噴射真空泵在化工行業(yè)的應用

摘要：目前真空技術(shù)越來越廣泛的應用在石油、化工、制藥等行業(yè)的減壓蒸發(fā)、結(jié)晶、蒸餾、升華、干燥、負壓濃縮、脫水、化學反應吸收及真空輸送物料等工藝，各種加工過程在應用真空技術(shù)后可以節(jié)能降耗、加快反應速度、提高產(chǎn)品質(zhì)量、增加經(jīng)濟效益等優(yōu)點也逐步形成共識，但真空技術(shù)是一門邊緣科學，我國的真空行業(yè)是在解放后消化吸收前蘇聯(lián)、美國、日本、德國產(chǎn)品的基礎(chǔ)發(fā)展起來的，雖然近幾年我國的真空設(shè)備制造廠的數(shù)量如雨后春筍般壯大起來，但不少廠家對于其生產(chǎn)的真空泵在不同工藝如何應用選型卻并不清楚（更談不上根據(jù)用戶提供的工藝參數(shù)進行新產(chǎn)品設(shè)計），這給廣大用戶的選型帶來很大的不便，本文將根據(jù)我公司40多年的生產(chǎn)、研制和配套經(jīng)驗，闡述在化工行業(yè)幾個典型工藝如何合理選用噴射真空泵的問題。

一、關(guān)于真空泵的幾個概念
    在化工生產(chǎn)的加工過程中如何應用好真空泵，需要先明確以下幾個概念：
    1、“真空”的概念：“真空”是指在給定空間內(nèi)低于一個大氣壓力的氣體狀態(tài)，也就是該空間內(nèi)氣體分子密度低于該地區(qū)大氣壓的氣體分子密度。完全沒有氣體的空間狀態(tài)成為絕對真空。
    2、真空泵：是用以產(chǎn)生、改善和維持真空的裝置。
    3、抽氣量：真空泵在工作壓強下單位時間內(nèi)抽吸氣體的流量。單位：kg/h或m3/h
    4、極限壓強（真空度）：在抽氣量為零的狀況下真空泵所能達到的絕對壓強。單位：Pa、KPa、MPa或mmHg（極限絕壓減當?shù)卮髿鈮簽闃O限真空度）
    5、工作壓強（真空度）：噴射泵在額定抽氣量時的絕對壓強。單位：Pa、KPa、MPa或mmHg（工作絕壓減當?shù)卮髿鈮簽楣ぷ髡婵斩龋?BR>    6、工作蒸汽壓力：蒸汽噴射真空泵的工作蒸汽壓力。單位：MPa或kgf/cm2
    7、工作蒸汽耗量：蒸汽噴射真空泵單位時間蒸汽耗量。單位：kg/h
    8、冷卻水溫：水噴射泵循環(huán)水溫度或蒸汽噴射泵的冷凝器循環(huán)水溫度。單位：oC
    9、冷卻水循環(huán)量：單位時間通過水噴射器或蒸汽噴射泵冷凝器的循環(huán)水量。單位：kg/h
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二、化工行業(yè)常見的幾種真空泵及其優(yōu)缺點
    1、化工行業(yè)經(jīng)常使用的幾種真空泵：化工行業(yè)上常見的真空泵可以簡單的氛圍變?nèi)莘e式真空泵和噴射真空泵，變?nèi)莘e式真空泵是利用泵腔溶劑的周期變化來完成吸氣和排氣的裝置，往復真空泵、旋片真空泵、滑閥真空泵、水環(huán)真空泵、羅茨真空泵就是屬于變?nèi)莘e式真空泵。噴射真空泵是利用文丘里效應的壓力降產(chǎn)生的告訴射流把氣體輸送到出口的一種動量傳輸泵，水噴射真空泵、蒸汽噴射真空泵、氣水串聯(lián)噴射真空泵、汽水組合噴射真空泵同屬于噴射真空泵。
    2、變?nèi)莘e式真空泵的工作原理和優(yōu)缺點
    （1）、往復真空泵、旋片真空泵、滑閥真空泵、羅茨真空泵是靠活塞往復運動或旋轉(zhuǎn)將氣體吸入、壓縮并排出。它們的優(yōu)點是新投入使用的泵真空度相對比較高，但是活塞是運轉(zhuǎn)部件，因此活塞的磨損是避免不了的，隨著檢修次數(shù)的增加工作真空度將不斷下降，直至滿足不了生產(chǎn)的要求。此類泵的工作噪音大，耗油量大，故障率高也是其致命的缺點，一般都需要開一臺備用一臺，這無形中增加了設(shè)備投資與運行費用。另外如果用此類泵抽吸水蒸汽等可凝性氣體，將使?jié)櫥腿榛?，因此只能應用在抽吸不凝性（空氣類）氣體，也不能抽吸帶有顆粒狀的介質(zhì)，這也就限制了其使用范圍。
    （2）、水環(huán)真空泵是靠裝在泵殼內(nèi)的帶有多葉片的偏心轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，把水拋向泵殼形成與泵殼同心的水環(huán)，水環(huán)與轉(zhuǎn)子葉片形成了容易周期變化從而將氣體吸入、壓縮并排出。它的優(yōu)點是低真空時抽氣量大、可以直接抽吸水蒸汽等可凝性氣體。它的缺點是真空度低，不能抽吸帶有顆粒狀的介質(zhì)。
    3、噴射真空泵的工作原理和優(yōu)缺點
    噴射真空泵是利用文丘里效應的壓力降產(chǎn)生的高速射流把氣體輸送到出口的一種動量傳輸泵。它分為水噴射真空泵、蒸汽噴射真空泵、汽水串聯(lián)噴射真空泵、汽水組合噴射真空泵。噴射真空泵以其真空度范圍廣，可以直接抽吸水蒸汽等可凝性氣體和帶有顆粒狀的介質(zhì)，結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，五運轉(zhuǎn)部件維修量小，節(jié)能降耗等優(yōu)點越來越廣泛地應用在化工操作的各工藝中，下面分別介紹各種噴射真空泵的工作原理。
    （1）、水噴射真空泵的工作原理及結(jié)構(gòu)
    水噴射真空泵的設(shè)備組成見其結(jié)構(gòu)，其工作原理是：循環(huán)水箱中的水經(jīng)循環(huán)水泵做功后產(chǎn)生一定的壓力、流速，具有一定壓力、流速的水進入水噴射器的集水室，經(jīng)孔板上的多個拉瓦爾噴嘴噴射，形成的高速射流使噴射器的混合室產(chǎn)生真空，被抽介質(zhì)在真空作用下進入噴射器混合室，在混合室中與高速水流充分混合和經(jīng)文丘里管降速、增壓后排出到循環(huán)水箱中，不凝性氣體析出，可凝性氣體從水箱溢流口溢出，如此反復做功。它的有點事低位整機形式，比水環(huán)真空泵的真空度高，代替W式往復真空泵可以取消前置冷凝器，節(jié)省一次性設(shè)備投資和運行費用。
 

（2）、汽水串聯(lián)噴射真空泵的工作原理及結(jié)構(gòu)

    在水噴射真空泵的噴射器前面串聯(lián)一級或多級蒸汽噴射真空泵即汽水串聯(lián)噴射真空泵，其結(jié)構(gòu)見汽水串聯(lián)噴射真空泵。其工作原理是：一定壓力的飽和活過熱蒸汽通過拉瓦爾噴嘴減壓增速后進入蒸汽噴射器的混合室，是混合室產(chǎn)生真空，被抽介質(zhì)被抽吸進混合室與工作蒸汽混合，混合后的流體通過擴散管，速度下降，壓力升高，直至達到下一級吸入口壓力后排入下一級蒸汽噴射泵或水噴射泵。它是低位整機形式，真控度相對較高，可以取代水環(huán)羅茨機組、旋片羅茨機組直接抽吸可凝性氣體，但它再高真空的抽不凝性氣體量有限。

     （3）、新型高效蒸汽噴射真空泵的工作原理及工藝流程
    新型高效蒸汽噴射真空泵是由一級或多級蒸汽噴射泵與高效冷凝器組成的，一定壓力的飽和或過熱蒸汽通過拉瓦爾噴嘴減壓增速后進入蒸汽噴射器的混合室，使混合室產(chǎn)生真空，被抽介質(zhì)被抽吸進混合室與工作蒸汽混合，混合后的流體通過擴散管，速度下降，壓力升高，直至達到下一級吸入口壓力后排入下一級蒸汽噴射器。冷凝器前面的蒸汽噴射器排出的混合流體進入高效冷凝器后，可凝性氣體被冷卻成液體與不凝性氣體一起隨冷卻水排出冷凝器外（見新型高效蒸汽噴射真空泵工藝流程圖）。它可以實現(xiàn)任意高度安裝，適合于抽吸的介質(zhì)中不凝性氣體量相對較小，大部分為可凝性氣體的工藝，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的多級蒸汽噴射真空泵可以節(jié)約工作蒸汽60%以上。

（4）、汽水組合噴射真空泵的工作原理及工藝流程
    它是在傳統(tǒng)的蒸汽噴射泵的第一級冷凝器后面串聯(lián)一級汽水串聯(lián)噴射真空泵而組成的，其工作原理見汽水組合噴射真空泵的工藝流程圖。它克服了蒸汽噴射式真空泵和水噴射真空泵各自的缺點，發(fā)揮了它們的優(yōu)點，既可以達到較高的工作真空度，又可以有較大的抽氣量，比傳統(tǒng)的多級蒸汽噴射真空泵節(jié)約工作蒸汽50%以上，節(jié)約冷卻水30%以上，無需配備啟動泵，抽空塔時間短。

   （5）、多級蒸汽噴射真空泵的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、工作穩(wěn)定可靠，缺點是蒸汽耗量大（運行費用高），必須安裝在11米高度以上，檢修不便。
 三、結(jié)合工藝選用合理的真空泵
    在化工生產(chǎn)過程中，可根據(jù)具體工藝所要求的工作壓強高低和抽吸氣體的性質(zhì)合理選擇真空泵，一般先確定具體工藝所要求的工作壓強，負壓蒸餾、精餾、升華等工藝要求的真空度高（工作壓強低），負壓蒸發(fā)、干燥、濃縮、結(jié)晶、脫水、脫色、化學反應吸收及真空輸送物料等工藝要求的真空度低（工作壓強高）。工作壓強確定后，可根據(jù)抽氣量大小和抽吸氣體的性質(zhì)合理選擇真空泵。
    1、根據(jù)幾種真空泵所能達到的工作壓強列出各種真空泵的實用范圍。
    2、抽吸不同氣體選擇不同噴射真空泵
    （1）、水噴射真空泵適用于工作壓強大于25mmHg（3.3KPa），抽吸各種氣體的場合，尤其在抽吸可凝性氣體（即凝結(jié)于水或遇冷凝結(jié)的氣體）、帶有粉塵、顆粒狀介質(zhì)時其優(yōu)點更為突出。當工作壓強要求相對較小，抽不凝性氣體量較大時，應選擇蒸汽噴射泵和汽水串聯(lián)、汽水組合噴射真空泵。
    （2）、汽水串聯(lián)噴射真空泵工作壓強可達到2mmHg（267Pa），但其比新型高效蒸汽噴射真空泵、汽水組合噴射真空泵、多級蒸汽噴射真空泵抽氣量小，適合于中小企業(yè)間歇式生產(chǎn)。
    （3）、新型高效蒸汽噴射真空泵的工作壓強可達到0.5mmHg（65Pa），適合于抽吸的氣體中大部分為可凝性氣體，不凝性氣體量占有的比例相對較小的工藝。

（4）、汽水組合噴射真空泵和多級蒸汽噴射真空泵的工作壓強可達到10Pa以內(nèi)，可以抽吸各種氣體，它們的區(qū)別在于汽水組合噴射真空泵比多級蒸汽噴射真空泵節(jié)約工作蒸汽耗量，節(jié)省運行費用。
四、幾個典型工藝的部分應用廠家（略）
五、結(jié)論
    隨著商品經(jīng)濟的不斷發(fā)展和能源問題的不斷突出，各企業(yè)節(jié)能降耗、提高生產(chǎn)效率、提升產(chǎn)品質(zhì)量越來越成為增加核心競爭力的重要手段，在各種加工過程中選擇合適的噴射真空泵，降低運行成本，將是企業(yè)增加核心競爭力的有力措施，希望本文對企業(yè)合理選用真空泵起到一定的參考作用。
六、參考文獻
1、楊乃恒等.真空獲得設(shè)備.第一版.北京：冶金工業(yè)出版社，1998
2、機械工程手冊.第一版.北京：機械工業(yè)出版社，1982
3、達道安等.真空設(shè)計手冊.第一版.蘭州：國際工業(yè)出版社，1991
4、基礎(chǔ)化學工程.第一版.上海：上海學術(shù)出版社，1978
5、宋義等.低位整機汽水組合噴射真空泵開發(fā)研究與應用.真空科學技術(shù)，1999第19  
     卷：12~13
6、宋義.適用于油脂行業(yè)的新型高效射流真空泵.中國油脂，第23卷：62~63
7、宋賀生等.低溫、低位整體式真空除氧裝置的研究與應用.真空，1996.6

七、作者簡介

宋賀生：高級工程師，具有30年真空行業(yè)從業(yè)經(jīng)驗，曾為國內(nèi)外多家企業(yè)量身設(shè)計訂做真空泵，為真空行業(yè)做出巨大貢獻。