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防污染真空抽气系统

2,682 次 admin 公司新闻

1、 前言

符合环保要求的防污染真空系统是一种闭式环液循环真空抽气系统。它由罗茨泵、大气喷射泵和液环泵组成的机组,加上环液冷却器、排气冷凝器、管道阀门等组成一个完整的系统。它的防污染和回收功能决定于排气冷凝器的结构和工作温度,系统的抽气性能则决定于环液冷却器的工作温度和组成机组的各泵的结构、匹配和运行条件。

2、 液环泵

液环真空泵是一种旋转变容真空泵。其结构简单、工作可靠、适用性强、使用方便,可以抽吸腐蚀性气体、含有粉尘的气体和气水混合物,所以在医药、农药、石油、化工、电工、食品和轻工等各部门得到了广泛的应用。

液环泵通常用水做工作液,故又称水环泵。主要用于粗真空、抽气量大的工艺流程中。近几年水环泵发展较快,抽气效率有较大提高,尤其是其单级泵的极限压力已达到了原来双级泵的水平,即(2~3)×103Pa(工作水温15℃时)。如需抽吸腐蚀性气体,则相关零件需作防腐处理(耐蚀镀层)或用不锈钢制作。

液环泵也可以采用其它液体作泵的环液,如在电工行业中可根据不同的产品选用不同的油(如变压器油、电缆油、电容器油等),故又称油环泵。由于这些油的饱和蒸汽压相对水而言,要低得多,所以油环泵的极限压力可达到(2~5)×102Pa,要比水环泵低一个数量级。还有一点必须指出,它的油温变化在一定范围内(60℃~90℃),对油环泵的性能影响不大。例如以变压器油为环液的某油环泵的油温变化对极限压力的影响如表。

在医药、化工、农药等行业中,液环泵的工作液可使用生产工艺流程中产生的任何气体的凝结液或与被抽物质相溶的液体,如各种醇、酮、醚、卤代烃、芳香族环烃、有机硫化物等,这样液环泵的环液对所生产的产品不会产生任何影响,这是它最突出的优点。

液环泵的主要性能是极限压力、抽速和消耗功率。影响液环泵性能的因素比较多,仅对环液来说,就有饱和蒸汽压、温度、密度和粘度等诸多因素。

环液的饱和蒸汽压的高低直接影响液环泵的性能,从这个意义上来说,环液的饱和蒸汽压愈低愈好,它可以降低极限压力并提高抽速。我们在常温下测试了某液环泵在使用不同环液时的极限压力。

环液温度的高低对液环泵性能的影响更是不可忽视。因为所谓环液温度的高低直接影响的就是饱和蒸汽压,再通过饱和蒸汽压来影响液环泵的性能。因此在保证泵正常工作的前提下,环液的温度越低越好。下面所示的两组液环泵的环液为水和甲苯时在不同环液温度下的抽速——入口压力曲线,(图2、图3),就能很明显的说明,环液温度的变化对液环泵的抽速和极限压力的影响是多么的大。

为了使液环泵有一个良好的性能,希望环液温度在15℃~20℃之间,必要时应对环液进行降温处理。目前国内外都把15℃作为规定的环液温度,偏离15℃时液环泵的性能应按15℃换算。

环液的密度和粘度对液环泵的性能也有一定的影响。密度的提高可使泵的抽速提高,但也使消耗功率增加。粘度的提高会降低泵的抽速,并使功率增加。一般环液粘度都不大,但用油作环液时,必须注意选用粘度小、饱和蒸汽压低的油,例如10号变压器油。

通常液环泵工作时都吸入一定数量的气体,故不会产生较大的噪声。但当泵吸入的气体很少,甚至在接近极限压力下运转时,环液会在吸入处产生许多气泡,到接近排出口时,气泡被压缩、并在瞬间破裂,产生剧烈的液力撞击,这个力大到足以破坏泵的叶轮和轴,并产生强烈的噪声和轴功率的急剧上升,以致损坏电机,这种现象称之为汽蚀,应尽量避免产生。为了消除这种现象,可以向液环泵内掺入少量气体,单级泵可向进口掺气,双级泵可从二级中间掺气。为了防止工作液泄漏,有必要将掺气阀做成单向逆止阀。

3、以液环泵为前级泵的机组

以液环泵为前级泵可以与大气喷射泵、罗茨泵配成各种真空机组,这些机组的真空度除决定于泵的配置外,液环泵的工作液也有很大影响,它们的工作范围从10-1Pa~105Pa。凡是配置有大气喷射泵的机组,由于已向液环泵内充入了气体,所以不会再发生汽蚀。其它机组应尽量避免在极限压力下工作,否则液环泵会发生汽蚀,必要时可掺入少量气体。

3.1、液环(大气)泵机组

大气喷射泵(以下简称大气泵)是气体喷射泵的一种,它不能单独工作,必须与水环泵组合才能达到提高真空度,扩展工作范围的目的。有人声称大气泵不需动力,这是不客观的错误的观点,其实只是它的动力来自水环泵,只有水环泵运转产生真空之后,大气泵的工作气体才能籍着压差进入喷嘴,并在喷嘴出口处造成超音速气流,在动能急剧增加的同时压力下降,从而在混合室造成真空,将被抽气体吸入。因此大气泵是以损失水环泵的抽气能力为代价的,不了解这一点就不能正确认识大气泵。

大气泵的极限压力与大气泵和水环泵的抽速配比有关,两者抽速比一般为0.5~0.6,最大不超过0.65,它与大气泵的结构设计有关。试验表明,大气泵的结构决定之后,抽速比有一个临界点,超过临界点,大气泵的极限压力就会升高并产生波动,进入不稳定工作状态。随着抽速比的继续增加,极限压力的波动会越来越大,直至大气泵失效。此外,大气泵与水环泵匹配时还应考虑水温对水环泵抽速的影响,夏日水温升高导致水环泵抽速下降,从而使上述抽速比增加,有可能引起大气泵进入不稳定工作状态。有必要指出,大气泵的喷嘴口径不能过小,否则容易造成喷嘴堵塞。例如SK-1.5泵所配大气泵的口径只有1.8mm左右,用户使用中经常出现堵塞,导致大气泵失去作用。

目前市场供应的大气泵的极限压力水平不高,一般均在103Pa左右。究其原因,主要是大气泵与水环泵之抽速配比过大,我们从控制抽速配比着手,使大气泵的极限压力达到(3~4)×102Pa。虽然大气泵与水环泵的组合可将压力降低一个数量级,但抽速只有水环泵的(50~60)%,所以单独使用的很少,往往再配上一个罗茨泵。

3.2、罗茨液环(大气)泵机组

由于大气泵虽提高真空度,但存在一个低抽速段,因此为提高这个真空范围的抽速,过去曾在前面加一ZJ型罗茨泵(不带溢流阀)。但这种配置必然导致罗茨泵在超过允许工作压力后停止运转,(图4曲线2),仍然存在一个低抽速区段。最好的方法是配置一带溢流阀的ZJP型罗茨泵,它的优点是增加了原低抽速区段(图4阴影部分)的抽速,而且机组不必设置预抽管路和真空继电器。如有必要可以再增配一台ZJP型罗茨泵,使极限压力达到0.3Pa~0.5Pa。

3.3、罗茨液环泵机组

罗茨泵可以根据工作范围和抽速大小的要求,选择一台、二台甚至三台罗茨泵按不同配比串联起来与液环泵组成机组。使用在各种不同场合。为了保证工作安全可靠和能与液环泵几乎同时起动,一般均采用带溢流阀罗茨泵,如靠近液环泵的罗茨泵承受的压差较大,可以在罗茨泵出口设置冷却器或选用气冷式罗茨泵。

4、防污染真空抽气系统(闭式环液循环真空系统)

在医药、化工、农药等行业的生产过程中,大都会排放出一些有毒、有异味、有腐蚀性的气体和蒸汽,不但对操作人员的身体造成一定的危害,更重要的是严重污染环境,处理这些排放的有害气体、蒸汽和液体,需要庞大的设备和大量的资金,造成严重的浪费和生产成本的增加。针对这种情况我们推出一种闭式环液循环真空抽气系统,又称防污染真空抽气系统,此系统可以使用工艺流程中所采用的任何液体和工艺流程中产生的任何气态凝结液作为环液,并可对蒸汽溶液进行回收,冷却水没被污染不必再进行处理,所以该系统所附加的费用可以很快从经济效益中收回,并可将有害气体(蒸汽)和液体对环境的污染降到最低。

4.1、高沸点闭式环液循环系统

系统设置了环液冷却器,它使液环泵保证有一个良好的抽气性能,主要适用于不以回收为主要目标的场合,此处循环使用的是高沸点环液。

4.2、低沸点闭式环液循环系统

对低沸点环液而言,仅设置环液冷却器是远远不够的,因为低沸点环液的挥发物会从排气口排出而污染环境。环液的沸点愈低,挥发物愈多,因此必须增设一个排气冷却器,它不但可大大减少有害气体的排放,还可将气体冷凝回收。

溶液蒸汽的回收率决定于排气冷凝器的工作温度,这个冷凝器的温度也影响到有害气体的排放,并可使排放后的处理费用降至最低。冷凝器的温度应视环液的性质而定,一般而言,对高沸点液体可取饱和蒸汽压为(1~1.3)×103Pa时的温度,对低沸点液体则可取饱和蒸汽压为(2~2.6)×103Pa时的温度。例如丙酮可取(-15~-17)℃,甲醇可取(-5~-7)℃,而甲苯则宜取(8~10)℃。配备了有效的环液和气体冷却系统可使排放气体损失减少(40~70)%。

4.3 、系统的运行

只要在产品的加工过程中使用液体或溶液,而且需在中间产品或最终产品生成之前再除去这些液体,那就可以使用闭式环液循环真空抽气系统。为了确保产品处理的顺利进行,系统必须在低于产品本身的温度下运行,其真空度也处于辅助液体能按其沸腾特性进行蒸发和抽出的范围内。如上述系统真空度还不够,可以再加一级带溢流阀罗茨泵,此时系统极限压力可达到0.3Pa~0.5Pa。
系统运行符合环保要求,有害气体的排放可降到最低限度,冷却水完全没有被污染,可以直接排放,不必再进行处理。

5、结束语

防污染真空抽气系统是一种非常实用的真空系统,适应各行业各部门对真空度的不同要求。它可以把对环境的污染降到最低,冷却水无公害排放,使排放后处理费用降到最低,并实现溶液蒸汽最大程度的回收,经济效益十分明显。

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