制药装备行业中常用的真空泵(1)

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)真空技术网整理 作者:鬼马

        在制药装备行业中,常有真空蒸发、真空浓缩、真空输送、真空灭菌、真空干燥、真空包装和真空混合乳化等真空类设备。这些设备都必须配备真空泵,常用到的真空泵有液环式真空泵、水喷射泵、水蒸汽喷射泵等,这几种真空泵可以直接抽除水蒸汽;还有几种常用的旋片泵、往复泵、滑阀泵和罗茨泵等,它们虽然不能直接抽除水蒸汽,但是可以与冷凝联合使用;如果要求被抽空间和周围环境清洁、无污染,也可以应用各种形式的干泵,目前干泵较贵,但它是将来的发展方向。

1.液环式真空泵

1.1    工作原理

        液环式真空泵属于容积泵,其工作介质为液体,如果该液体用的是水,则称为水环式真空泵。叶轮c(转子)偏心安装于圆柱壳体a内,当叶轮旋转时,由于离心力的作用,使泵壳中的水甩向四周,形成等厚度水环b,水环与叶轮相切形成月牙形空间d,此空间腔被分割成几个小室,并随叶轮转动而逐渐变化。当此空间由小变大时,形成吸气腔e,泵吸入气体;当月牙形空间由大变小时,形成排气腔f,泵排出气体,从而实现了泵的抽气作用。

1.2    使用方法

        采用液环泵不可能得到低于工作液体蒸汽压力的入口压力,如果液体蒸汽压力接近入口压力,则会产生气蚀,对泵造成损害。例如,水在15 ℃时的蒸汽压力为1.7×103 Pa,为避免气蚀,允许水环泵的最低入口压力为3.3×103 Pa。如果需要入口压力低于该值,则应选具有更低蒸汽压力的介质,如煤油、苯乙烯、乙二醇等,极限压力为6.7×103 Pa。

        从泵出口侧流出的气体和液体混合物流入分离器,在分离器内气液分离,排出的气体含有相当于液体同温度下蒸汽压力的蒸汽含量。从工作液的价格和环境保护两方面考虑,液环泵运行方式如图2所示。该运行方式的主要特点是新液体的使用量大量减少,大部分液体从分离器返回泵内,在泵入口前加入冷液体,使泵的入口温度基本保持恒定。

        如果液环泵抽除有毒有害气体,或因工作需要必须使用高价格的工作液体,在分离器中分离出来的气体不能放空,应回收处理,而分离出来的液体则必须经换热器冷却至泵液正常工作温度后,全部返回泵中。

        目前国产水环泵的主要型号有SZ型、SZB型、SZH型、SZZ型、SZL型、SK型和ZBE1型。其中,SZ型水环泵可用于抽除无腐蚀性、不溶于水、或不含有固体颗粒的气体和空气;SZB型为悬臂式,使用特性与SZ型基本相同;SZH型水环式真空泵主要用于抽除空气,亦可以用于真空过滤装置;SZZ型和SZL型为直联泵,用途同ZS型泵;SK型水环式真空泵是一种效率较高的双作用型水环真空泵,工作气体温度在-10~+40 ℃,广泛用于真空干燥、真空脱水、真空过滤等有大量水蒸汽溢出装置;ZBZ1型水环泵是引进德国技术开发的节能产品,用途同SK型水环式真空泵。

1.3    运转特性

        通常水环式真空泵的运行条件是泵吸入的气体温度为20 ℃,相对湿度为70%的空气,入口气体压力为101.325 kPa,泵工作液为15 ℃的水。工作液体的温度及其蒸汽压力严重影响抽速。抽气室与叶轮室中工作液体分压力随温度升高而增大,结果使输运气体容积变小,泵抽速下降。图3给出被抽除气体为20 ℃干空气,泵工作液为水时,在不同温度下的抽速SLt20与15 ℃下的抽速SL15.20之比。

        被抽气体对泵性能也有影响。如果被抽气体是由空气与蒸汽混合物组成,则被抽蒸汽与冷的工作液相接触时可发生冷凝,这时抽速有所增大。采用15 ℃水为工作液时,抽除不同温度下一定量的空气与水蒸汽混合物的抽速SG15.δ与20 ℃干燥空气的抽速Sl15.20之比。当然空气与水蒸汽的比例不同,对抽速的影响也是不一样的。

        如果输送干燥空气,由于干燥空气的热容量小,它很快被冷却至工作液温度,被抽气体与工作液之间较大的温度差使气体的体积减小,结果会使液环泵抽速增大。如果被抽气体溶解于工作液中,当它随着工作液进入泵入口侧时会释放出来,结果会使抽速减小。液环真空泵所需功率受工作液粘度、密度、流量以及出口压力影响,运行时要予以关注。

2.水喷射式真空泵

2.1    工作原理

  水喷射泵工作原理,具有一定压力的工作介质水,通过喷嘴向吸入室高速喷出,将水的压力能变为动能,形成高速射流;吸入室中的气体被高速射流强制携带与之混合,形成气液混合流,进入扩压器,从而使吸入室压力降低,形成真空,在扩压器的扩张段内,混合射流的动能转变为压力能,速度降低压力升高,气体被进一步压缩,与水一起排出泵外,在水箱中气水分离,气体释放入大气,水由水泵循环再利用,周而复始达到抽真空的目的。单级水喷射泵的喷嘴可以是由一个渐缩喷嘴构成的单喷嘴结构,也可以是在一个孔板上开设多个孔口的多喷嘴结构。

2.2    运转特性

        水喷射泵工作系统由水泵、水喷射泵、管路、阀门、水汽分离器及测试仪表等组成,常用系统有立式和卧式两种安装方式。

        国产水喷射泵的抽气量在5~800 m3/h之间,单级泵的极限真空度可达3 000 Pa(23托)左右。        为提高真空度,可采用汽水串联方式运行,如果采用一级水喷射泵与三级蒸汽喷射泵搭配,组成4级汽水串联喷射泵机组,极限压力可达到20 Pa(0.15 mmHg)。为防止被抽介质腐蚀真空泵,可选用防腐型喷射泵。离心水泵可用增强聚丙烯(RPP)、不锈钢、氟合金、玻璃钢制造;喷射泵可选用不锈钢、铸铁内滚为性聚乙烯(PE)或聚三氟氯乙烯钢衬陶瓷,喷嘴为聚四氟乙烯或陶瓷等。

3.旋片式真空泵

3.1    结构及工作原理

        旋片式真空泵,分单级和双级两种结构。

        单级旋片泵只有一个工作室,泵主要由定子、旋片、转子组成。在定子腔内偏心地装有转子,转子槽中装有两块旋片,由于弹簧弹力和旋片离心力的作用而紧贴于腔壁。定子上的进、排气口及月牙形泵腔被转子和旋片分成吸气腔和排气腔两部分。当转子在定子腔内旋转时,周期性地使进气口容积逐渐扩大而吸入气体,同时逐渐缩小排气口容积将已吸入气体压缩,从排气阀排出。排气阀浸在油里以防止大气流入泵中。油通过泵体上的缝隙、油孔及排气阀进入泵腔,使泵腔内所有的运动表面被油覆盖,形成了吸气腔与排气腔之间的密封。同时,油还充满了泵腔内的一切有害空腔,以消除它们对极限真空(或称残余压强)的影响。

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