高粘度流体向け二軸スクリューポンプと遠心ポンプの比較

高粘度製品向けのサニタリーポンプを選定する際には、流量定格の確認だけでは不十分である。粘度が高くなるほど、製品をポンプや配管内で移動させることが困難になり、ポンプ原理、吸込条件、流量の安定性、システムレイアウトがますます重要となる。

サニタリー遠心ポンプと二軸スクリューポンプは、流体の移送方法が異なる。遠心ポンプはインペラを使用して液体にエネルギーを与えるのに対し、二軸スクリューポンプは2本の回転するスクリューが密閉されたキャビティを形成し、製品を吸入口から吐出口まで連続的に搬送する。

この違いを理解することで、エンジニアは特定の高粘度プロセスにどちらのポンプ技術が適しているかを判断できる。

ポンプ原理が違いを生む

遠心ポンプはインペラを回転させ、機械エネルギーを流体の速度と圧力に変換することで液体を移送する。実際の運転点は、ポンプと接続されたシステムの抵抗との関係によって決まる。

BOSPサニタリー遠心ポンプは、オープンインペラと拡大された吸込室を採用し、吸込性能を向上させている。接液部流路は衛生的な処理のために鏡面研磨されており、製品と運転条件が遠心ポンプに適合する場合、サニタリー液移送用途に適した設計となっている。

二軸スクリューポンプは容積移送の原理で作動する。2本のスクリューがポンプ室内で回転し、密閉されたキャビティを形成して媒体を吐出口側へ連続的に移動させる。

この違いは、製品が十分に粘稠で、流体抵抗がポンプ性能に大きな影響を与える場合に特に重要となる。

ポンプ選定において粘度が重要な理由

粘度は、製品がポンプシステム内を移動する容易さに直接影響する。粘稠なシロップ、濃縮食品、医薬品製剤、クリーム、その他の高粘度材料は、低粘度液体よりもはるかに大きな抵抗を生じさせる。医薬品加工においては、粘稠な製剤に安定した移送、制御された流量、衛生的なハンドリングが求められる場合、経口液剤用二軸スクリューポンプが検討対象となる。

遠心ポンプは、実際の運転条件が適切な範囲内にある場合、特定の粘性製品に対して依然として適切な場合がある。しかし、粘度の上昇はポンプの水力的性能と吸込側に必要な条件を変化させる可能性がある。

二軸スクリューポンプは容積移送を利用するため、粘度が主要な要素となる用途に特に適している。SLGPサニタリー二軸スクリューポンプは1～500,000 cStの流体粘度に対応し、移送が困難な製品に対して幅広い運転範囲を提供する。

重要な点は、すべての粘性製品に二軸スクリューポンプが必要であるということではない。むしろ、低粘度液体向けに設計されたポンプが、より粘稠な製品でも同じように性能を発揮するとは想定せず、粘度を主要な選定因子として扱うべきである。

吸込条件が選定を左右する

高粘度製品の場合、ポンプへの確実な製品流入は吐出性能と同様に重要である。

BOSPサニタリー遠心ポンプは非自吸式設計を採用しており、接続機器間のほぼ水平な移送など、適切な吸込条件を備えた設置を前提としている。プロセスで自吸が必要な場合には、専用の自吸式ポンプを検討すべきである。

SLGP二軸スクリューポンプは強力な自吸能力を備えている。ポンプ室内に製品が存在する場合、最大0.8 barの真空を発生させることができる。

これは、粘稠な製品を容器から吸引する必要がある場合や、利用可能な吸込条件が好ましくない場合に有用である。ただし、ポンプの自吸能力は、吸込ラインの評価の必要性をなくすものではない。配管径、配管長、継手、製品温度、粘度、液面高さはすべて、実際の吸込性能に影響を与える。

粘性製品のための流量安定性

高粘度製品は、多くの場合、管理された調合または充填プロセスの一部として移送される。したがって、可能な限り高い流量を達成することよりも、安定した移動が重要となる場合がある。

遠心ポンプの流量は、ポンプの水力的特性と接続されたシステムの抵抗との相互作用によって決まる。製品の粘度や配管抵抗の変化は、運転点を変動させる可能性がある。

二軸スクリューポンプは、連続する密閉キャビティを通じて製品を移動させる。SLGP設計は低脈動移送も提供し、適切な処理条件下でより一貫した製品流動を維持するのに役立つ。

ポンプの回転速度とスクリュー構成は、要求されるプロセス条件に応じて選択できる。これにより、エンジニアは異なる粘性製品や移送要件にポンプを適応させる際に柔軟性を得ることができる。

粘性製品に粒子が含まれる場合

一部の高粘度製品には懸濁粒子や軟質固形物が含まれており、ポンプ選定にさらなる複雑さが加わる。

遠心ポンプの場合、粒子径、濃度、インペラ構成、水力的条件を総合的に検討する必要がある。ポンプの適合性は、粘度のみではなく、製品の実際の特性に依存する。

SLGP二軸スクリューポンプは、適用可能な運転条件下で不純物や粒子を含む媒体を処理できる。また、スクリューはポンプハウジングと金属接触することなく作動する。

この非接触構造は、潤滑性のない媒体や不純物を含む媒体を扱う際に有用である。なぜなら、スクリューが運転中にケーシングとの直接的な金属接触に依存しないためである。

ただし、粒子を含む製品については、エンジニアは最終的なポンプ選定の前に、粒子径、濃度、硬度、粘度、温度を依然として評価すべきである。

衛生的設計も依然として重要

高粘度であっても、食品、医薬品、化粧品、その他のサニタリープロセスにおける衛生要件がなくなるわけではない。

BOSPサニタリー遠心ポンプは研磨された接液面とステンレス鋼製の接液部品を採用し、メカニカルシール設計によりボルトとスプリングが製品から離れた位置に配置されている。また、ポンプ本体から残留物を除去するためのドレンバルブも装備されている。

SLGP二軸スクリューポンプは、デッドコーナーのない流路を採用し、CIPおよびSIP洗浄構成に対応している。これらの機能は、ポンプ選定が独立した移送用途ではなく、衛生的な処理システムの一部である場合に重要となる。

したがって、比較はポンプ性能のみに留まらない。洗浄性、ドレン性、製品残留性、および全体的な洗浄戦略も考慮すべきである。

可逆移送がプロセス柔軟性を高める

もう一つの重要な違いは、製品の移送方向を反転できる能力である。

従来の遠心ポンプは、定義された吸入口と吐出口の配置で運転される。意図した移送方向を変更するには、ポンプの通常運転を単に反転させるのではなく、通常は異なるシステム構成が必要となる。

SLGP二軸スクリューポンプは可逆移送をサポートしている。シャフトの回転方向を変更することで、他のポンプ部品を変更することなく、ポンプ方向を反転させ、吸入口と吐出口を交換できる。

適切な処理システムにおいて、これは製品回収、ラインのドレン、および接続されたプロセス段階間の移動をサポートできる。特に、残留製品を最小限に抑えることが重要な場合に有用である。

エンジニアはどのように選定すべきか？

遠心ポンプと二軸スクリューポンプの間に万能な勝者は存在しない。適切な技術は、製品とプロセス条件に依存する。

サニタリー遠心ポンプは、製品が十分に流動性があり、吸込条件が良好で、要求される流量と圧力がポンプの運転範囲内にある場合に実用的な選択肢となる。そのサニタリー構造により、多くの衛生的な液移送用途に適している。

サニタリー二軸スクリューポンプは、高粘度、困難な吸込条件、低脈動移送、粒子含有媒体、または可逆流動が重要なプロセス要件となる場合に、ますます関連性が高まる。

したがって、選定はポンプの名称ではなく、実際の製品とシステムから開始すべきである。粘度、要求流量、差圧、吸込条件、粒子含有量、温度、洗浄要件、および逆移送の必要性を評価する。

高粘度流体の場合、この製品ベースのアプローチにより、遠心ポンプがプロセス要件を満たせるか、あるいはサニタリー二軸スクリューポンプの容積移送特性が用途に適しているかを判断するためのより明確な根拠が得られる。