Химически стойкое исполнение насосов: как выбрать вакуумный мембранный насос

При работе с парами растворителей, кислот, щелочей и другими химически активными газами обычного вакуумного насоса может быть недостаточно. Агрессивная среда воздействует не только на корпус оборудования, но и на мембрану, клапаны, уплотнения и соединения внутри проточной части.

Химически стойкое исполнение насоса означает, что детали, контактирующие с рабочей средой, изготовлены из материалов, устойчивых к химическому воздействию. Такие насосы применяют для вакуумной фильтрации, сушки, дегазации, дистилляции, работы с ротационными испарителями и лабораторными реакторами.

В этой статье разберём, чем химически стойкий мембранный насос отличается от обычного, какие материалы используются в его конструкции и почему при выборе нельзя ориентироваться только на показатель максимального вакуума.

Что означает химически стойкое исполнение

Химически стойкое исполнение — это конструкция насоса, рассчитанная на работу с агрессивными парами и газами. Главная особенность заключается в подборе материалов проточной части и уплотнений. Они должны сохранять механическую прочность и герметичность при контакте с рабочей средой.

В мембранном вакуумном насосе газ проходит через рабочую камеру, клапаны и соединительные каналы. Если эти элементы изготовлены из материала, который разрушается под действием паров химических веществ, насос постепенно теряет герметичность, производительность и способность создавать требуемое разрежение.

Для химически стойкого исполнения обычно применяют фторопласт, PTFE, специальные химически стойкие эластомеры и защитные покрытия. В насосах Primelab используются камеры и элементы конструкциии из тефлона и FFKM, предназначенные для работы с химически активными парами и газами. 

Чем химически стойкий насос отличается от обычного

Обычный мембранный насос может быть рассчитан преимущественно на работу с воздухом, инертными газами и умеренно влажной средой. Его конструкционные материалы не всегда подходят для паров растворителей, кислот или щелочей.

Химически стойкий мембранный насос отличается прежде всего материалами деталей, через которые проходит рабочий газ.

Важно понимать, что химическая стойкость не означает совместимость с абсолютно любой средой. Она всегда зависит от конкретного вещества, его концентрации, температуры, давления и продолжительности контакта.

Какие детали контактируют с парами и газом

В мембранном вакуумном насосе рабочая среда не должна контактировать с электродвигателем и механизмом привода. Однако газ проходит через отдельную проточную часть, в которой находятся несколько элементов.

Рабочая камера

Рабочая камера является основным объёмом, в котором перемещается газ. Она подвергается постоянному воздействию паров и должна быть устойчивой к коррозии, набуханию, растрескиванию и разрушению.

Мембрана

Мембрана совершает возвратно-поступательные движения и изменяет объём рабочей камеры. Она одновременно испытывает механическую нагрузку и контактирует с рабочей средой. Поэтому для химически стойких насосов применяют мембраны с фторопластовым покрытием или мембраны из материалов, устойчивых к конкретным парам.

Клапаны

Впускной и выпускной клапаны регулируют направление движения газа. При повреждении клапана насос начинает хуже создавать вакуум, снижается производительность, а рабочая среда может возвращаться в вакуумную систему. У химически стойких насосов клапаны так же могут быть из фторопласта, FFKM, или другого устойчевого к химической агнресиии полимера.

Уплотнения

Уплотнительные элементы обеспечивают герметичность соединений между камерой, клапанами и патрубками. Даже если камера изготовлена из химически стойкого материала, несовместимое уплотнение может быстро потерять эластичность или разрушиться. У химически стойких насосов уплотнительные элементы  так же могут быть изготовлены из фторопласта, FFKM, или другого устойчевого к химической агнресиии полимера.

Патрубки и соединительные каналы

Пары проходят через входной патрубок, внутренние каналы и выпускной патрубок. При подборе насоса необходимо учитывать не только материал камеры, но и материал всех деталей, контактирующих с газом.  У химически стойких насосовпатрубки и соеденетильные каналы  так же могут быть изготовлены из фторопласта, FFKM, или другого устойчевого к химической агнресиии полимера.

Почему применяют PTFE и фторопласт

PTFE, или политетрафторэтилен, часто используют в химически стойких насосах благодаря высокой устойчивости к большому числу кислот, щелочей, растворителей и других химических соединений.

Для насосного оборудования важны следующие свойства PTFE:

• высокая химическая инертность;
• низкая склонность к коррозии и разрушению под действием агрессивных веществ;
• низкое влагопоглощение;
• устойчивость к воздействию многих органических растворителей;
• способность работать в широком диапазоне температур;
• низкая адгезия, благодаря которой загрязнения хуже удерживаются на поверхности.

В химически стойких мембранных насосах PTFE может применяться для изготовления или покрытия рабочей камеры, мембраны, клапанов и других деталей проточной части. В отдельных конструкциях корпус камеры изготавливается из фторопласта, а диафрагма получает химически стойкое покрытие.

Однако PTFE не отменяет необходимость проверки совместимости. Один и тот же материал может по-разному вести себя при контакте с веществом в зависимости от температуры, концентрации и времени воздействия.

Какие материалы нужно проверять

Перед выбором насоса необходимо проверить совместимость не только основного материала камеры, но и всех деталей, которые соприкасаются с рабочей средой.

В таблице совместимости нужно искать не только название вещества, но и его рабочую концентрацию, температуру и агрегатное состояние. Совместимость с сухим газом не всегда означает совместимость с конденсатом того же вещества.

Какие среды нужно учитывать

При подборе химически стойкого вакуумного насоса обычно проверяют следующие группы рабочих сред:

• пары органических растворителей;
• пары кислот и щелочей;
• влажные и насыщенные газы;
• пары воды и водных растворов;
• газовые смеси с химически активными компонентами;
• пары веществ после нагрева;
• конденсат, образующийся внутри вакуумной линии;
• аэрозоли и мелкие капли жидкости, если они могут попасть в насос.

Особенно внимательно следует проверять насосы, которые используются для дистилляции, работы с ротационными испарителями, вакуумной сушки и дегазации. В этих процессах в насос может поступать не только газ, но и пары с последующей конденсацией.

Почему нельзя выбирать насос только по максимальному вакууму

Максимальный вакуум показывает, какое минимальное абсолютное давление способен создать насос в определённых условиях. Но этот показатель не описывает всю рабочую характеристику оборудования.

Насос с более глубоким вакуумом не всегда будет лучшим выбором. Для стабильной работы необходимо учитывать сразу несколько параметров:

• предельный вакуум;
• производительность в литрах в минуту;
• тип рабочей среды;
• количество и состав паров;
• температуру газа;
• наличие конденсата;
• необходимую скорость достижения рабочего вакуума;
• объём вакуумируемой системы;
• допустимый уровень шума;
• режим работы: периодический или непрерывный.

Например, для небольшого фильтрования может быть достаточно насоса с умеренным предельным вакуумом и высокой производительностью. Для ротационного испарителя важны не только глубина вакуума, но и устойчивость к парам растворителя, наличие защиты от конденсата и правильная производительность.

При слишком высокой производительности насос может работать неэффективно, если вакуумная линия имеет малый диаметр, много соединений или недостаточную герметичность. Поэтому насос выбирают как часть всей вакуумной системы, а не как отдельный прибор по одному числу в техническом паспорте.

Когда нужен конденсатосборник

Конденсатосборник устанавливают перед насосом, если в вакуумной линии могут появляться капли жидкости или пары, способные конденсироваться при охлаждении.

Конденсатосборник особенно рекомендуется использовать:

• при работе с ротационными испарителями;
• при вакуумной дистилляции;
• при выпаривании растворителей;
• при вакуумной сушке влажных материалов;
• при работе с холодными ловушками и конденсаторами;
• при откачке влажного газа;
• если есть риск попадания жидкости из вакуумируемого аппарата.

Его задача — задержать жидкость до того, как она попадёт в рабочую камеру насоса. Это снижает риск повреждения мембраны, клапанов и уплотнений, а также уменьшает загрязнение проточной части.

Конденсатосборник не заменяет химически стойкое исполнение. Если собранная жидкость агрессивна, необходимо проверить материал ёмкости и соединительных элементов. В некоторых случаях дополнительно используют охлаждаемую ловушку, чтобы снизить нагрузку на насос.

Когда нужен защитный сепаратор

Защитный сепаратор применяют, если в вакуумной системе возможен унос капель жидкости, аэрозоля, пены или частиц. В отличие от обычного фильтра, сепаратор отделяет жидкую фазу и защищает насос от прямого попадания загрязнений.

Защитный сепаратор нужен, если:

• вакуум создаётся над жидкостью;
• процесс сопровождается кипением или интенсивным испарением;
• в аппарате возможно вспенивание;
• в системе присутствуют аэрозоли;
• насос подключён к реактору или испарителю;
• рабочая жидкость может быть втянута при резком изменении давления;
• требуется защитить насос от механических примесей.

Защитный сепаратор устанавливают между вакуумируемым аппаратом и насосом. Для агрессивных сред его выбирают по химической стойкости материала, объёму, рабочему давлению и способу удаления собранной жидкости.

Типовые схемы подключения

Для вакуумной фильтрации

Для фильтрации обычно применяют схему: фильтрующее устройство — защитная ёмкость — химически стойкий мембранный насос. Защитная ёмкость препятствует попаданию жидкости и частиц в насос.

Для ротационного испарителя

Рекомендуемая схема включает ротационный испаритель, конденсатор, приёмную колбу, конденсатосборник или ловушку и химически стойкий мембранный вакуумный насос. Такая конфигурация снижает поступление паров и конденсата в насос.

Для лабораторного реактора

При работе с реактором насос подключают через защитный сепаратор или ловушку. Выбор оборудования зависит от температуры процесса, состава паров, объёма реактора и требуемого рабочего давления.

Как выбрать химически стойкий насос

1. Определите, какие пары или газы будут проходить через насос.
2. Укажите концентрацию и температуру рабочей среды.
3. Проверьте материал камеры, мембраны, клапанов и уплотнений.
4. Определите требуемый диапазон рабочего давления.
5. Сопоставьте производительность насоса с объёмом вакуумной системы.
6. Оцените вероятность образования конденсата.
7. При необходимости установите конденсатосборник, ловушку или защитный сепаратор.
8. Проверьте диаметр вакуумных шлангов и герметичность соединений.
9. Уточните допустимый режим работы и требования к охлаждению.

Если состав рабочей среды неизвестен или включает несколько химических компонентов, подбор необходимо выполнять по наиболее агрессивному компоненту с учётом температуры и возможного образования конденсата.

Химически стойкие насосы Primelab

Вакуумные мембранные насосы Primelab применяют для создания безмасляного вакуума в лабораторных процессах. Химически стойкие модели предназначены для работы с агрессивными парами и газами, а конструкция включает химически стойкие камеры, мембраны, клапаны и уплотнительные элементы.

Каталог химически стойких насосов Primelab

Каталог лабораторных вакуумных станций Primelab

Оборудование может использоваться для:

• вакуумной фильтрации;
• дистилляции и выпаривания;
• работы с ротационными испарителями;
• вакуумной сушки;
• дегазации жидкостей;
• вакуумирования лабораторных реакторов;
• создания вакуумных систем и станций.

Перед заказом рекомендуется сопоставить состав рабочей среды с материалами конкретной модели, определить требуемую производительность и предусмотреть защиту от конденсата.

Если вы не знаете, какая модель подходит для вашей установки, передайте специалисту Primelab состав рабочей среды, рабочую температуру, требуемое давление, объём системы и описание процесса. По этим данным можно подобрать насос, конденсатосборник и защитную арматуру в единой вакуумной схеме.

Часто задаваемые вопросы

Что такое химически стойкий насос?

Это насос, проточная часть которого изготовлена из материалов, устойчивых к воздействию определённых химически активных паров и газов. Степень стойкости нужно проверять для конкретной рабочей среды.

Можно ли использовать обычный мембранный насос для растворителей?

Только если материалы всех контактирующих деталей совместимы с конкретным растворителем, его концентрацией и температурой. При отсутствии подтверждённых данных лучше выбирать химически стойкое исполнение.

Почему в химически стойких насосах применяют PTFE?

PTFE обладает высокой устойчивостью к воздействию многих кислот, щелочей, растворителей и других химических веществ. Его используют для камер, покрытий мембран, клапанов и других деталей проточной части.

Нужен ли конденсатосборник для ротационного испарителя?

Конденсатосборник или ловушка рекомендуется, если пары растворителя могут попасть в насос и сконденсироваться внутри его рабочей камеры. Это снижает нагрузку на мембрану, клапаны и уплотнения.

Достаточно ли выбрать насос с самым глубоким вакуумом?

Нет. Помимо предельного вакуума необходимо учитывать производительность, состав и температуру паров, вероятность образования конденсата, объём системы и герметичность вакуумной линии.

Статья: Мембранный вакуумный насос для лаборатории: принцип работы, выбор и применение