دليل شامل لاختيار المضخات الكيميائية: من معدل التدفق إلى اعتبارات آثار التآكل.

تلعب المضخات دورًا حاسمًا في إنتاج المواد الكيميائية، حيث تؤثر على مراحل متعددة بما في ذلك التغذية، والارتجاع، والتدوير السفلي، وإعادة التدوير. لضمان الإنتاج السلس، من الضروري تحديد نوع المضخة المناسب بناءً على الاحتياجات المحددة. لا يؤثر اختيار المضخة المناسبة على كفاءة العملية فحسب، بل يؤثر أيضًا بشكل كبير على سلامة الإنتاج واقتصادياته بشكل عام.

 

 

مبادئ اختيار المضخة الكيميائية

1. تأكد من أن نوع المضخة المحدد وأدائها يتوافقان مع معلمات العملية مثل معدل التدفق والرأس والضغط ودرجة الحرارة ومعدل تدفق التجويف والشفط.
2. يجب أن تلبي المضخة متطلبات خصائص الوسائط.

• بالنسبة للمضخات التي تنقل الوسائط القابلة للاشتعال أو المتفجرة أو السامة أو القيمة، يجب أن يكون ختم العمود موثوقًا به وخاليًا من التسرب-، مثل مضخات المحرك المغناطيسي، ومضخات الحجاب الحاجز، ومضخات المحركات المعلبة.
• بالنسبة للمضخات التي تنقل الوسائط المسببة للتآكل، يجب أن تكون مكونات الحمل الحراري مصنوعة من مواد مقاومة للتآكل-مثل المضخات المقاومة للتآكل من الفولاذ المقاوم للصدأ AFB-ومضخات المحرك المغناطيسي البلاستيكية الهندسية CQF.
• بالنسبة للمضخات التي تحتوي على جسيمات صلبة، يجب أن تكون مكونات الحمل الحراري مصنوعة من مواد مقاومة للتآكل؛ إذا لزم الأمر، يجب مسح ختم العمود بسائل التنظيف.

3. موثوقية ميكانيكية عالية، ضوضاء منخفضة، واهتزاز منخفض.

4. يجب أن تقوم الاعتبارات الاقتصادية على تقليل التكلفة الإجمالية للمعدات والتشغيل والصيانة والإدارة.

5. اختيار المضخات الكيميائية في المواقف الشائعة:

• تتميز مضخات الطرد المركزي بالسرعة العالية، والحجم الصغير، والوزن الخفيف، والكفاءة العالية، ومعدل التدفق الكبير، والبنية البسيطة، والتوصيل المجاني للنبض-، والأداء المستقر، والتشغيل السهل، والصيانة المريحة.
• عندما يكون القياس مطلوبًا، يجب اختيار مضخة القياس.
• عندما يكون هناك حاجة إلى رأس مرتفع ولكن معدل التدفق صغير جدًا، ولا يتوفر معدل تدفق منخفض-مناسب-مناسب، ومضخة طرد مركزي عالية-، يمكن استخدام مضخة ترددية؛ إذا لم تكن متطلبات التجويف عالية، فيمكن أيضًا اختيار مضخة دوامية.
• عندما يكون الرأس منخفضًا جدًا ويكون معدل التدفق كبيرًا جدًا، يمكن اختيار مضخات التدفق المحوري ومضخات التدفق المختلط.
• عندما تكون اللزوجة المتوسطة عالية (أكبر من 650 ~ 1000 مم²/ ثانية)، فكر في اختيار مضخة دوارة أو مضخة ترددية (مضخة تروس، مضخة لولبية).
• عندما يكون محتوى الغاز المتوسط ​​75%، ويكون معدل التدفق منخفضًا، واللزوجة أقل من 37.4 مم²/ثانية، يمكن اختيار مضخة دوامية.
• بالنسبة للحالات التي يكون فيها بدء التشغيل المتكرر أو الضخ غير مناسب، يمكن استخدام المضخات ذات إمكانات-التحضير الذاتي، مثل مضخات الطرد المركزي-التحضير الذاتي، والمضخات الدوامية ذاتية التجهيز-، والمضخات الهوائية (الكهربائية) الخاصة.

 

معدل التدفق ورأس المضخات الكيميائية

1. يعد معدل التدفق أحد معايير الأداء الرئيسية لاختيار المضخة، مما يؤثر بشكل مباشر على الإنتاج الإجمالي وقدرة النقل للمعدات. على سبيل المثال، يمكن لمعاهد التصميم حساب معدل التدفق الطبيعي للمضخة، ومعدل التدفق الأدنى، والحد الأقصى لمعدل التدفق خلال مرحلة التصميم. عند اختيار المضخة، يعتمد معدل التدفق الطبيعي عادة على الحد الأقصى لمعدل التدفق. إذا لم يكن الحد الأقصى لمعدل التدفق متاحًا، فيمكن اعتباره 1.1 مرة من معدل التدفق الطبيعي.
2. يعد الرأس المطلوب للنظام معلمة مهمة أخرى لأداء المضخة. يتم اختيار الرأس عادةً عن طريق زيادته بنسبة 5% إلى 10%.
3. خصائص السائل، بما في ذلك الاسم، والخواص الفيزيائية، والخواص الكيميائية، وغيرها من الخصائص المتعلقة برأس النظام، وحساب هامش التجويف الفعال، ونوع المضخة المناسب، واختيار مواد المضخة، ونوع ختم العمود المختار.
4. تشير شروط تخطيط الأنابيب لنظام المعدات إلى بيانات مثل ارتفاع مدخل السائل، واتجاه مدخل السائل، وجانب الشفط، والحد الأدنى لمستوى السائل، والحد الأقصى لمستوى السائل، بالإضافة إلى مواصفات الأنابيب وطولها، والمواد، ومواصفات التركيب، والكمية، من أجل إجراء حسابات لعملية التجميع والتحقق من نظام السلامة الهيدروليكي NPSH (NP-).
5. تحديد ظروف التشغيل، مثل درجة حرارة تشغيل السائل، وضغط البخار المشبع، وضغط جانب الشفط (الضغط المطلق)، وضغط حاوية جانب التفريغ، والارتفاع، ودرجة الحرارة المحيطة، ووضع التشغيل (متقطع أو مستمر)، وموقع المضخة (ثابت أو متنقل)، وما إلى ذلك. هذه كلها عوامل مهمة للاختيار.

 

تخطيط الأنابيب للمضخات الكيميائية

• اختر قطر الأنبوب المناسب. يؤدي قطر الأنبوب الأكبر إلى انخفاض سرعة التدفق وفقدان أقل للمقاومة، ولكن أيضًا سعر أعلى؛ يؤدي قطر الأنبوب الأصغر إلى فقدان أكبر للمقاومة ويتطلب رأس مضخة أعلى. زيادة الطاقة تؤدي إلى زيادة التكاليف ونفقات التشغيل. ولذلك، من الضروري إجراء دراسة شاملة من المنظورين الفني والاقتصادي.
• يجب أن يكون أنبوب التفريغ ووصلاته مصمماً بحيث يتحمل أقصى قدر من الضغط.
• يجب أن يتم مد الأنابيب باستخدام أنابيب مستقيمة كلما أمكن ذلك، مع تقليل تركيبات الأنابيب وتقصير طول الأنبوب قدر الإمكان. عند عمل الانحناءات، يجب أن يكون نصف قطر الانحناء 3-5 أضعاف قطر الأنبوب، ويجب أن تكون الزاوية أكبر من 90 درجة.
• يجب أن يكون جانب تفريغ المضخة مزودًا بصمام (صمام كروي أو صمام بوابة، وما إلى ذلك) وصمام فحص. يستخدم هذا الصمام لتنظيم نقطة تشغيل المضخة. يمنع صمام الفحص المضخة من الرجوع إلى الخلف بسبب التدفق العكسي ويمنع المطرقة المائية (التي تولد ضغطًا خلفيًا كبيرًا ويمكن أن تلحق الضرر بالمضخة).

 

خيارات ختم المضخة الكيميائية

• الأختام

بالنسبة للأختام الثابتة، يوجد عادة نوعان فقط من الحشيات والأختام، مع كون الحلقات - هي الأكثر استخدامًا.

بالنسبة للأختام الديناميكية، نادرًا ما تستخدم المضخات الكيميائية أختام التعبئة، حيث تستخدم في المقام الأول الأختام الميكانيكية. يتم تصنيف الأختام الميكانيكية على أنها -أحادية الطرف ومزدوجة-متوازنة وغير متوازنة. تعتبر الأختام المتوازنة مناسبة لوسائط الضغط العالي- (عادةً ما تشير إلى الضغوط الأكبر من 1.0 ميجاباسكال). تُستخدم موانع التسرب الميكانيكية -المزدوجة بشكل رئيسي في درجات الحرارة العالية-والوسائط سهلة التبلور واللزجة والتي تحتوي على جسيمات-والوسائط المتطايرة السامة. تتطلب السدادات الميكانيكية -المزدوجة حقن غشاء في تجويف الختم، مع ضغط أعلى عمومًا بمقدار 0.07~0.1 ميجاباسكال من الضغط المتوسط.

• مواد الختم

المواد المستخدمة في الأختام الثابتة في المضخات الكيميائية تكون عمومًا من المطاط الفلوري؛ وفي حالات خاصة، يمكن استخدام البولي تترافلوروإيثيلين (PTFE). يعد اختيار المواد للحلقات الثابتة والديناميكية للختم الميكانيكي أكثر أهمية. لا تُصنع السبائك الصلبة بالضرورة من نفس المادة؛ فهي باهظة الثمن، والاختلافات في الصلابة غير معقولة. لذلك، من الأفضل التمييز بينهما بناءً على خصائص الوسط.

 

اختيار الوسائط الخاصة للمضخات الكيميائية

• حمض الكبريتيك

تختلف تآكل حمض الكبريتيك بشكل كبير اعتمادًا على تركيزه ودرجة حرارته. بالنسبة لحمض الكبريتيك المركز (أعلى من 80%) وأقل من 80 درجة، فإن الفولاذ الكربوني والحديد الزهر يقدمان مقاومة جيدة للتآكل، ولكنهما غير مناسبين للتدفق عالي السرعة-.

المواد غير المناسبة للمضخات والصمامات:

الفولاذ المقاوم للصدأ الشائع، مثل 304 (0Cr18Ni9)، 316 (0Cr18Ni12Mo2Ti)

تُصنع المضخات والصمامات المستخدمة لنقل حمض الكبريتيك عادةً من الحديد الزهر عالي السيليكون- (يصعب صبه وتصنيعه آليًا) وسبائك الفولاذ المقاوم للصدأ- العالية (سبائك 20). توفر المواد البلاستيكية الفلورية مقاومة جيدة لحمض الكبريتيك؛ يعد استخدام المضخات المبطنة بالفلوروبوليمر- (F46) خيارًا أكثر اقتصادية.

• حمض الهيدروكلوريك

معظم المواد المعدنية ليست مقاومة للتآكل بحمض الهيدروكلوريك (بما في ذلك أنواع الفولاذ المقاوم للصدأ). الموليبدينوم-الذي يحتوي على نسبة عالية من حديد السيليكون-لا يمكن استخدامه إلا عند درجة حرارة 50 درجة وفي ظروف حمض الهيدروكلوريك بنسبة 30%.

وعلى النقيض من المواد المعدنية، فإن معظم المواد غير المعدنية-تتمتع بمقاومة جيدة للتآكل الناتج عن حمض الهيدروكلوريك؛ ولذلك، فإن المضخات المطاطية والمضخات البلاستيكية (مثل البولي بروبيلين، والفلوروبلاستيك، وما إلى ذلك) هي أفضل الخيارات لنقل حمض الهيدروكلوريك.

• حمض النيتريك

في الظروف العادية، تتآكل معظم المعادن وتتحلل بسرعة في حمض النيتريك. يعد الفولاذ المقاوم للصدأ أكثر المواد المقاومة لحمض النيتريك-استخدامًا على نطاق واسع، حيث يُظهر مقاومة جيدة للتآكل لحمض النيتريك بتركيزات مختلفة في درجة حرارة الغرفة. تجدر الإشارة إلى أن الموليبدينوم-الذي يحتوي على الفولاذ المقاوم للصدأ (مثل 316 و316L) يتمتع بمقاومة أقل للتآكل بحمض النيتريك مقارنة بالفولاذ المقاوم للصدأ العادي (مثل 304 و321)، وأحيانًا أسوأ من ذلك. بالنسبة لبيئات حمض النيتريك- ذات درجة الحرارة العالية، يتم عادةً استخدام التيتانيوم وسبائك التيتانيوم.

• حمض الخليك

حمض الخليك هو أحد الأحماض العضوية الأكثر تآكلًا. يتآكل الفولاذ العادي بشدة في محاليل حمض الأسيتيك بتركيزات ودرجات حرارة مختلفة. يعتبر الفولاذ المقاوم للصدأ مادة مقاومة ممتازة لحمض الأسيتيك-. يمكن أيضًا استخدام الموليبدينوم- المحتوي على الفولاذ المقاوم للصدأ 316 في درجات الحرارة العالية- وبيئات بخار حمض الأسيتيك المخفف. بالنسبة للتطبيقات القاسية مثل -درجات الحرارة المرتفعة، أو حمض الأسيتيك-عالي التركيز أو الوسائط الأخرى المسببة للتآكل، يمكن استخدام-سبائك عالية من الفولاذ المقاوم للصدأ أو المضخات البلاستيكية الفلورية.

• القلويات (هيدروكسيد الصوديوم)

لا يقدم الفولاذ المقاوم للصدأ العادي ميزة كبيرة في مقاومة القلويات مقارنة بالحديد الزهر. لا ينصح باستخدام الفولاذ المقاوم للصدأ عندما يكون وجود كميات صغيرة من الحديد في الوسط مسموحًا به.

بالنسبة للسوائل القلوية ذات درجة الحرارة العالية-يتم عادةً استخدام سبائك التيتانيوم والتيتانيوم أو سبائك الفولاذ المقاوم للصدأ-العالية. يمكن استخدام مضخات الحديد الزهر ذات الأغراض العامة- في المحاليل القلوية ذات التركيز المنخفض- في درجة حرارة الغرفة. لتلبية المتطلبات الخاصة، يمكن استخدام مضخات مختلفة من الفولاذ المقاوم للصدأ أو البلاستيك الفلوري.

• الأمونيا (هيدروكسيد الأمونيوم)

معظم المعادن-وغير المعادن تسبب تآكلًا بسيطًا في الأمونيا السائلة والأمونيا (هيدروكسيد الأمونيوم)، باستثناء النحاس وسبائك النحاس.

• محلول ملحي (مياه البحر)

لا يكون الفولاذ العادي شديد التآكل في محاليل كلوريد الصوديوم، أو مياه البحر، أو الماء المالح، ويتطلب عمومًا حماية الطلاء. تتميز أنواع الفولاذ المقاوم للصدأ المختلفة أيضًا بمعدلات تآكل موحدة منخفضة جدًا، ولكن قد يحدث تآكل موضعي بسبب عمل أيون الكلوريد؛ عادة ما يكون أداء الفولاذ المقاوم للصدأ 316 أفضل.

• الكحوليات، الكيتونات، الإسترات، الإيثرات

تشمل الوسائط الكحولية الشائعة الميثانول، والإيثانول، وإيثيلين جلايكول، والبروبانول، وما إلى ذلك؛ تشمل وسائط الكيتون الأسيتون وميثيل إيثيل كيتون وما إلى ذلك؛ تشمل وسائط الإستر استرات الميثيل المختلفة، واسترات الإيثيل، وما إلى ذلك؛ تشتمل وسائط الأثير على ثنائي ميثيل إيثر، وإيثر ثنائي إيثيل، وإيثر بوتيل، وما إلى ذلك. هذه الوسائط بشكل عام غير قابلة للتآكل، والمواد شائعة الاستخدام مناسبة. يجب أن يعتمد الاختيار المحدد على خصائص الوسط والمتطلبات ذات الصلة.

 

ومن الجدير بالذكر أن الكيتونات والإسترات والإيثرات قابلة للذوبان في مجموعة متنوعة من المطاط، وبالتالي تجنب الأخطاء في اختيار مواد الختم.

 

تأثير اللزوجة ودرجة الحرارة

لزوجة الوسط تأثير كبير على أداء المضخة. مع زيادة اللزوجة، ينخفض ​​منحنى رأس المضخة، وينخفض ​​أيضًا معدل الرأس والتدفق في ظل ظروف التشغيل المثالية، بينما تزيد الطاقة، وبالتالي تقلل الكفاءة. وبشكل عام، فإن معلمات أداء المضخة عند ضخ المياه هي مؤشرات أدائها. عند ضخ الوسائط اللزجة، يلزم التحويل (يمكن العثور على عوامل التصحيح للزوجات المختلفة في جداول التحويل المقابلة). لضخ اللب والمعاجين والسوائل اللزجة-عالية اللزوجة، يوصى باستخدام المضخات اللولبية.

 

بالنسبة للوسائط ذات درجات الحرارة أقل من 120 درجة، عادة لا يتم توفير نظام تبريد خاص؛ تعمل الوسائط نفسها كمواد تشحيم ومبرد.

بالنسبة للوسائط التي تزيد درجة حرارتها عن 120 درجة ولكن أقل من 300 درجة، يجب توفير غرفة تبريد على غطاء المضخة. يجب أيضًا توصيل حجرة الختم بسائل التبريد (باستخدام ختم ميكانيكي مزدوج). عندما لا يتمكن سائل التبريد من اختراق الوسائط، يجب سحب الوسائط للتبريد وتوصيلها بسائل التبريد (يمكن تحقيق ذلك من خلال مبادل حراري بسيط).

 

بالنسبة للوسائط ذات درجة الحرارة العالية-التي تزيد درجات الحرارة فيها عن 300 درجة، لا يحتاج رأس المضخة إلى التبريد فحسب، بل يجب أيضًا تجهيز تجويف محمل التعليق بنظام تبريد. يتم دعم المضخات بشكل عام مركزيًا. يُفضل استخدام الأختام الميكانيكية من نوع المنفاخ المعدني، ولكنها أكثر تكلفة (أكثر من 10 أضعاف سعر الأختام الميكانيكية العادية).