喷射真空泵在化工行业的应用

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摘要:水喷射真空泵的设备组成见其结构简图,其工作原理是:循环水箱中的水经循环水泵做功后产生一定的压力、流速,具有一定压力、流速的水进入水喷射器的集水室,经孔板上的多个拉瓦尔喷嘴喷射,形成的高速射流使喷射器的混合室产生真空

目前真空技术越来越广泛的应用在石油、化工、制药、等行业的减压蒸发、结晶、蒸馏、升华、干燥、负压浓缩、脱水、化学反应吸收及真空输送物料等工艺,各种加工过程应用真空技术后可以节能降耗、加快反应速度、提高产品质量、增加经济效益也逐步形成共识,但真空技术是一门边缘科学,我国的真空行业是在解放后消化吸收前苏联、美国、日本、德国产品的基础上发展起来的,虽然近几年我国的真空设备制造厂的数量如雨后春笋般壮大起来,但不少厂家对于其生产的真空泵在不同工艺如何应用选型却并不清楚(更谈不上根据用户提供的工艺参数进行新产品设计),这给广大用户的选型带来很大的不便。

一、 关于真空泵的几个概念

在化工生产的加工过程中如何应用好真空泵,需要先明确以下几个概念:

1、“真空”的概念:“真空”是指在给定空间内低于一个大气压力的气体状态,也就是该空间内气体分子密度低于该地区大气压的气体分子密度。完全没有气体的空间状态称为绝对真空。

2、真空泵:是用以产生、改善和维持真空的装置。

3、抽气量:真空泵在工作压强下单位时间内抽吸气体的流量。单位:kg/h或m3/h;

4、极限压强(真空度):在抽汽量为零的情况下真空泵所能达到的绝对压强。单位:Pa、KPa、MPa或mmhg(极限绝压减当地大气压为极限真空度);

5、工作压强(真空度):喷射泵在额定抽气量时的绝对压强。单位:Pa、KPa、MPa或mmhg(工作绝压减当地大气压为工作真空度);

6、工作蒸汽压力:蒸汽喷射真空泵的工作蒸汽压力。单位:MPa或kgf/cm2;

7、工作蒸汽耗量:蒸汽喷射真空泵单位时间蒸汽耗量。单位:kg/h;

8、冷却水温:水喷射泵循环水温度或蒸汽喷射真空泵的冷凝器循环水温度。单位:OC;

9、冷却水循环量:单位时间通过水喷射器或蒸汽喷射泵冷凝器的循环水流量。单位:kg/h;

二、 化工行业常见的的几种真空泵及其优缺点

1、化工行业经常使用的几种真空泵——化工行业上常见的真空泵可以简单的分为变容积式真空泵和喷射真空泵,变容积式真空泵是利用泵腔容积的周期变化来完成吸气和排气的装置,往复真空泵、旋片式真空泵、滑阀真空泵、水环式真空泵、罗茨真空泵就是属于变容积式真空泵。喷射真空泵是利用文丘里效应的压力降产生的高速射流把气体输送到出口的一种动量传输泵,水喷射真空泵、蒸汽喷射真空泵、汽水串联喷射真空泵、汽水组合喷射真空泵同属于喷射真空泵。

2、变容积式真空泵的工作原理和优缺点

(1)、往复真空泵、旋片式真空泵、滑阀真空泵、罗茨真空泵是靠活塞往复运动或旋转将气体吸入、压缩并排出。它们的优点是新投入使用的泵真空度相对比较高,但是活塞是运转部件,因此活塞的磨损是避免不了的,随着检修次数的增加工作真空度将不断下降,直至满足不了生产的要求。此类泵工作噪音大,耗油量大,故障率高也是其致命的缺点,一般都需要开一台备用一台,这无形中增加了设备投资与运行费用。另外如果用此类泵抽吸水蒸汽等可凝性气体,将使润滑油乳化,因此只能应用在抽吸不凝性(空气类)气体,也不能抽吸带有颗粒状的介质,这也就限制了其适用范围。

(2)、水环式真空泵是靠装在泵壳内的带有多叶片的偏心转子旋转,把水抛向泵壳形成与泵壳同心的水环,水环与转子叶片形成了容积周期变化从而将气体吸入、压缩并排出。它的优点是低真空时抽气量大、可以直接抽吸水蒸汽等可凝性气体。它的缺点是真空度低;不能抽吸带有颗粒状的介质;转子高速旋转不易做防腐处理,因此不能抽吸具有腐蚀性的介质。

3、喷射真空泵的工作原理和优缺点

喷射真空泵是利用文丘里效应的压力降产生的高速射流把气体输送到出口的一种动量传输泵。它分为水喷射真空泵、蒸汽喷射真空泵、汽水串联喷射真空泵、汽水组合喷射真空泵。喷射真空泵以其真空度范围广,可以直接抽吸水蒸汽等可凝性气体和带有颗粒状的介质,结构简单,操作方便,无运转部件维修量小,节能降耗等优点越来越广泛的应用在化工操作的各工艺中,下面分别介绍各种喷射真空泵的工作原理。

(1)、水喷射真空泵的工作原理及结构简图

水喷射真空泵的设备组成见其结构简图,其工作原理是:循环水箱中的水经循环水泵做功后产生一定的压力、流速,具有一定压力、流速的水进入水喷射器的集水室,经孔板上的多个拉瓦尔喷嘴喷射,形成的高速射流使喷射器的混合室产生真空,被抽介质在真空作用下进入喷射器混合室,在混合室中与高速水流充分混合和经文丘里管降速、增压后排出到循环水箱中,不凝性气体析出,可凝性汽体从水箱溢流口溢出,如此反复做功。它的优点是低位整机型式,比水环式真空泵的真空度高,代替W式往复真空泵可以取消前置冷凝器,节省一次性设备投资和运行费用。

(2)、汽水串联喷射真空泵的工作原理及结构简图

在水喷射真空泵的喷射器前面串联一级或多级蒸汽喷射真空泵即汽水串联喷射真空泵,其结构见汽水串联喷射真空泵。其工作原理是:一定压力的饱和或过热蒸气通过拉瓦尔喷嘴减压增速后进入蒸汽喷射器的混合室,使混合室产生真空,被抽介质被抽吸进混合室与工作蒸汽混合,混合后的流体通过扩散管,速度下降,压力升高,直至达到下一级吸入口压力后排入下一级蒸汽喷射泵或水喷射泵。它是低位整机型式,真空度相对较高,可以取代水环—罗茨机组、旋片—罗茨机组直接抽吸可凝性汽体,但它在高真空的抽不凝性气体量有限。

(3)、新型高效蒸汽喷射真空泵的工作原理及工艺流程图

新型高效蒸汽喷射真空泵是由一级或多级蒸汽喷射泵与高效冷凝器组成的,一定压力的饱和或过热蒸气通过拉瓦尔喷嘴减压增速后进入蒸汽喷射器的混合室,使混合室产生真空,被抽介质被抽吸进混合室与工作蒸汽混合,混合后的流体通过扩散管,速度下降,压力升高,直至达到下一级吸入口压力后排入下一级蒸汽喷射器。冷凝器前面的蒸汽喷射器排出的混合流体进入高效冷凝器后,可凝性汽体被冷却成液体与不凝性气体一起随冷却水排出冷凝器外(见新型高效蒸汽喷射真空泵工艺流程图)。它可以实现任意高度安装,适合于抽吸的介质中不凝性气体量相对较小,

大部分为可凝性汽体的工艺,代替传统的多级蒸汽喷射真空泵可以节约工作蒸汽60%以上。

(4)、汽水组合喷射真空泵的工作原理及工艺流程图

它是在传统的蒸汽喷射泵的第一级冷凝器后面串联一级汽水串联喷射真空泵而组成的,其工作原理见汽水组合喷射真空泵的工艺流程图。它克服了蒸汽喷射真空泵和水喷射真空泵各自的缺点,发挥了它们的优点,既可以达到较高的工作真空度,又可以有较大的抽气量,比传统的多级蒸汽喷射真空泵节约工作蒸汽50%以上,节约冷却水30%以上,无需配备启动泵,抽空塔时间短。

(5)、多级蒸汽喷射真空泵的优点是结构简单、使用方便、工作稳定可靠,缺点是蒸汽耗量大(运行费用高),必须安装在11米高度以上,检修不便。

三、 结合工艺选用合理的真空泵

在化工生产过程中,可根据具体工艺所要求的工作压强高低和抽吸气体的性质合理选择真空泵,一般先确定具体工艺所要求的工作压强,负压蒸馏、精馏、升华等工艺要求的真空度高(工作压强低),负压蒸发、干燥、浓缩、结晶、脱水、脱色、化学反应吸收及真空输送物料等工艺要求的真空度低(工作压强高)。工作压强确定后,可根据抽气量大小和抽吸气体的性质合理选择真空泵。

1、根据几种真空泵所能达到的工作压强列出各种真空泵的适用范围。

2、抽吸不同气体选择不同喷射真空泵

(1)、水喷射真空泵泵适用于工作压强大于25mmhg(3.3KPa),抽吸各种气体的场合,尤其在抽吸可凝性汽体(即凝结于水或遇冷凝结的气体)、带有粉尘、颗粒状介质时其优点更为突出。当工作压强要求相对较小,抽不凝性气体量较大时,应选择蒸汽喷射泵和汽水串联、汽水组合喷射真空泵。

(2)、汽水串联喷射真空泵工作压强可达到2mmhg(267Pa),但其比新型高效蒸汽喷射真空泵、汽水组合喷射真空泵、多级蒸汽喷射真空泵抽气量小,适合于中小企业间歇式生产。

(3)、新型高效蒸汽喷射真空泵的工作压强可达到0.5mmhg(65Pa),适合于抽吸的气体中大部分为可凝性汽体,不凝性气体量占有的比例相对较小的工艺。

(4)、汽水组合喷射真空泵和多级蒸汽喷射真空泵的工作压强可达到10Pa以内,可以抽吸各种气体,它们的区别在于汽水组合喷射真空泵比多级蒸汽喷射真空泵节约工作蒸汽耗量,节省运行费用。

四、 结论

随着商品经济的不断发展和能源问题的不断突出,各企业节能降耗、提高生产效率、提升产品质量越来越成为增加核心竞争力的重要手段,在各种加工过程中选择合适的喷射真空泵,降低运行成本,将是企业增加核心竞争力的有力措施,希望本文对企业合理选用真空泵起到一定的参考作用。

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