstreckt sich auch auf die Wartung, da viele Bediener aufgrund ihrer Vorerfahrung mit allen später auftretenden Problemen umgehen können.

Darüber hinaus sind Kreiselpumpen für den Dauerbetrieb geeignet und haben Kontaktelemente typischerweise nur innerhalb der Wellendichtung. Dadurch können Kreiselpumpen ähnliche Pumpentypen überdauern.

Trotz der Wirksamkeit von Kreiselpumpen bei der Handhabung von Lösungsmitteln weist die Technologie einige Nachteile auf. Das Beispiel Phenol ist eines davon. Wenn es um den Umgang mit Phenol geht, entscheiden sich viele Betreiber für versiegelte Kreiselpumpen des American National Standards Institute (ANSI).

Der Nachteil bei der Verwendung dieser Kreiselpumpentypen liegt in den Gleitringdichtungen, die aufgrund von Vibrationen oder Radiallasten während des Betriebs anfällig für Ausfälle sein können. Ungefähr 80 % aller Pumpenausfälle beginnen an der Dichtung, deren Austausch bis zu 3.000 US-Dollar kosten kann. Wenn eine Gleitringdichtung das ganze Jahr über wiederholt ausgetauscht werden muss, können die Nebenkosten schnell in die Höhe schnellen, insbesondere wenn in der gesamten Anlage die gleiche Technologie zum Einsatz kommt.

Phenol ist ebenfalls gefährlich. Wenn die Pumpe gewartet werden muss, muss ein Bediener die Pumpe vor Beginn der Arbeiten spülen und dekontaminieren und die Pumpe mehrere bis zu zehn Stunden lang außer Betrieb lassen. Allerdings sind abgedichtete Pumpen günstiger als die dichtungslose Variante, sodass Betreiber ihre Verarbeitungsanlagen mit günstigerer Technologie ausstatten können. Diese Pumpen funktionieren immer noch gut, haben aber ihre Grenzen.

Eine dichtungslose Kreiselpumpe behebt die meisten dieser Mängel beim Umgang mit Phenol, verhindert jedoch nicht, dass andere auftreten. Wenn die Pumpe beispielsweise während des Betriebs kavitiert oder die Viskosität der Flüssigkeit ansteigt, was bei Phenol wahrscheinlich der Fall ist, geraten Welle und Laufrad der Pumpe aus der Ausrichtung und verursachen einen katastrophalen Ausfall.

Darüber hinaus sind Kreiselpumpen zwar insgesamt effektiv und verfügen über einen großen Betriebsbereich, funktionieren aber am besten, wenn sie innerhalb ihres besten Effizienzpunkts (BEP) betrieben werden. Der BEP dient als optimaler Betriebspunkt der Pumpe. Es ist zwar vorteilhaft, diesen spezifischen Betriebszustand beizubehalten, es ist jedoch keine allgemeine Erwartung.

Eine Kreiselpumpe ist erhöhten Belastungen ausgesetzt, wenn sie nicht in der Nähe ihres BEP arbeitet. Diese Belastungen übersteigen den Betriebsfaktor einzelner Komponenten, von denen viele wirtschaftlich für eine geringe Abweichung vom BEP optimiert sind. Dies kann zu einer übermäßigen Belastung der Lager und der Welle führen, was zu Durchbiegung, vorzeitigem Verschleiß, Reibungskontakt, der Entwicklung von Leckpfaden und Produktverunreinigungen führt.

Bei Kreiselpumpen mit Magnetantrieb ist die Situation prekärer, da sie über Buchsen anstelle von Außenlagern verfügen, was zu einer geringeren BEP-Flexibilität führt. Insgesamt ist es für die langfristige Zuverlässigkeit einer Kreiselpumpe von entscheidender Bedeutung, dass sie bei oder nahe ihrem BEP arbeitet.

Flügelzellenpumpen eignen sich für dünnflüssige Flüssigkeiten und sind daher ideal für die Verarbeitung und Mischung von Lösungsmitteln. Diese Pumpen neigen nicht zu Undichtigkeiten, da die Konstruktion nur wenige Leckstellen sowie geringe interne Abstände aufweist. Bei manchen Pumpen kommt es mit zunehmendem Alter zu innerem Schlupf, da die Verschleißteile zu erodieren beginnen.

Bei Flügelzellenpumpen bleibt das Innenspiel optimal, da die Flügel so konstruiert sind, dass sie bei Verschleiß eine dynamische Abdichtung aufrechterhalten. Da sich die Flügel mit der Zeit abnutzen, gleiten die Reste aus dem Rotor und behalten den Kontakt mit dem Zylinder. Dies ermöglicht eine volumetrische Konstanz während der gesamten Lebensdauer der Pumpe.

Wie bei Kreiselpumpen können Betreiber zwischen abgedichteten und dichtungslosen Flügelzellenpumpen wählen. Die Gleitringdichtung neigt bei einer Flügelzellenpumpe wie auch bei anderen Pumpentechnologien im Laufe der Zeit dazu, auszufallen. Der Grund dafür ist, dass die Gleitringdichtung ein Verschleißteil ist und daher bei ständigem, wiederholtem Gebrauch natürlich abnutzt.

Dichtungslose Pumpen haben diesen Nachteil nicht. Das Fehlen einer Dichtung bedeutet weniger Leckageprobleme, was bei Lösungsmitteln unerlässlich ist, da viele davon für Bediener und Umwelt gefährlich sein können. Ohne Dichtung muss außerdem ein Verschleißteil weniger ausgetauscht werden. Die Zusammensetzung von Flügelzellenpumpen stellt sicher, dass es keinen Metall-auf-Metall-Kontakt gibt, eine Eigenschaft, die es ihnen ermöglicht, trocken zu laufen und Flüssigkeiten mit niedriger Viskosität zu fördern. Da Flügelzellenpumpen trocken laufen können, ohne zu verschleißen oder die Lebensdauer und Leistung der Pumpe zu beeinträchtigen, können Bediener Lösungsmittel aus der Pumpe entfernen und ein anderes Lösungsmittel durch dieselbe Pumpe laufen lassen, ohne Angst vor Kontamination oder Produktverlust haben zu müssen. Dies ist ein entscheidender Vorteil, wenn ein Betreiber eine Pumpe für mehrere Lösungsmittel verwenden möchte, anstatt mehrere Pumpen für verschiedene Flüssigkeiten zu haben.

Auch beim Umgang mit Lösungsmitteln zahlt sich die Trockenlauffähigkeit für den Betreiber aus. Die meisten Lösungsmittel haben eine geringe Schmierfähigkeit, was bedeutet, dass Pumpen, die nicht trocken laufen können, vor der Verarbeitung von Lösungsmitteln eine Schmierflüssigkeit benötigen. Da Flügelzellenpumpen jedoch trocken laufen können, ist die mangelnde Schmierung durch Lösungsmittel kein Nachteil. Die Technologie kann es selbstständig verarbeiten, ohne dass eine Schmierung erforderlich ist. Darüber hinaus können Flügelzellenpumpen auch in beide Richtungen betrieben werden, was den Betreibern betriebliche Flexibilität bietet.

Bei Flüssigkeiten mit niedriger Viskosität erfordern Flügelzellenpumpen keine Mindestviskosität der Flüssigkeit. Diese Pumpen reichen von ultradünnen Flüssigkeiten (0,2 cP) bis zu einer Dicke von 500 cP. Auch kleine Partikel stellen kein Problem dar, da Flügelzellenpumpen sie mit einer Konzentration von bis zu 40 % verarbeiten können.

Gleitschieberpumpen funktionieren auch unter kontinuierlicher Kavitation bei Anwendungen mit geringer positiver Nettosaughöhe (NPSH) außergewöhnlich gut. Dies spielt bei der Lösungsmittelverarbeitung eine entscheidende Rolle, da flüchtige Flüssigkeiten für andere Pumptechnologien problematisch sein können. Ein höherer Dampfdruck führt dazu, dass andere Pumpentechnologien, wie z. B. Zentrifugalpumpen, kavitieren und das Laufrad erodieren. Flügelzellenpumpen bewältigen mehrphasige Dampf-/Flüssigkeitsgemische gut, da die Strömung durch diese Pumpen sanfter ist als bei vergleichbarer Technologie.

Auch Flügelzellenpumpen sind nicht perfekt und haben ihre eigenen Mängel, wenn es um Lösungsmittel geht. Diese Technologie wird dynamisch betätigt, was bedeutet, dass sie auf Differenzdruck angewiesen ist, um die Flügel vollständig zu aktivieren. Wenn eine Flügelzellenpumpe einen stabilen, gleichmäßigen Durchfluss hat, funktioniert sie optimal. Bei Anwendungen mit hoher Viskosität wirkt sich ein niedriger Differenzdruck negativ auf die Leistung einer Flügelzellenpumpe aus und macht sie unvorhersehbar und ineffizient.

Diese niedrigen Drücke, die bei oder unter 35 Pfund pro Quadratzoll (psi) (2,4 bar) liegen, können die Durchflusskapazität und das Saugvakuum verringern, was bedeutet, dass die Flügel nicht vollständig einrasten. Aufgrund der Art (und des Namens) der Technologie funktioniert die Pumpe nicht wie vorgesehen, wenn die Schiebeflügel nicht wie vorgesehen gleiten.

Während die Kombination aus hoher Viskosität und niedrigem Differenzdruck eine Herausforderung für Flügelzellenpumpen darstellt, führt das Gegenteil zu eigenen Problemen. Hoher Druck ist für Flügelzellenpumpen nicht katastrophal, da sie für einen effektiven Betrieb höhere Drücke benötigen. Zu hohe Drücke können jedoch zu einem aggressiven Verschleiß der Pumpen und ihrer internen Komponenten wie Zylinder und Flügel führen. Die Integrität dieser Komponenten leidet stärker als bei anderen nicht-positiven Verdrängerpumpen.

Auch der Temperaturbereich von Flügelzellenpumpen ist nicht so groß wie bei vergleichbaren Technologien. Flügelzellenpumpen können in den meisten Fällen bei Temperaturen von -40 °F (-40 °C) und bis zu 350 °F (176 °C) betrieben werden. Vergleichbare Pumpentechnologien können diese Schwellenwerte überschreiten, ohne ihre Integrität zu beeinträchtigen.

Wenn es um die Verarbeitung und Mischung von Lösungsmitteln geht, müssen Betreiber die Vorteile der einzelnen Pumpentechnologien abwägen. Kreiselpumpen sind für Betreiber eine Technologie der Wahl, wenn es um die Verarbeitung von Lösungsmitteln und anderen Substanzen geht. Dennoch sind sich viele nicht über den Wert und die Vorteile von Flügelzellenpumpen im Klaren. Beide Technologien bieten Betreibern die Funktionen, die sie für den Umgang mit Lösungsmitteln benötigen.

Flügelzellenpumpen sind zwar nicht so beliebt, sollten aber aufgrund ihrer Vielseitigkeit bei der Verarbeitung dünner Flüssigkeiten nicht übersehen werden.

Chris Hordyk ist Produktmanager für Blackmer. Blackmer ist eine Marke von PSG, einem Unternehmen aus Dover. Er kann unter [email protected] erreicht werden. Weitere Informationen finden Sie unter blackmer.com und PSG unter psgdover.com.