為化工與制藥工藝應用選擇合適的真空技術往往并非易事。首先，真空系統(tǒng)必須在工作壓力下提供所需泵速，確保所需抽真空時間。其次，它不能對工藝氣體敏感，在用于 CIP（在位清洗）清洗和氣體回收時必須滿足所有要求。此外，在確定要使用哪種真空技術時，穩(wěn)定性和經(jīng)濟效率也起著重要作用。 在本文中，我們將講述化工與制藥加工技術中最常用的三種真空技術。 液環(huán)真空泵, 干式螺桿真空泵, 油潤滑旋片真空泵。
圖1： Busch的 Dolphin 液環(huán)真空泵
液環(huán)真空泵
液環(huán)真空泵（圖 1）適用于多種應用。它們屬于旋轉正排量泵，葉輪偏心放置在圓柱形外殼中（圖 2）。一般用水充當工作液。葉輪旋轉時，會在密封各葉片空間的外殼內(nèi)形成液環(huán)。氣體在中心、各葉片和液體環(huán)間形成的空間中輸送。由于葉輪安裝于偏心位置，這部分空間的體積會增大，從而經(jīng)進氣口吸入介質(zhì)。當葉輪繼續(xù)旋轉時，空間體積減少，氣體介質(zhì)被壓縮，然后通過排氣口被再次排出。液環(huán)真空泵既可作為單一的連續(xù)流系統(tǒng)運行，也可作為部分或全循環(huán)系統(tǒng)運行。
多年來，經(jīng)實踐證明，這些真空泵在化學工藝中是堅固耐用、質(zhì)量可靠的真空發(fā)生器。壓縮室內(nèi)的工作液不斷耗散壓縮熱，因此真空泵的運行幾乎是等溫的。這意味著工藝氣體不會明顯升溫，真空泵在相對較低的溫度下運行。這將顯著降低不必要的反應或爆炸的風險。低工作溫度還有利于蒸汽和氣體的冷凝，提升真空泵的額定泵速。
圖2： 雙級液環(huán)真空泵工作原理
一般用水來作為液環(huán)。在實際應用中，還經(jīng)常使用乙二醇、礦物油或有機溶劑。真空泵的極限壓力取決于蒸氣壓和液體粘度。工作液的粘度也會影響真空泵的功耗。
目前市場上有不同型號、材料和軸封的液環(huán)真空泵。
液環(huán)真空泵的優(yōu)點：
對進入系統(tǒng)的蒸汽或液體不敏感
不同的材料版本使之可以根據(jù)不同工藝進行量身定制
缺點：
由于工藝氣體冷凝形成的工作液可能會造成污染，棄置之前須對工作液進行處理
能耗高
極限壓力取決于工作液的蒸氣壓力
干式螺桿真空泵
干式螺桿真空技術在化工和制藥行業(yè)的應用也非常廣泛。不過，與液環(huán)技術相比，此技術較為新穎。
上世紀 90 年代，普旭（Busch）推出了首臺干式螺桿真空泵 COBRA AC。與上述液環(huán)真空泵相比，主要區(qū)別在于螺桿真空泵（圖 3）無需工作液來壓縮工藝氣體。"干式"螺桿真空泵的名字由此而來。
圖3： COBRA NC 螺桿真空泵
在螺桿真空泵中，兩個爪形轉子沿著相反方向旋轉（圖 4）。泵送的介質(zhì)在泵缸和螺桿腔室之間被截留，經(jīng)壓縮后輸送至排氣口。在壓縮過程中，螺桿轉子不會相互接觸，也不與泵缸接觸。此工作原理得益于精良的制造工藝和運轉部件之間的最小間隙，能夠確保最小極限壓力 <0.1 mbar。
圖4： 現(xiàn)代螺桿真空泵的工作原理
螺桿真空泵采用水冷，確保整個泵體內(nèi)溫度均勻，從而保證整個加工過程中的熱穩(wěn)定性。
先進的螺桿真空泵配有一個可變間距螺桿，會使工藝氣體沿整個螺桿長度被壓縮。其優(yōu)勢是確保整個壓縮腔室內(nèi)的溫度相同，從而輕松執(zhí)行監(jiān)測和控制。在舊版的螺桿真空泵中，整個螺桿長度內(nèi)的螺桿間距均相同。這導致在螺桿的最后半圈旋轉中壓縮工藝氣體，此時會產(chǎn)生過量熱載荷。因此，使用水冷卻調(diào)節(jié)至理想的工作溫度將更加困難。通常，干式螺桿真空泵的工作溫度高于液環(huán)真空泵。因此，基本消除了工藝氣體的冷凝。這使工藝氣體經(jīng)過真空泵傳輸后不會造成污染或引起與工作液的反應。鑄鐵是適合與泵送介質(zhì)接觸的所有零件的標準材料。它未經(jīng)過處理或使用特殊涂層處理，幾乎可以耐受所有化學制品。在加工結束時，我們建議使用合適的清潔液沖洗真空泵，再用氮氣清洗，避免腐蝕及靜止時形成沉積。
借助不同壓縮系統(tǒng)和各種涂層，普旭（Busch）螺桿真空泵可配置用來與任何化學制品配套使用。
干式螺桿真空泵的優(yōu)點：
干式壓縮，無污染，工藝氣體和工作液之間不會發(fā)生反應
高真空度
高效節(jié)能
由于材料選擇和溫度調(diào)控，可設計用于幾乎所有工藝氣體
干式螺桿真空泵的缺點：
對進入系統(tǒng)的顆粒敏感
不能與高溫下易發(fā)生反應的工藝氣體一起使用
一次油潤滑旋片真空泵
油潤滑旋片真空泵已在很多領域成功運用多年。今天，它們是業(yè)內(nèi)使用最廣泛的機械真空泵之一。上世紀 60 年代，普旭（Busch）還開發(fā)出一次油潤滑雙級旋片真空泵——Huckepack，它專門為化工與制藥加工技術而設計。普旭（Busch）持續(xù)研發(fā)此真空泵，憑借其堅固耐用的出色性能，在加工技術領域廣受認可。
圖5： Huckepack 一次油潤滑旋片真空泵
與其他基于旋片原理工作的真空泵相比，Huckepack 旋片真空泵（圖 5）有三大明顯優(yōu)勢：
兩個壓縮階段堆疊在一起，相互連接，有助于在第一階段對工藝氣體進行初步壓縮，再在隨后的第二階段進行二次壓縮， 從而可實現(xiàn)更低的極限壓力。
這些真空泵采用油潤滑，這意味著壓縮室內(nèi)注入一定量的工作液、油或其他相容液體。相比之下，其他旋片真空泵則使用油循環(huán)潤滑。
Huckepack 旋片真空泵采用水冷，使之可以在特定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)工作溫度。
Huckepack 旋片真空泵屬于旋轉正排量泵。葉片置于轉子槽中，轉子在圓柱形外殼中偏心旋轉。由于轉子的旋轉運動產(chǎn)生的離心力，葉片會滑出槽，與缸壁接觸。這會形成不同容量的空間，從而產(chǎn)生吸力和壓縮效果。為了減少摩擦、改善密封，油被不斷注入壓縮室內(nèi)。此過程發(fā)生在兩個壓縮階段，在此之前，工藝氣體與工作液一起通過出口排出，然后再移除。兩個階段均采用水冷。我們提供直流水冷和水循環(huán)兩種方式。
圖6： Huckepack 一次油潤滑旋片真空泵工作原理
由于潤滑油僅流經(jīng)真空泵一次，幾乎可以使用粘度在 150 厘司 (cSt) 范圍內(nèi)的所有液體。這些潤滑油在工作中不斷沖洗真空泵，使其免腐蝕和沉積。普旭（Busch）提供使用三種不同材料制造的葉片，確保耐受多數(shù)溶劑
一次油潤滑旋片真空泵的優(yōu)點：
高真空度
極其耐用、可靠
便于保養(yǎng)
非常適合傳送酸蒸汽，以及使用其他真空技術時可能導致聚合的單體或產(chǎn)品
缺點： 工作液必須妥善處理或處置
結語
本文討論的所有真空技術均各有利弊。沒有任何一個方案適合所有應用。因此，務必咨詢真空專家，考慮加工過程中的所有重要參數(shù)，包括加工條件、工藝氣體、與過程控制相關的集成，以及未來真空產(chǎn)生的能源效率、安全性和穩(wěn)定性。通常，只要考慮這些因素，就能直接根據(jù)要求，量身定制出適合的真空系統(tǒng)。
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