為化工與制藥工藝應用選擇合適的真空技術(shù)往往并非易事。首先，真空系統必須在工作壓力下提供所需泵速，確保所需抽真空時(shí)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(shí)必須滿(mǎn)足所有要求。此外，在確定要使用哪種真空技術(shù)時(shí)，穩定性和經(jīng)濟效率也起著(zhù)重要作用。 在本文中，我們將講述化工與制藥加工技術(shù)中最常用的三種真空技術(shù)。 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(shí)，會(huì )在密封各葉片空間的外殼內形成液環(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(huì )增大，從而經(jīng)進(jìn)氣口吸入介質(zhì)。當葉輪繼續旋轉時(shí)，空間體積減少，氣體介質(zhì)被壓縮，然后通過(guò)排氣口被再次排出。液環(huán)真空泵既可作為單一的連續流系統運行，也可作為部分或全循環(huán)系統運行。
多年來(lái)，經(jīng)實(shí)踐證明，這些真空泵在化學(xué)工藝中是堅固耐用、質(zhì)量可靠的真空發(fā)生器。壓縮室內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(zhù)工藝氣體不會(huì )明顯升溫，真空泵在相對較低的溫度下運行。這將顯著(zhù)降低不必要的反應或爆炸的風(fēng)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(lái)作為液環(huán)。在實(shí)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(huì )影響真空泵的功耗。
目前市場(chǎng)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(diǎn)：
對進(jìn)入系統的蒸汽或液體不敏感
不同的材料版本使之可以根據不同工藝進(jìn)行量身定制
缺點(diǎn)：
由于工藝氣體冷凝形成的工作液可能會(huì )造成污染，棄置之前須對工作液進(jìn)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(shù)在化工和制藥行業(yè)的應用也非常廣泛。不過(guò)，與液環(huán)技術(shù)相比，此技術(shù)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，主要區別在于螺桿真空泵（圖 3）無(wú)需工作液來(lái)壓縮工藝氣體。"干式"螺桿真空泵的名字由此而來(lái)。
圖3： COBRA NC 螺桿真空泵
在螺桿真空泵中，兩個(gè)爪形轉子沿著(zhù)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(guò)程中，螺桿轉子不會(huì )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： 現代螺桿真空泵的工作原理
螺桿真空泵采用水冷，確保整個(gè)泵體內溫度均勻，從而保證整個(gè)加工過(guò)程中的熱穩定性。
先進(jìn)的螺桿真空泵配有一個(gè)可變間距螺桿，會(huì )使工藝氣體沿整個(gè)螺桿長(cháng)度被壓縮。其優(yōu)勢是確保整個(gè)壓縮腔室內的溫度相同，從而輕松執行監測和控制。在舊版的螺桿真空泵中，整個(gè)螺桿長(cháng)度內的螺桿間距均相同。這導致在螺桿的最后半圈旋轉中壓縮工藝氣體，此時(shí)會(huì )產(chǎn)生過(guò)量熱載荷。因此，使用水冷卻調節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(guò)真空泵傳輸后不會(huì )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(guò)處理或使用特殊涂層處理，幾乎可以耐受所有化學(xué)制品。在加工結束時(shí)，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(shí)形成沉積。
借助不同壓縮系統和各種涂層，普旭（Busch）螺桿真空泵可配置用來(lái)與任何化學(xué)制品配套使用。
干式螺桿真空泵的優(yōu)點(diǎn)：
干式壓縮，無(wú)污染，工藝氣體和工作液之間不會(huì )發(fā)生反應
高真空度
高效節能
由于材料選擇和溫度調控，可設計用于幾乎所有工藝氣體
干式螺桿真空泵的缺點(diǎn)：
對進(jìn)入系統的顆粒敏感
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(lǐng)域成功運用多年。今天，它們是業(yè)內使用最廣泛的機械真空泵之一。上世紀 60 年代，普旭（Busch）還開(kāi)發(fā)出一次油潤滑雙級旋片真空泵——Huckepack，它專(zhuān)門(mén)為化工與制藥加工技術(shù)而設計。普旭（Busch）持續研發(fā)此真空泵，憑借其堅固耐用的出色性能，在加工技術(shù)領(lǐng)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(gè)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(jìn)行初步壓縮，再在隨后的第二階段進(jìn)行二次壓縮， 從而可實(shí)現更低的極限壓力。
這些真空泵采用油潤滑，這意味著(zhù)壓縮室內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調節工作溫度。
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(dòng)產(chǎn)生的離心力，葉片會(huì )滑出槽，與缸壁接觸。這會(huì )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。此過(guò)程發(fā)生在兩個(gè)壓縮階段，在此之前，工藝氣體與工作液一起通過(guò)出口排出，然后再移除。兩個(gè)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，確保耐受多數溶劑
一次油潤滑旋片真空泵的優(yōu)點(diǎn)：
高真空度
極其耐用、可靠
便于保養
非常適合傳送酸蒸汽，以及使用其他真空技術(shù)時(shí)可能導致聚合的單體或產(chǎn)品
缺點(diǎn)： 工作液必須妥善處理或處置
結語(yǔ)
本文討論的所有真空技術(shù)均各有利弊。沒(méi)有任何一個(gè)方案適合所有應用。因此，務(wù)必咨詢(xún)真空專(zhuān)家，考慮加工過(guò)程中的所有重要參數，包括加工條件、工藝氣體、與過(guò)程控制相關(guān)的集成，以及未來(lái)真空產(chǎn)生的能源效率、安全性和穩定性。通常，只要考慮這些因素，就能直接根據要求，量身定制出適合的真空系統。
欲了解更多內容，請訪(fǎng)問(wèn)普旭真空設備國際貿易（上海）有限公司在線(xiàn)商鋪：http://www.qhhveep.com/s-buschchina/
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