水环式真空泵在苯胺生产中的应用

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)南京化学工业有限公司苯化工部 作者:姜新亮

1、前言

  水环真空泵属于等温压缩、结构简单、维修方便、适宜于抽除蒸汽、易燃易爆气体以及带有少量粉尘气体的设备,因而应用范围愈来愈广。近年来,由于化工、造纸、煤矿、电厂等行业的发展和改造,大型水(液)环式真空泵的需求量急速增加,水环泵向大型化和多样化方面发展是一种必然趋势。

  南化公司苯化工部有机生产装置生产的产品如硝基苯、苯胺、环己胺、环己酮等均是通过减压蒸馏制得成品。减压蒸馏是分离提纯高沸点液态有机化合物的一种操作技术。对于有些有机化合物,特别是高沸点减压蒸馏(200℃以上)的有机化合物,在常压下蒸馏往往会发生分解或聚合,采用减压蒸馏方法可以避免这种情况的发生。真空提供的能力大小与稳定程度则直接决定了产品的产量和质量,所以选择合适的真空泵至关重要。本部2003 年以前所建的装置均采用机械式真空泵,随着改建、扩建的不断进行,装置的负荷和能力不断提升,加之在质量要求不断提高的今天,机械式真空泵已很难满足当前生产的需要,不仅它所提供的真空度不够稳定,而且维修率极高,严重阻碍了装置的连续性工业化生产。为此,结合生产实际,经过合理选型,有针对性地选择了适用于本装置的水环式真空泵。该泵不仅运行稳定,而且能够提供充裕的真空,满足了当前生产的需要。

2、水环式真空泵的工作原理[1]

  水环式真空泵由叶轮、泵体、吸排气盘、水在泵体内壁形成的水环、吸气口、排气口、辅助排气阀等组成。叶轮被偏心的安装在泵体中,当叶轮旋转时,进入水环泵泵体的水被叶轮抛向四周,由于离心力的作用,水形成了一个与泵腔形状相似的等厚度的封闭的水环。水环的上部内表面恰好与叶轮轮毂相切,水环的下部内表面刚好与叶片顶端接触(实际上,叶片在水环内有一定的插入深度)。此时,叶轮轮毂与水环之间形成了一个月牙形空间,而这一空间又被叶轮分成与叶片数目相等的若干个小腔。如果以叶轮的上部0°为起点,那么叶轮在旋转前180°时,小腔的容积逐渐由小变大,压强不断地降低,且与吸排气盘上的吸气口相通。当小腔空间内的压强低于被抽容器内的压强,根据气体压强平衡的原理,被抽的气体不断地被抽进小腔,此时正处于吸气过程。当吸气完成时与吸气口隔绝,小腔的容积逐渐减小,压力不断增大,此时正处于压缩过程。当压缩的气体提前达到排气压力时,从辅助排气阀提前排气。与排气口相通的小腔的容积进一步减小,压强进一步升高,当气体的压强大于排气压强时,被压缩的气体从排气口排出,在泵的连续运转过程中,不断地进行着吸气、压缩、排气过程,从而达到连续抽气的目的。

  在具体生产运用中,真空泵是以机组的形式使用的,主要由水环真空泵、电动机、热交换器、气液分离器及气、水管路和控制仪表元件等组成,有的还包括减速机。其流程简图如图1。

环式真空泵机组流程简图

3、水环式真空泵使用情况

  我单位根据需要选取了不同型号的水环式真空泵应用于不同场合给粗品蒸馏设备提供真空,以型号为TC- 11 的GD Nash 水环式真空泵为例,其性能参数如表1 所示。(试验条件:转速590/min,大气压力989hPa(abs.),空气温度17.5℃,空气湿度35.6%)

  该型号的水环式真空泵给硝基苯精馏塔带真空,不仅真空度高,而且运行稳定,即使在高负荷情况下,也完全能够满足生产的需要,更重要的是可实现连续长时间运转而无需切换备机。

  表2 和表3 数据分别为使用机械真空泵和SK 型水环真空泵给苯胺精制塔带真空所蒸馏出的苯胺成品数据对比。从表2、表3 不难看出,使用水环真空泵开出苯胺成品不仅水份低,而且低沸物和高沸物含量均有不同程度的下降,这满足了高端客户的需求,也为竞争激烈的市场赢取了更为广阔的生存和发展空间。

  水环式真空泵和机械真空泵相比具有如下优点:

  ①制造精度要求不高,容易加工;

  ②结构简单紧凑,泵的转数较高,一般可直接与电动机相连(根据需要亦有增加减速装置)。

  所以使用较小的结构尺寸,可以获得大的排气量,占地面积也小。压缩气体基本上是等温的,即压缩气体过程温度变化很小。由于泵腔内没有金属摩擦表面,无须对泵内进行润滑,而且磨损很小。转动件和固定件之间的密封可直接由水封来完成。吸气均匀,工作平稳可靠,操作简单,维修方便。

  由于水环式真空泵中气体压缩是等温的,故可以抽除易燃易爆气体。由于没有排气阀及摩擦表面,故可以抽除带尘埃的气体、可凝性气体和气水混合物。有了这些突出的特点,所以在石油、化工、机械、矿山、轻工、造纸、动力、冶金、医药和食品等工业及市政与农业等部门的许多工艺过程中得到了广泛的应用。

4、结论

  (1) 通过在新装置上选用水环式真空泵用于粗品精制系统是非常成功的,在老装置上进行改造使用亦取得了良好的效果。

  (2) 水环式真空泵是一种性能优良的抽真空设备,具有很强的抽气、抽干空气能力和防止汽蚀特性,同时具有使用安全、工作可靠、自动化程度高、检修工作量小等特点。

  (3) 由机械真空泵改为水环真空泵后,大大地改善了真空系统的运行工况,提高了产品质量和产量,也降低了电耗。

参考文献:

  [1] 李琳,于会泳.液环真空泵在常减压蒸馏装置中的应用 [J].石化技术,2008,15(1):36-37.

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