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Source : © www.istockphoto.com – paparazzit

Technologie des pompes à vide sèches pour les processus chimiques et pharmaceutiques

Le vide joue un rôle essentiel dans les processus chimiques et pharmaceutiques. Qu'il s'agisse de transport sous vide, d'inertisation, de distillation ou de séchage, le vide est utilisé partout pour améliorer la sécurité, la rapidité et la rentabilité des processus, ou, avant toute chose, les rendre possibles.
Les diverses technologies pour la génération de vide sont polyvalentes. Les pompes à vide à anneau liquide et les éjecteurs de vapeur sont depuis des décennies les outils les plus robustes pour la production de vide.
Cependant, tout comme les pompes à vide à palettes rotatives et lubrifiées par recirculation d'huile, elles présentent un inconvénient : elles nécessitent un fluide de fonctionnement qui entre en contact avec le gaz du processus.

Innovation : pompes à vide sèches à vis

Au milieu des années 1990, Busch Solutions de Vide a lancé sur le marché la première pompe à vide à vis la COBRA. La principale différence avec les pompes à vide que l'on connaissait à l'époque est que les pompes à vide à vis ne nécessitent pas de fluide de fonctionnement pour comprimer le gaz du procédé. C'est pourquoi elles portent le nom de pompes à vide « sèches » à vis (Fig. 1). La technologie des pompes à vide sèches à vis est désormais, elle aussi, très largement utilisée dans les industries chimiques et pharmaceutiques.

Principe de fonctionnement

Dans une pompe à vide à vis, deux rotors en forme de vis qui s'emboîtent tournent dans des directions opposées (Fig. 2). Les gaz du procédé sont aspirés, capturés entre le cylindre et les chambres des vis, comprimés et transportés jusqu'à l'échappement. Pendant le processus de compression, les vis des rotors n'entrent pas en contact l'une avec l'autre ni avec le cylindre. Ce principe de fonctionnement est possible grâce à une fabrication précise et à un jeu minimum entre les pièces mobiles, ce qui garantit également un vide limite bas <0,01 mbar (absolu).
Les pompes à vide à vis COBRA fonctionnent avec un système de refroidissement qui garantit une répartition uniforme de la chaleur, ainsi qu'une plus grande efficacité thermique et une stabilité dans l'ensemble du corps de pompe. Cela permet de sélectionner la température de façon à ce qu'elle soit suffisamment élevée pour ne pas condenser le gaz du procédé mais suffisamment basse pour éviter d'éventuels problèmes liés à la température, comme un dépôt de gaz ou une inflammation spontanée.
L'absence de fluide de fonctionnement permet une compression de la chambre de procédé sans contamination ni réaction.

Protection du système de vide

En fonction du gaz de procédé, la pompe à vide peut être exposée à certains risques. Il est par conséquent important que les gaz de procédés soient suffisamment connus pour minimiser ces risques. Différents composants sont souvent nécessaires, ils peuvent être installés du côté de l'aspiration ou de la pression, afin de transporter le gaz de procédé sans endommager la pompe à vide. C'est ce qu'on appelle un système de vide, qui peut également se composer de plusieurs pompes à vide (Fig. 3).
Pour sécuriser le fonctionnement du système de vide, il est important de le protéger de la corrosion et des dépôts causés par la cristallisation ou la polymérisation, et d'augmenter la résistance des matériaux.

Protection contre la corrosion

Différentes mesures peuvent se révéler efficaces pour protéger le système de vide ou les pompes à vide isolées contre la corrosion :

  • La première possibilité consiste à empêcher les substances corrosives de pénétrer à l'intérieur de la pompe à vide. Cette protection peut être mise en œuvre au moyen de condenseurs en amont ou de laveurs de gaz.
  • La deuxième possibilité pour éviter la corrosion est de maintenir le flux de procédé en phase gazeuse. Dans une pompe à vide à vis, cela peut être mis en œuvre en configurant une température de fonctionnement spécifique. Le gaz de procédé peut être dilué par un lest d'air fourni afin de réduire la pression partielle des gaz condensables. La logique, toute simple, s'applique donc : aspiration sous forme gazeuse et éjection sous forme gazeuse. La température minimum doit donc être sélectionnée de manière à être suffisamment élevée pour éviter la condensation des gaz. La température maximum doit être sélectionnée de façon à ce que la pompe à vide ne soit pas endommagée ou à ce que la température maximale autorisée conformément à la classification ATEX ne soit pas dépassée.
  • Une troisième possibilité consiste à utiliser des matériaux compatibles pour la pompe à vide. Dans les pompes à vide à vis COBRA de Busch Solutions de Vide, toutes les pièces en contact avec le procédé sont composées, par défaut, de fonte ductile et sont pourvues d'un revêtement spécial qui résiste à pratiquement tous les produits chimiques.

Protection contre les particules entrant dans le système

Les pompes à vide à vis doivent toujours être utilisées avec un tamis ou un filtre d'aspiration. Ce afin d'empêcher les particules de pénétrer à l'intérieur de la pompe à vide. En raison de la précision de fabrication des pompes à vide associée aux faibles jeux et tolérances, les pompes présentent une certaine sensibilité à la pénétration de particules.

Les pompes à vide sèches à vis sont fréquemment utilisées avec des séchoirs à particules, en particulier dans l'industrie pharmaceutique. Certaines de ces particules peuvent aisément traverser la pompe à vide en même temps que le gaz de procédé ou être éliminées à la fin du processus.

Il est néanmoins recommandé de prendre les précautions nécessaires pour empêcher les particules d'être régulièrement aspirées. Par exemple, Busch propose un grand nombre de filtres à particules différents, adaptés à chaque application.

Étanchéité de la pompe à vide/du système de vide

Les pompes à vide et les systèmes de vide dans un environnement chimique doivent être suffisamment étanches pour empêcher, ou limiter au minimum, la pénétration de l'air ambiant et la création d'une atmosphère potentiellement explosive, ou l'échappement de gaz toxiques.

Des joints toriques en polymère sont généralement utilisés pour prévenir les fuites entre deux pièces stationnaires. La résistance dépend du polymère sélectionné. Par conséquent, le matériau du joint doit également être adapté aux gaz de procédé possibles.

Busch Solutions de Vide a fait certifier par TÜV SÜD un concept d'étanchéité dynamique pour les traversées d'arbre rotatif conformément aux instructions techniques sur le contrôle de la qualité de l'air (TA Luft). Ces joints sont considérés comme techniquement étanches aux fuites.
Conseils d'utilisation

Pour la plupart des applications, il est recommandé de préchauffer la pompe à vide pendant un certain temps avant de démarrer le procédé. Cela permet de régler la température spécifiée.

Une fois le procédé terminé, il est recommandé de purger la pompe à vide avec un gaz inerte non condensable en vue d'éliminer complètement le gaz inerte de la pompe à vide avant de l'éteindre. L'azote est normalement utilisé pour ce processus de rinçage.

Il est également possible et recommandé de rincer la pompe à vide à l'aide d'un liquide de nettoyage à la fin du processus s'il y a un risque de formation de dépôts à l'intérieur de la pompe à vide pendant le refroidissement.

Protection contre les explosions

Avec différents systèmes d'étanchéité, divers revêtements et accessoires appropriés, les pompes à vide à vis COBRA de Busch peuvent être configurées pour être compatibles avec n'importe quel produit chimique.

De plus, plusieurs versions ATEX sont disponibles pour les pompes à vide à vis COBRA conformément à la Directive européenne 2014/34/UE.

De même, toute autre réglementation nationale peut être adaptée pour ces pompes à vide, comme EX-proof aux États-Unis ou KOSHA en Corée du Sud. Cela signifie que ces pompes à vide peuvent aussi être utilisées dans le monde entier dans les zones potentiellement explosives et pour transporter les vapeurs et gaz explosifs.

Des pare-flammes peuvent également être intégrés si nécessaire.