衛生ポンプ知識大全

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概要 食品加工は主に3つの主要な工程、すなわち原材料の受け入れ、半製品の加工、完成品に分かれます。その各工程には、多かれ少なかれポンプが関与している。その中でポンプのタイプに対する要求も様々です。例えば、チョコレートの加工には高粘度の媒体を送液できるポンプが必要で、廃水処理には耐摩耗性と耐腐食性に優れたポンプが必要で、医薬品製剤の加工には耐腐食性に優れたポンプが必要などです。異なる製品メーカーによって、異なる段階で必要とされるポンプの材質も異なります。衛生ポンプは、充填、排空、配合、混合に主に使用されます。また、膜フィルターなどの装置からプロセス流体を送液するためにも使用されます。衛生ポンプには主に2つのタイプがあります：遠心式と容積式です。衛生ポンプは海外ではすでにかなり成熟しており、この種のポンプを製造している企業にはアルファラバル、ボミノックス、CSF、SPX、グルントフォスなどがあります。我が国にも衛生ポンプを製造するメーカーは多く、例えばビール製造設備を製造する企業も衛生ポンプを生産しています。 食品、飲料、医薬品業界で使用されるポンプには、異なる衛生基準を満たす必要があり、これらの基準ではポンプの構造材料や清潔度に関する規定が定められている。他の産業用ポンプとは異なり、食品・飲料業界で使用されるポンプは厳格な衛生規制を満たさなければなりません。 3-A規格はアメリカで広く適用されており、国際的にも認められています。 ヨーロッパでは、「機械供給（安全）規格」が、農業食品機器に適用される安全および衛生上の要求事項を定めています。 我が国の遠心式衛生ポンプ規格「QBT 1826-2010遠心式衛生ポンプ」。 衛生ポンプの材料としては、一般的にオーステナイト系ステンレス鋼（316L/304）、フッ素樹脂、超高分子量ポリエチレン、セラミックス、エナメルなどが使用されます。高純度の材料（例えば蒸留水）を扱うポンプでは、その流路部品には超低炭素オーステナイトステンレスが使用される。衛生ポンプ用の材料は、通常の材料とは異なります。ポンプ用の材料は、耐腐食性だけでなく、有害な元素や物質が漏れ出さないこと、また変質し得る媒体を吸収しないことも求められるからです。我が国では、ゴム製品に対して専用の規格が定められている。「食品用ゴム製品衛生基準」のように、鋼製管材についてもQB2003などの基準が定められている。その安全性評価方法は、GB17219-1998またはそれに類する方法が用いられる。GB17219では、主に浸漬法を用いて浸出物の含有量を測定する。材料の基準は包括的ではない。例えば、316Lは一般的に衛生ポンプに使用できますが、もし316L鋼板の製造が衛生基準に従って行われていなければ、微量の有害元素が漏出する可能性があります。したがって、GB16798「食品機械の安全衛生」およびGB12073「乳製品用設備の安全衛生」では、溶接後に錆が発生する可能性のある材料の使用は禁止されており、ステンレス鋼は無毒性かつ非吸収性でなければならない。FDAや3Aの認証を取得しているメーカーもあります。 衛生ポンプの設計や製造には多くの種類があり、これは搬送する媒体の多様性によって決まるものです。クリーンな直飲み水から牛乳、ジャムまで。これらの材料には酸性のものとアルカリ性のものがあります。流動性の高いものもあれば、流動しにくいものもあります。衛生ポンプの主なタイプは、遠心ポンプ、カムポンプ、単螺旋ポンプ、および蠕動ポンプです。彼らの設計手法は、大きくは通常のポンプと同じです。しかし、完全に同じというわけではなく、ここでは主に遠心ポンプを例にして、注意すべき点を簡単に説明します。1、流れの中に死角はない。食品製造工程において、媒体がポンプと接触する部分。これらの媒体は流動している必要がある。通常のポンプでは、機械シール室はしばしば死角となるため、この場合は開放型または円錐形のシール室が必要となる。2、溶接部の表面粗さは3.2に達する必要があり、一般的な表面は0.8でなければならない。つまり、ポンプ本体の流路とインペラーの流路は研磨処理が必要です。一般的な鋳造部品では、この要件を満たすのは難しい。そのため、遠心式衛生ポンプは一般的にプレス溶接構造を採用しています。時には、インペラーはオープン型またはセミオープン型です。3、CIPの要件を満たしている。ほとんどの充填ラインでは、1日に1回の洗浄が必要です。変質したり細菌が繁殖したりする可能性のある残留物を洗い流してください。多くは、清浄な水を用いて一定時間ポンプで送水したり逆洗したりする方法が採用されています。これは先に述べた死角がないという点と関連しています。洗浄時間帯において、媒体の流れが遅い部分（例えばシールキャビティ内の物質）はすべて流出させる必要がある。4、COPの要件を満たしている。この要求は、ポンプを簡単に分解することです（例えば後開き式ポンプでは、ベアリングケースやローター部品をポンプ本体から取り出します）。高圧洗浄水は、直接洗浄が必要な表面に到達します。5、SIPの要件を満たしています。オンライン殺菌では、滅菌用の放射線に加えて、高温の水や蒸気もよく使用されます。滅菌の温度は一般的に121度以上です。蒸気滅菌を用いる衛生ポンプは、この高温に耐えられる必要がある（シールも含む）。高温の水（121度以上の水で、液体状態を保つには一定の圧力が必要）を使用する場合、ポンプは高温と一定の圧力に耐えなければならない（公式アカウント：ポンプの管理人）。衛生ポンプの製造には、通常のプレスポンプ用の設備に加えて、高度な溶接および研磨設備も必要とされます。 遠心式衛生ポンプは、設置形態によって縦型と横型の2つに分かれ、インペラの数によっては単段式と多段式の2つに分類されます。遠心ポンプは構造がシンプルでコストが安く、連続して運転でき、清掃も容易なため、無菌工程において広く使用されています。 インペラが媒体に浸っており、さらに高速で回転することで高いせん断力が生じるため、せん断感受性の高い輸送媒体に影響を与えます（公式アカウント：ポンプの管理人）。 長所：構造がシンプルで耐久性に優れ、現場での清掃が容易； 排気バルブが閉じても過圧にはならない； プレッシャーヘッドを増やすために直列に接続できる； 流量を増やすために並列接続できます。 欠点：通常、自己吸込み機能を持たない（自己吸込み式を除く）； 粘度が500cPを超える場合には使用しないこと； せん断感受性製品の取り扱いは避けるべき； 気泡含有量が高い流体は処理しない方がよい； 揚程は流量の変化に伴って一定ではない。 容積式衛生ポンプ 容積式ポンプは、粘度が高すぎて遠心ポンプが使用できない場合や、流量を調整する必要がある場合に用いられます。容積式ポンプは自己吸上機能を備えており、気体を含む媒体も処理できる。しかし、すべての容積式ポンプには、出口が閉じたり詰まったりした場合にポンプやシステムを損傷から守るための圧力安全装置が必要です。 長所：構造がシンプルでコンパクト、信頼性が高く寿命が長い、製造が容易、メンテナンスが簡単、自己吸込みが可能； 内歯車ポンプの吐出量は一定で、振動も非常に小さい； 双方向で輸送可能； 流量は粘度や圧力の変化によってあまり変わらない； 高粘度の媒体を輸送できる。 欠点：清浄な流体のみを輸送できる； 歯車が一度摩耗すると、修理は非常に難しい； 空転してはいけない； 加工精度の要求が高い； 歯車は不均一な半径方向の液圧を受け、ベアリングの摩耗が激しく、作業圧力の上昇が制限される； 外歯車ポンプの流量脈動が大きく、そのためシステムの圧力も大きく脈動し、騒音が高くなる； 液詰まり現象が起こります。 ロータリー式衛生ポンプ、カムローターポンプ。ロータリーポンプは2つのローターを備え、ローターの形状は二葉または三葉で、ローターの回転方向は逆であり、ローター同士やローターとポンプケーシングの内壁との間には微細な隙間があって接触しない。 カムポンプのローターには、ハブから突き出た羽根が付いている。各ローター上の羽根の数によって、カムポンプは単葉カムポンプと双葉カムポンプに分けられる。 長所：短期間の無負荷運転が可能で、許容時間はシールの良し悪しによって決まる； 自己吸込み可能； 固体懸濁液を処理できる； 良好な正の純吸込み圧頭（NPSH）を有する； 高粘度の流体も処理可能（遠心ポンプと比較して）； 双方向に輸送できます。 欠点：隙間が固定されているため、摩耗によってポンプの性能が急速に低下する； 2つの軸と、それに対応する2組のシールがある； 吸上げ高さが低く、低速かつ低粘度の作業条件でのみ動作可能です。 フレキシブルインペラ式衛生ポンプのフレキシブルポンプは、容積ポンプの中のローターポンプの一種であり、弾性体製のローターの羽根が屈曲しながら動作することからその名が付けられました。また、フレキシブルローターポンプやフレキシブルインペラポンプとも呼ばれます。最も古い設計は半世紀以上前に遡り、当時は主にバージの船内の油汚れや水たまりを清掃し、甲板を洗浄するために使用されていました。しかし、その優れた性能とエラストマー技術の発展により、フレキシブルポンプはさまざまな産業分野でますます多く利用されるようになっている。 フレキシブルポンプは、容積ポンプの主要な特徴を持ちつつ、特殊な種類の容積ポンプでもある。脈動のない液体の流れは、出口圧力や媒体の粘度が上昇すると流量が低下するという特性が、遠心ポンプに似ている。多くの産業分野での適用場面では、主に遠心ポンプの代替品として使用され、遠心ポンプでは解決できない問題（送液できない媒体や対応できない作業条件）を解決します。柔軟なローターは柔軟な材料で作られており、ポンプケーシングは非対称な形状をしている。ローターが回転すると変形し、その結果、羽根とポンプケーシングが形成する空間の容積が変化し、それによって媒体が輸送される（公式アカウント：ポンプ管家）。 長所：自己吸込みが可能； 液体を送液する際の圧力振動は小さい； 双方向で輸送可能； 気体を含む媒体や懸濁液を輸送できる； 洗いやすい。 欠点：低圧の作業条件でのみ適用可能； 粒子摩耗特性を持つ流体の処理には適していません。 スクリュー衛生ポンプのスクリューポンプは、スクリュー同士（またはスクリューとシールリング）の噛み合いによって形成される作業空間（作業室）の容積変化を利用して液体を送り出します。 長所：自己吸込みが可能； 排出量が安定しており、振動も少ない； 双方向で輸送可能； 気泡を含む液体も処理可能； 懸濁液を処理可能； 搬送媒体の粘度範囲が広い； 耐砥粒摩耗性に優れる； せん断感受性流体をよく処理できる。 欠点：無負荷運転不可； ポンプの性能は粘度変化に敏感である； 加工や組み立てに高い要求がある。 蠕動式衛生ポンプの利点：媒体はホースのみと接触するため、汚染がない； 気泡を含む流体を処理可能； せん断感受性および酸化腐食感受性の媒体を輸送可能； 耐砥粒摩耗性に優れる； 流体中に含まれる固体の直径を、管状要素の内径の40％まで許容する； 密封やバルブの配管部品は不要； 精度が高い； 自己吸込み可能； 空転可能； 双方向で同等の流量を輸送できる； 無液空運転の場合、ポンプのどの部品にも損傷は生じません； 98％の真空度を実現できる； 交換が必要な部品はホースのみで、交換作業は非常に簡単です。 欠点：柔軟なチューブを使用しているため、耐圧力に制限がある； 送水管の故障は製品の損失を引き起こします； ポンプの回転速度が低い； 作動時にパルス流が発生し、振動が大きくなる； 流量範囲は比較的狭い。