為化工與制藥工藝應(yīng)用選擇合適的真空技術(shù)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(shí)間。其次，它不能對(duì)工藝氣體敏感，在用于 CIP（在位清洗）清洗和氣體回收時(shí)必須滿足所有要求。此外，在確定要使用哪種真空技術(shù)時(shí)，穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)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(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(rùn)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(yīng)用。它們屬于旋轉(zhuǎn)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(dāng)工作液。葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，會(huì)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(huì)增大，從而經(jīng)進(jìn)氣口吸入介質(zhì)。當(dāng)葉輪繼續(xù)旋轉(zhuǎn)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(xù)流系統(tǒng)運(yùn)行，也可作為部分或全循環(huán)系統(tǒng)運(yùn)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(jiān)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(yùn)行幾乎是等溫的。這意味著工藝氣體不會(huì)明顯升溫，真空泵在相對(duì)較低的溫度下運(yùn)行。這將顯著降低不必要的反應(yīng)或爆炸的風(fēng)險(xiǎn)。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(jí)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(yīng)用中，還經(jīng)常使用乙二醇、礦物油或有機(jī)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(hào)、材料和軸封的液環(huán)真空泵。
液環(huán)真空泵的優(yōu)點(diǎn)：
對(duì)進(jìn)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(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(duì)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(yīng)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(jì) 90 年代，普旭（Busch）推出了首臺(tái)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(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(zhuǎn)子沿著相反方向旋轉(zhuǎn)（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(zhuǎn)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(yùn)轉(zhuǎn)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(gè)泵體內(nèi)溫度均勻，從而保證整個(gè)加工過(guò)程中的熱穩(wěn)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(zhǎng)度被壓縮。其優(yōu)勢(shì)是確保整個(gè)壓縮腔室內(nèi)的溫度相同，從而輕松執(zhí)行監(jiān)測(cè)和控制。在舊版的螺桿真空泵中，整個(gè)螺桿長(zhǎng)度內(nèi)的螺桿間距均相同。這導(dǎo)致在螺桿的最后半圈旋轉(zhuǎn)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(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(guò)真空泵傳輸后不會(huì)造成污染或引起與工作液的反應(yīng)。鑄鐵是適合與泵送介質(zhì)接觸的所有零件的標(biāo)準(zhǔn)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(jié)束時(shí)，我們建議使用合適的清潔液沖洗真空泵，再用氮?dú)馇逑矗苊飧g及靜止時(shí)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(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(yīng)
高真空度
高效節(jié)能
由于材料選擇和溫度調(diào)控，可設(shè)計(jì)用于幾乎所有工藝氣體
干式螺桿真空泵的缺點(diǎn)：
對(duì)進(jìn)入系統(tǒng)的顆粒敏感
不能與高溫下易發(fā)生反應(yīng)的工藝氣體一起使用
一次油潤(rùn)滑旋片真空泵
油潤(rùn)滑旋片真空泵已在很多領(lǐng)域成功運(yùn)用多年。今天，它們是業(yè)內(nèi)使用最廣泛的機(jī)械真空泵之一。上世紀(jì) 60 年代，普旭（Busch）還開(kāi)發(fā)出一次油潤(rùn)滑雙級(jí)旋片真空泵——Huckepack，它專門為化工與制藥加工技術(shù)而設(shè)計(jì)。普旭（Busch）持續(xù)研發(fā)此真空泵，憑借其堅(jiān)固耐用的出色性能，在加工技術(shù)領(lǐng)域廣受認(rèn)可。
圖5： Huckepack 一次油潤(rùn)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(shì)：
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(duì)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(xiàn)更低的極限壓力。
這些真空泵采用油潤(rùn)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(rùn)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(zhuǎn)正排量泵。葉片置于轉(zhuǎn)子槽中，轉(zhuǎn)子在圓柱形外殼中偏心旋轉(zhuǎn)。由于轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)運(yùn)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(nèi)。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(rùn)滑旋片真空泵工作原理
由于潤(rùn)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(rùn)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(rùn)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(yǎng)
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(dǎo)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(jié)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(yīng)用。因此，務(wù)必咨詢真空專家，考慮加工過(guò)程中的所有重要參數(shù)，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(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)。
