Pompe chimique
Qu'est-ce qu'une pompe chimique ?
La pompe chimique désigne une vaste catégorie de pompes utilisées pour transférer, mélanger ou distribuer des produits chimiques dans un système. Une pompe chimique peut être de type centrifuge ou volumétrique. La pompe est souvent utilisée lorsque le produit chimique à transférer est corrosif ou abrasif, et ne peut donc pas être utilisé avec des pompes conventionnelles. Une pompe chimique s'applique à une variété de liquides industriels, notamment le liquide sulfurique, l'acide acétique, l'acide sulfurique, le méthane, l'hypochlorite de sodium, le sulfate de sodium. Les pompes chimiques trouvent des applications dans diverses industries telles que les industries chimiques, pétrochimiques et alimentaires. Elles sont également utilisées dans les systèmes de chauffage à haute température et dans les applications hors site des raffineries.
Pour résister à la nature toxique, corrosive et dangereuse des produits chimiques, les fabricants de pompes chimiques utilisent des matériaux très résistants dans la conception des différents composants de la pompe, tels que le corps et la roue. Une pompe chimique peut être alimentée par des moteurs à courant alternatif ou continu, des moteurs diesel ou à essence, et des turbines à vapeur ou à eau. Dans la plupart des cas, une pompe centrifuge pour produits chimiques se caractérise par une conception à un étage sans capacité d'auto-amorçage. La conception des pompes chimiques pour des applications spéciales telles que les produits chimiques extrêmement chauds ou froids implique l'utilisation de couvercles de corps chauffants ou refroidissants. En général, les fabricants de pompes chimiques utilisent des métaux non corrosifs ou des matériaux non métalliques pour construire les pièces en contact avec le liquide de la pompe. Les pièces en contact avec le liquide peuvent également être recouvertes d'une couche d'émail, de caoutchouc résistant ou de plastique. Les fabricants de pompes chimiques sont souvent tenus par la loi d'adhérer aux spécifications de l'American National Standards Institute (ANSI).
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Principales pièces de la pompe chimique
Moteur principal
Le moteur principal est la principale source d'énergie d'une pompe chimique. Il fournit la puissance nécessaire pour faire tourner l'arbre et les composants du rotor de la pompe. Selon le type de pompe chimique, un moteur d'entraînement peut être un moteur à courant alternatif ou continu, un moteur diesel ou à essence, de l'air comprimé, une turbine à vapeur, etc.
Corps de pompe
Le corps de pompe abrite la roue ou les composants de déplacement de la pompe. La fonction principale du corps de pompe est d'assurer l'étanchéité entre l'intérieur de la pompe et l'environnement extérieur, de maintenir la pression et d'empêcher les fuites.
Roue ou composants de déplacement
Les pompes chimiques centrifuges utilisent une roue pour transmettre l'énergie cinétique et accélérer le produit chimique pompé. Les pompes volumétriques sont équipées de composants de déplacement tels que des lobes, des engrenages ou des palettes pour transmettre l'énergie cinétique au produit chimique pompé, tandis que les pompes chimiques à déplacement alternatif utilisent le mouvement de va-et-vient d'un diaphragme, d'un piston ou d'un plongeur pour réaliser la même fonction. Une pompe chimique comprend une roue auxiliaire pour maintenir le passage de l'arbre libre du produit chimique pompé pendant le fonctionnement.
Arbre
Les arbres de pompe transmettent le couple mécanique à la roue de la pompe chimique centrifuge ou aux composants de déplacement des pompes volumétriques rotatives. L'arbre de la pompe peut être le moteur principal lui-même ou être relié à l'arbre du moteur par l'intermédiaire d'un accouplement. Lorsque l'arbre de la pompe doit traverser le corps, il est généralement équipé de joints d'arbre pour empêcher la fuite du produit chimique pendant le fonctionnement et lorsque la pompe est à l'arrêt. Les garnitures d'arbre courantes comprennent les garnitures mécaniques simples et doubles. La pompe chimique à arbre contient également des joints auxiliaires pour empêcher efficacement les fuites de produits chimiques pendant l'arrêt de la pompe.
Tuyau d'aspiration
Un tuyau d'aspiration est utilisé pour aspirer les produits chimiques du réservoir de produits chimiques vers le corps de la pompe. Il relie les entrées de la pompe au réservoir de produits chimiques.
Tuyau de refoulement
Un tuyau de refoulement est utilisé pour décharger/injecter des produits chimiques à l'endroit souhaité. Il relie la sortie de la pompe au réservoir où le produit chimique doit être distribué.
Système de contrôle
Selon l'application, une pompe chimique peut être équipée d'un système de contrôle pour améliorer la précision du fonctionnement de la pompe. Le système de contrôle met la pompe en marche et l'arrête à la période désignée. Un système de contrôle peut être un simple gadget tel qu'un interrupteur de contrôle ou un programme complexe tel qu'un système de contrôle et d'acquisition de données (SCADA). Un système de contrôle est couramment utilisé avec les pompes doseuses de produits chimiques et les pompes à membrane.
Comment fonctionne une pompe chimique ?
Comme indiqué précédemment, les pompes chimiques sont diverses et chaque type a un mécanisme de fonctionnement différent. Dans cette section, nous allons donc nous concentrer sur le principe de fonctionnement d'une pompe chimique. Pompe centrifuge chimique. Une pompe centrifuge chimique fonctionne grâce au transfert de l'énergie de rotation d'une roue vers le produit chimique à pomper. L'énergie de rotation de la roue provient d'un moteur à courant alternatif ou continu. Lorsque la roue tourne, un vide est créé à l'intérieur du corps de la pompe et le produit chimique est aspiré vers l'œil de la roue. Lorsque le produit chimique traverse la roue, une certaine énergie cinétique lui est communiquée et il est accéléré radialement vers l'extérieur dans la chambre de la volute à une vitesse élevée. Dans la chambre à volute, l'énergie cinétique du produit chimique est convertie en une tête de pression alors que le produit chimique est dirigé vers le tuyau de refoulement pour être acheminé à l'endroit désiré.
Types de pompes chimiques
Les fabricants de pompes chimiques proposent différents types de pompes chimiques qui vous permettent de distribuer des produits chimiques de manière sûre et efficace dans diverses situations. En règle générale, les pompes chimiques peuvent être classées comme des pompes centrifuges ou des pompes volumétriques. Le type le plus approprié pour une application donnée dépend des exigences spécifiques de cette application.
Pompe centrifuge pour produits chimiques
Ce type de pompe chimique transfère le fluide en créant un vide à l'aide d'une roue rotative. La force de rotation de la roue est générée par l'interaction entre les champs électromagnétiques des enroulements du rotor et le champ électromagnétique secondaire des enroulements du stator. La rotation de la roue crée un vide et une chambre à volute scellée se remplit de produits chimiques. La vitesse élevée communiquée aux produits chimiques par cette pompe la rend très efficace pour le transfert de produits chimiques dangereux et corrosifs.
Pompe à entraînement magnétique
Ce type de pompe chimique utilise un circuit magnétique rotatif pour faire tourner la roue. Dans une pompe à entraînement magnétique, la roue et le liquide de pompage sont contenus dans un boîtier étanche. Le principe de fonctionnement de cette pompe repose sur l'attraction entre les aimants internes et externes des pompes, qui entraînent la rotation de l'arbre du moteur et de la roue de la pompe. Les forces centrifuges agissant sur la roue de la pompe permettent le transfert des produits chimiques dans le système. La plupart des produits chimiques pénètrent dans l'enceinte de confinement où ils sont divisés radialement et s'écoulent dans l'espace annulaire entre l'anneau magnétique interne et le tube de l'enceinte de confinement. Le flux retourne ensuite dans la volute de l'enveloppe où il circule, sa pression diminue et sa température augmente. Une pompe à entraînement magnétique est particulièrement adaptée au transfert de produits chimiques corrosifs et agressifs.
Fig : Schéma d'une pompe à entraînement magnétique (crédits d'image : michael-smith-engineers.co.uk)
Une pompe à entraînement magnétique élimine la nécessité d'une étanchéité d'arbre car l'entraînement du moteur et l'entraînement de la pompe sont reliés par une connexion magnétique, ce qui signifie qu'il n'y a pas de voie directe ou indirecte par laquelle les produits chimiques peuvent fuir. Ces pompes conviennent donc au transfert de produits chimiques hautement corrosifs ou de produits nocifs pour lesquels les fuites dans l'environnement sont interdites. Les applications typiques sont le déchargement de camions-citernes, l'alimentation de réacteurs et les procédés chimiques discontinus.
Pompe doseuse pour produits chimiques
Une pompe doseuse de produits chimiques, également connue sous le nom de pompe de dosage de produits chimiques, est une pompe volumétrique utilisée pour injecter des produits chimiques ou d'autres substances dans un flux d'eau, de gaz ou de vapeur. Une pompe doseuse aspire une quantité mesurée de produit chimique dans sa chambre et l'injecte dans un réservoir ou un tuyau contenant le fluide à injecter. Ce type de pompe est alimenté par un moteur électrique ou un actionneur pneumatique. Elle comprend également une unité de contrôle qui permet d'activer ou de désactiver la pompe et de réguler le débit du produit chimique. Ces types de pompes chimiques sont généralement de très petite taille mais capables de produire un débit précis de produits chimiques. Elles constituent les pièces maîtresses d'un système de dosage intégré, utilisé pour l'élimination automatique des produits chimiques. Elles sont couramment utilisées dans un grand nombre d'industries, notamment l'industrie alimentaire, le traitement des eaux usées et bien d'autres encore.
Fig : Pompe doseuse pour le traitement de l'eau (crédit image : minimaxpumps.com)
Pompe vide-fût ou pompe vide-fût
Ce type de pompe chimique est utilisé pour déplacer en toute sécurité des produits chimiques et des acides à partir de conteneurs tels que des tonneaux et des fûts. Elle est généralement placée à l'ouverture supérieure du fût ou de la barrique. Une pompe vide-fût convient aux applications de faible volume. Par exemple, pour transférer 100 ou 200 litres de produits chimiques et de réactifs de manière sûre et efficace. Une pompe vide-fûts comporte trois éléments principaux : la section de la pompe, le tube d'immersion et la section de la pompe.
Pompe pneumatique à double membrane
Ce type de pompe chimique contient deux membranes à mouvement alternatif, un arbre et une chambre à liquide. Elle est classée dans la catégorie des pompes volumétriques à mouvement alternatif. Les deux membranes flexibles sont reliées par un arbre au niveau de la section centrale où se trouve une vanne. Pendant le fonctionnement, le groupe motopropulseur de la pompe force les membranes flexibles à se déformer et, par conséquent, le volume de la chambre à liquide est modifié et les produits chimiques sont aspirés et expulsés par la pompe. Dans cette pompe, l'utilisation d'un clapet anti-retour permet d'éviter les retours d'eau. Ce type de pompe chimique nécessite peu d'étanchéité ou de lubrification. Il convient donc aux applications dans lesquelles le flux chimique doit conserver un degré élevé de pureté. Une pompe pneumatique à double membrane est également connue sous le nom de pompe à membrane ou de pompe à membrane. Elles sont également auto-amorçantes et conviennent aux fluides visqueux. Ces pompes sont couramment utilisées pour transférer des fluides abrasifs, y compris des acides et des produits chimiques.
Pompe à lobes
Une pompe à lobes est une pompe volumétrique rotative dont le fonctionnement est basé sur la contre-rotation des lobes à l'intérieur d'un corps de pompe. Le principe de fonctionnement des pompes à lobes est très proche de celui des pompes à engrenages externes. La seule différence est que les lobes n'entrent pas en contact pendant la rotation car ils sont entraînés par des engrenages externes logés dans la boîte d'engrenages. Lorsque les lobes sortent de l'engrenage, ils créent un volume d'expansion à l'entrée de la pompe. Le produit chimique de pompage s'écoule dans la cavité où il est piégé par les lobes et transporté dans l'espace annulaire entre les lobes et le corps de la pompe. Lorsque les lobes s'engrènent à nouveau, ils poussent le produit chimique à travers l'orifice de sortie à haute pression. Les fabricants de pompes chimiques recommandent ces pompes pour le traitement des produits chimiques à faible viscosité, car les lobes n'entrent pas en contact et leur jeu est nettement plus important que celui des autres pompes volumétriques.
Figure : Fonctionnement d'une pompe à lobes (image credits : learnmech.com)
Avantages de la pompe chimique
- résistance élevée à la corrosion, d'où la possibilité de manipuler des substances dangereuses et hautement corrosives
- Longue durée de vie
- une grande efficacité énergétique
- peu d'entretien courant
- Polyvalence des tailles et des applications - Disponibles dans une grande variété de tailles et de types pour répondre à de multiples applications. Ils permettent d'acheminer les fluides de différentes manières.
- haute fiabilité
- durabilité - les pompes chimiques sont plus durables que les pompes conventionnelles
- les pompes chimiques volumétriques, telles que les pompes à membrane, peuvent transporter des produits chimiques à viscosité plus élevée
Inconvénients de la pompe chimique
- Coûteux
- coût d'installation initial élevé
- Les pompes chimiques volumétriques sont complexes et difficiles à entretenir
- Le fonctionnement de la pompe peut être bruyant et vibratoire.
- La pompe centrifuge pour produits chimiques n'a pas de capacité d'auto-amorçage
- La pompe chimique centrifuge ne peut pas fonctionner à grande vitesse
Inconvénients d'une pompe centrifuge
Une pompe centrifuge n'est pas sans inconvénients. Voici quelques-uns des inconvénients de l'utilisation d'une pompe centrifuge
- La pompe peut surchauffer
- Peut souffrir d'une perte d'énergie due au couplage magnétique
- Une charge intense peut entraîner une défaillance de la pompe
- La pompe est sujette à la rouille, ce qui peut potentiellement l'endommager.
Applications des pompes chimiques
Les pompes chimiques ont une grande variété d'applications, non seulement dans les industries chimiques, mais aussi dans les industries non chimiques. Les applications de la pompe dans l'industrie non chimique sont les suivantes :
- Dans une piscine - Une pompe chimique est utilisée pour ajouter du chlore aux niveaux requis.
- Dans les centrales électriques - Les pompes chimiques sont utilisées pour injecter les produits chimiques nécessaires à certains moments du processus de production d'énergie.
- Dans le domaine du chauffage, de la ventilation et de la climatisation, une pompe chimique est utilisée pour contrôler ou remplir le fréon ou d'autres produits chimiques nécessaires au processus.
Les pompes chimiques sont également utilisées dans d'autres secteurs :
- Stations d'épuration des eaux
- Pulvérisation aérienne
- Agriculture
- Traitement des boues
- Biocarburants
- Nucléaire
- Pétrole et gaz pour le pompage du pétrole brut, des boues, etc.
- La construction
- Transformation des aliments
- Exploitation minière
- Pharmaceutique
- Industries de la pâte à papier et du papier
- Eaux usées
Dépannage de la pompe doseuse de produits chimiques
Défaut de pompage
- Fuite du côté de l'aspiration de la pompe
- faible niveau d'aspiration
- rupture du diaphragme
- Joint usé dans les sièges de soupape
- Tête de pompe fissurée
- La tête de pompe contient de l'air
- Un défaut dans le câblage et la carte électronique de contrôle
Perte de résidus chimiques
- le récipient de la solution est sec
- la mise à l'échelle au point de livraison
- réglage très bas de la pompe
Excès de produits chimiques
- utilisation d'un produit chimique très riche dans le récipient
- siphonage chimique dans la canalisation principale
- réglage très élevé de la pompe
La pompe refuse de s'amorcer ou perd son amorçage
- Clapet anti-retour bouché
- le clapet anti-retour n'est pas correctement scellé
- Surpression au refoulement
- Hauteur d'aspiration trop élevée
Résumé
Cet article traite de la pompe chimique, des types de pompes chimiques et du mécanisme de fonctionnement. L'article met également en évidence l'application générale des pompes chimiques, non seulement dans l'industrie chimique mais aussi dans d'autres industries, ainsi que leurs avantages et inconvénients. La pompe chimique a été décrite comme une vaste catégorie de pompes utilisées dans les industries pour transférer, mélanger ou distribuer des produits chimiques dans un système.
Les fabricants de pompes chimiques classent les pompes chimiques en deux grandes catégories : les pompes centrifuges et les pompes volumétriques. Les pompes chimiques centrifuges transfèrent le produit chimique en convertissant l'énergie de rotation d'un rotor entraîné par un moteur, appelé roue, en énergie cinétique et en énergie de pression du produit chimique. Les pompes volumétriques, quant à elles, convertissent l'énergie des composants de déplacement tels que le diaphragme, le piston, les lobes, en énergie de pression du produit chimique pour déplacer ce dernier dans le système. Les types de pompes chimiques volumétriques comprennent les pompes chimiques à lobes, les pompes de dosage chimique et les pompes pneumatiques à double diaphragme. Selon le fabricant de pompes chimiques, chaque type de pompe chimique possède ses propres caractéristiques qui la rendent plus adaptée à une application particulière que les autres pompes. Par exemple, une pompe chimique centrifuge convient aux produits chimiques de faible viscosité, tandis qu'une pompe chimique volumétrique est mieux adaptée aux produits chimiques de haute viscosité qui nécessitent beaucoup d'énergie pour le processus de pompage. Les principales industries utilisant des pompes chimiques sont le pétrole et le gaz, l'industrie pharmaceutique, le traitement des boues, l'industrie alimentaire, l'énergie nucléaire et les biocarburants.
Parmi les avantages des pompes chimiques, on peut citer leur grande résistance à la corrosion, leur longévité et leur polyvalence en termes de taille et d'application. Cependant, les pompes chimiques présentent également plusieurs inconvénients, notamment des coûts initiaux d'installation et d'entretien élevés, un fonctionnement bruyant et vibratoire, des pompes volumétriques de construction complexe et donc difficiles à entretenir. De plus, la pompe chimique centrifuge nécessite un amorçage manuel initial et ne peut pas fonctionner à grande vitesse.