1、 前言

符合環(huán)保要求的防污染真空系統(tǒng)是一種閉式環(huán)液循環(huán)真空抽氣系統(tǒng)。它由羅茨泵、大氣噴射泵和液環(huán)泵組成的機組，加上環(huán)液冷卻器、排氣冷凝器、管道和閥門等組成一個完整的系統(tǒng)。它的防污染和回收功能決定于排氣冷凝器的結(jié)構(gòu)和工作溫度，系統(tǒng)的抽氣性能則決定于環(huán)液冷卻器的工作溫度和組成機組的各泵的結(jié)構(gòu)、匹配和運行條件。

2、 液環(huán)泵

液環(huán)真空泵是一種旋轉(zhuǎn)變?nèi)菡婵毡?。其結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、適用性強、使用方便，可以抽吸腐蝕性氣體、含有粉塵的氣體和氣水混合物，所以在醫(yī)藥、農(nóng)藥、石油、化工、電工、食品和輕工等各部門得到了廣泛的應用。

液環(huán)泵通常用水做工作液，故又稱水環(huán)泵。主要用于粗真空、抽氣量大的工藝流程中。近幾年水環(huán)泵發(fā)展較快，抽氣效率有較大提高，尤其是其單級泵的極限壓力已達到了原來雙級泵的水平，即（2～3）×103Pa（工作水溫15℃時）。如需抽吸腐蝕性氣體，則相關(guān)零件需作防腐處理（耐蝕鍍層）或用不銹鋼制作。

液環(huán)泵也可以采用其它液體作泵的環(huán)液，如在電工行業(yè)中可根據(jù)不同的產(chǎn)品選用不同的油（如變壓器油、電纜油、電容器油等），故又稱油環(huán)泵。由于這些油的飽和蒸汽壓相對水而言，要低得多，所以油環(huán)泵的極限壓力可達到（2～5）×102Pa，要比水環(huán)泵低一個數(shù)量級。還有一點必須指出，它的油溫變化在一定范圍內(nèi)（60℃～90℃），對油環(huán)泵的性能影響不大。例如以變壓器油為環(huán)液的某油環(huán)泵的油溫變化對極限壓力的影響如表。

在醫(yī)藥、化工、農(nóng)藥等行業(yè)中，液環(huán)泵的工作液可使用生產(chǎn)工藝流程中產(chǎn)生的任何氣體的凝結(jié)液或與被抽物質(zhì)相溶的液體，如各種醇、酮、醚、鹵代烴、芳香族環(huán)烴、有機硫化物等，這樣液環(huán)泵的環(huán)液對所生產(chǎn)的產(chǎn)品不會產(chǎn)生任何影響，這是它最突出的優(yōu)點。

液環(huán)泵的主要性能是極限壓力、抽速和消耗功率。影響液環(huán)泵性能的因素比較多，僅對環(huán)液來說，就有飽和蒸汽壓、溫度、密度和粘度等諸多因素。

環(huán)液的飽和蒸汽壓的高低直接影響液環(huán)泵的性能，從這個意義上來說，環(huán)液的飽和蒸汽壓愈低愈好，它可以降低極限壓力并提高抽速。我們在常溫下測試了某液環(huán)泵在使用不同環(huán)液時的極限壓力。

環(huán)液溫度的高低對液環(huán)泵性能的影響更是不可忽視。因為所謂環(huán)液溫度的高低直接影響的就是飽和蒸汽壓，再通過飽和蒸汽壓來影響液環(huán)泵的性能。因此在保證泵正常工作的前提下，環(huán)液的溫度越低越好。下面所示的兩組液環(huán)泵的環(huán)液為水和甲苯時在不同環(huán)液溫度下的抽速——入口壓力曲線，（圖2、圖3），就能很明顯的說明，環(huán)液溫度的變化對液環(huán)泵的抽速和極限壓力的影響是多么的大。

為了使液環(huán)泵有一個良好的性能，希望環(huán)液溫度在15℃～20℃之間，必要時應對環(huán)液進行降溫處理。目前國內(nèi)外都把15℃作為規(guī)定的環(huán)液溫度，偏離15℃時液環(huán)泵的性能應按15℃換算。

環(huán)液的密度和粘度對液環(huán)泵的性能也有一定的影響。密度的提高可使泵的抽速提高，但也使消耗功率增加。粘度的提高會降低泵的抽速，并使功率增加。一般環(huán)液粘度都不大，但用油作環(huán)液時，必須注意選用粘度小、飽和蒸汽壓低的油，例如10號變壓器油。

通常液環(huán)泵工作時都吸入一定數(shù)量的氣體，故不會產(chǎn)生較大的噪聲。但當泵吸入的氣體很少，甚至在接近極限壓力下運轉(zhuǎn)時，環(huán)液會在吸入處產(chǎn)生許多氣泡，到接近排出口時，氣泡被壓縮、并在瞬間破裂，產(chǎn)生劇烈的液力撞擊，這個力大到足以破壞泵的葉輪和軸，并產(chǎn)生強烈的噪聲和軸功率的急劇上升，以致?lián)p壞電機，這種現(xiàn)象稱之為汽蝕，應盡量避免產(chǎn)生。為了消除這種現(xiàn)象，可以向液環(huán)泵內(nèi)摻入少量氣體，單級泵可向進口摻氣，雙級泵可從二級中間摻氣。為了防止工作液泄漏，有必要將摻氣閥做成單向逆止閥。

3、以液環(huán)泵為前級泵的機組

以液環(huán)泵為前級泵可以與大氣噴射泵、羅茨泵配成各種真空機組，這些機組的真空度除決定于泵的配置外，液環(huán)泵的工作液也有很大影響，它們的工作范圍從10-1Pa～105Pa。凡是配置有大氣噴射泵的機組，由于已向液環(huán)泵內(nèi)充入了氣體，所以不會再發(fā)生汽蝕。其它機組應盡量避免在極限壓力下工作，否則液環(huán)泵會發(fā)生汽蝕，必要時可摻入少量氣體。

3.1、液環(huán)（大氣）泵機組

大氣噴射泵（以下簡稱大氣泵）是氣體噴射泵的一種，它不能單獨工作，必須與水環(huán)泵組合才能達到提高真空度，擴展工作范圍的目的。有人聲稱大氣泵不需動力，這是不客觀的錯誤的觀點，其實只是它的動力來自水環(huán)泵，只有水環(huán)泵運轉(zhuǎn)產(chǎn)生真空之后，大氣泵的工作氣體才能籍著壓差進入噴嘴，并在噴嘴出口處造成超音速氣流，在動能急劇增加的同時壓力下降，從而在混合室造成真空，將被抽氣體吸入。因此大氣泵是以損失水環(huán)泵的抽氣能力為代價的，不了解這一點就不能正確認識大氣泵。

大氣泵的極限壓力與大氣泵和水環(huán)泵的抽速配比有關(guān)，兩者抽速比一般為0.5～0.6，最大不超過0.65，它與大氣泵的結(jié)構(gòu)設(shè)計有關(guān)。試驗表明，大氣泵的結(jié)構(gòu)決定之后，抽速比有一個臨界點，超過臨界點，大氣泵的極限壓力就會升高并產(chǎn)生波動，進入不穩(wěn)定工作狀態(tài)。隨著抽速比的繼續(xù)增加，極限壓力的波動會越來越大，直至大氣泵失效。此外，大氣泵與水環(huán)泵匹配時還應考慮水溫對水環(huán)泵抽速的影響，夏日水溫升高導致水環(huán)泵抽速下降，從而使上述抽速比增加，有可能引起大氣泵進入不穩(wěn)定工作狀態(tài)。有必要指出，大氣泵的噴嘴口徑不能過小，否則容易造成噴嘴堵塞。例如SK-1.5泵所配大氣泵的口徑只有1.8mm左右，用戶使用中經(jīng)常出現(xiàn)堵塞，導致大氣泵失去作用。

目前市場供應的大氣泵的極限壓力水平不高，一般均在103Pa左右。究其原因，主要是大氣泵與水環(huán)泵之抽速配比過大，我們從控制抽速配比著手，使大氣泵的極限壓力達到（3～4）×102Pa。雖然大氣泵與水環(huán)泵的組合可將壓力降低一個數(shù)量級，但抽速只有水環(huán)泵的（50～60）%，所以單獨使用的很少，往往再配上一個羅茨泵。

3.2、羅茨液環(huán)（大氣）泵機組

由于大氣泵雖提高真空度，但存在一個低抽速段，因此為提高這個真空范圍的抽速，過去曾在前面加一ZJ型羅茨泵（不帶溢流閥）。但這種配置必然導致羅茨泵在超過允許工作壓力后停止運轉(zhuǎn)，（圖4曲線2），仍然存在一個低抽速區(qū)段。最好的方法是配置一帶溢流閥的ZJP型羅茨泵，它的優(yōu)點是增加了原低抽速區(qū)段（圖4陰影部分）的抽速，而且機組不必設(shè)置預抽管路和真空繼電器。如有必要可以再增配一臺ZJP型羅茨泵，使極限壓力達到0.3Pa～0.5Pa。

3.3、羅茨液環(huán)泵機組

羅茨泵可以根據(jù)工作范圍和抽速大小的要求，選擇一臺、二臺甚至三臺羅茨泵按不同配比串聯(lián)起來與液環(huán)泵組成機組。使用在各種不同場合。為了保證工作安全可靠和能與液環(huán)泵幾乎同時起動，一般均采用帶溢流閥羅茨泵，如靠近液環(huán)泵的羅茨泵承受的壓差較大，可以在羅茨泵出口設(shè)置冷卻器或選用氣冷式羅茨泵。

4、防污染真空抽氣系統(tǒng)（閉式環(huán)液循環(huán)真空系統(tǒng)）

在醫(yī)藥、化工、農(nóng)藥等行業(yè)的生產(chǎn)過程中，大都會排放出一些有毒、有異味、有腐蝕性的氣體和蒸汽，不但對操作人員的身體造成一定的危害，更重要的是嚴重污染環(huán)境，處理這些排放的有害氣體、蒸汽和液體，需要龐大的設(shè)備和大量的資金，造成嚴重的浪費和生產(chǎn)成本的增加。針對這種情況我們推出一種閉式環(huán)液循環(huán)真空抽氣系統(tǒng)，又稱防污染真空抽氣系統(tǒng)，此系統(tǒng)可以使用工藝流程中所采用的任何液體和工藝流程中產(chǎn)生的任何氣態(tài)凝結(jié)液作為環(huán)液，并可對蒸汽溶液進行回收，冷卻水沒被污染不必再進行處理，所以該系統(tǒng)所附加的費用可以很快從經(jīng)濟效益中收回，并可將有害氣體（蒸汽）和液體對環(huán)境的污染降到最低。

4.1、高沸點閉式環(huán)液循環(huán)系統(tǒng)

系統(tǒng)設(shè)置了環(huán)液冷卻器，它使液環(huán)泵保證有一個良好的抽氣性能，主要適用于不以回收為主要目標的場合，此處循環(huán)使用的是高沸點環(huán)液。

4.2、低沸點閉式環(huán)液循環(huán)系統(tǒng)

對低沸點環(huán)液而言，僅設(shè)置環(huán)液冷卻器是遠遠不夠的，因為低沸點環(huán)液的揮發(fā)物會從排氣口排出而污染環(huán)境。環(huán)液的沸點愈低，揮發(fā)物愈多，因此必須增設(shè)一個排氣冷卻器，它不但可大大減少有害氣體的排放，還可將氣體冷凝回收。

溶液蒸汽的回收率決定于排氣冷凝器的工作溫度，這個冷凝器的溫度也影響到有害氣體的排放，并可使排放后的處理費用降至最低。冷凝器的溫度應視環(huán)液的性質(zhì)而定，一般而言，對高沸點液體可取飽和蒸汽壓為（1～1.3）×103Pa時的溫度，對低沸點液體則可取飽和蒸汽壓為（2～2.6）×103Pa時的溫度。例如丙酮可?。?15～-17）℃，甲醇可?。?5～-7）℃，而甲苯則宜?。?～10）℃。配備了有效的環(huán)液和氣體冷卻系統(tǒng)可使排放氣體損失減少（40～70）%。

4.3 、系統(tǒng)的運行

只要在產(chǎn)品的加工過程中使用液體或溶液，而且需在中間產(chǎn)品或最終產(chǎn)品生成之前再除去這些液體，那就可以使用閉式環(huán)液循環(huán)真空抽氣系統(tǒng)。為了確保產(chǎn)品處理的順利進行，系統(tǒng)必須在低于產(chǎn)品本身的溫度下運行，其真空度也處于輔助液體能按其沸騰特性進行蒸發(fā)和抽出的范圍內(nèi)。如上述系統(tǒng)真空度還不夠，可以再加一級帶溢流閥羅茨泵，此時系統(tǒng)極限壓力可達到0.3Pa～0.5Pa。
系統(tǒng)運行符合環(huán)保要求，有害氣體的排放可降到最低限度，冷卻水完全沒有被污染，可以直接排放，不必再進行處理。

5、結(jié)束語

防污染真空抽氣系統(tǒng)是一種非常實用的真空系統(tǒng)，適應各行業(yè)各部門對真空度的不同要求。它可以把對環(huán)境的污染降到最低，冷卻水無公害排放，使排放后處理費用降到最低，并實現(xiàn)溶液蒸汽最大程度的回收，經(jīng)濟效益十分明顯。