羅茨大氣噴射器液環(huán)真空機(jī)組在制藥裝備中的應(yīng)用
在制藥過(guò)程中常常用到真空蒸餾、真空結(jié)晶或真空干燥等工藝來(lái)處理藥品物料。當(dāng)藥品物料較為黏稠（如膏狀物料，或含液態(tài)物料量較少時(shí)），這些物料有共同特點(diǎn)，就是要除去藥品物料中混有的液態(tài)物料，需要很低的壓力，一般在幾十百帕，十幾百帕，甚至幾百帕，才能將這些比較難蒸發(fā)的液態(tài)物料除去。
液環(huán)泵是配套在真空干燥機(jī)上的常用真空獲得設(shè)備，因其適宜處理大量蒸汽和含有粉塵的工況，可以根據(jù)抽除氣體介質(zhì)的不同而選擇不同的工作液，應(yīng)用范圍廣泛，產(chǎn)品適用性強(qiáng)。在不考慮氣體返流和泄漏時(shí)，極限壓力就是所用工作液溫度下的飽和蒸汽壓力，所以液環(huán)泵極限壓力的高低主要取決于工作液的飽和蒸汽壓力。這樣，液環(huán)泵的優(yōu)勢(shì)受到了限制。
羅茨-大氣噴射器-液環(huán)真空機(jī)組，特別適用于抽除含有可凝性氣體和帶有一定腐蝕性氣體的工藝過(guò)程中。而與一般的液環(huán)式真空泵相比，具有真空度高、在高真空度工況下抽速大及節(jié)能的特點(diǎn)。
1、羅茨-大氣噴射器-液環(huán)真空機(jī)組的特點(diǎn)
液環(huán)泵，對(duì)氣體的壓縮接近等溫壓縮，泵內(nèi)沒(méi)有相互摩擦的金屬接觸面，不易發(fā)生燃燒爆炸事故；泵腔內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)件與固定件之間由液體密封，無(wú)需潤(rùn)滑；適于抽含有蒸汽、水份或固體微粒的氣體。但是液環(huán)泵的極限壓力較高，當(dāng)用15 ℃水做工作液時(shí)，極限壓力可以到25 hPa左右，一般用在工作壓力33 hPa 以上工況。當(dāng)工作液溫度上升，極限壓力升高，在工作壓力處理氣體流量也會(huì)小于標(biāo)準(zhǔn)狀況時(shí)的氣體流量。
大氣噴射器，以常壓下大氣為動(dòng)力氣體，不消耗額外動(dòng)力，沒(méi)有任何運(yùn)動(dòng)部件，就可以獲得一定真空。液環(huán)泵串聯(lián)大氣噴射器后，極限壓力可以到達(dá)6.7 hPa，在15～40 hPa 區(qū)間的抽氣量能達(dá)到液環(huán)泵名義抽氣量的50%以上，這樣大大拓展了液環(huán)泵的使用范圍。羅茨泵，轉(zhuǎn)子與泵腔、轉(zhuǎn)子與轉(zhuǎn)子之間具有一定間隙，互不接觸，不需要潤(rùn)滑油潤(rùn)滑；在泵腔內(nèi)對(duì)氣體不產(chǎn)生壓縮現(xiàn)象，對(duì)被抽氣體中含有的灰塵和蒸汽不敏感。
羅茨-液環(huán)真空機(jī)組，具有液環(huán)泵的大量?jī)?yōu)點(diǎn)，而且提高了液環(huán)泵的真空度，擴(kuò)大了液環(huán)泵在低壓力下的抽速，能夠很好的處理含有大量蒸汽或粉塵的氣體。但是單級(jí)羅茨—液環(huán)真空機(jī)組極限壓力較高，一般在4～6.5 hPa，要求的真空系統(tǒng)的工作壓力至少在15 hPa 以上，對(duì)于要求工作壓力為在一千多帕或幾百帕的真空系統(tǒng)，則要再要增加一級(jí)羅茨泵。而大氣噴射器可以加到羅茨泵和液環(huán)泵中間，可以完全代替一級(jí)羅茨泵。羅茨- 大氣噴射器—液環(huán)真空機(jī)組是在液環(huán)羅茨真空機(jī)組的液環(huán)泵和羅茨泵之間增加了大氣噴射器，與羅茨泵數(shù)目相同的液環(huán)羅茨真空機(jī)組相比，極限壓力較低，在較低壓力下有較大抽速，大氣噴射器不消耗功率和無(wú)運(yùn)動(dòng)部件，維護(hù)量很小。羅茨- 大氣噴射器- 液環(huán)真空機(jī)組，極限壓力可以到0.10～0.25 hPa，可以用于工作壓力1 hPa 以上的工藝過(guò)程抽空。
2、羅茨- 大氣噴射器- 液環(huán)真空機(jī)組抽氣系統(tǒng)的組成
羅茨-大氣噴射器-液環(huán)真空機(jī)組抽氣系統(tǒng)示意圖，如1 圖所示。圖1 中接口說(shuō)明，見(jiàn)表1。
抽氣過(guò)程，被抽工藝氣體由N1.1 吸入，通過(guò)羅茨泵030，大氣噴射器020 和液環(huán)泵010，汽液一起排至液環(huán)泵系統(tǒng)的汽液分離器080，氣體由排氣口N2.2 排出，工作液由分離器下部接管通過(guò)換熱器130冷卻后回到液環(huán)泵010 重復(fù)使用。
要做不銹鋼材料的，價(jià)格成本太高。所以國(guó)產(chǎn)羅茨泵的材料只能做到普通鑄鐵材質(zhì)，而對(duì)于處理腐蝕性氣體時(shí)，羅茨泵的過(guò)流表面鍍一些防腐材料，國(guó)內(nèi)常鍍鎳磷、鉻或PTFE。在開(kāi)始抽氣階段，濃度很高的氣體也要通過(guò)羅茨泵被前級(jí)泵抽除，當(dāng)氣體腐蝕性較強(qiáng)時(shí)，鍍層往往也難以保證萬(wàn)無(wú)一失。而實(shí)際羅茨泵正常工作范圍是在真空度較高的工況，一般在幾十hPa 以下，此時(shí)氣體密度已經(jīng)很稀薄，可以通過(guò)增加旁管路200，控制開(kāi)始抽氣階段高濃度的腐蝕性氣體不通過(guò)羅茨泵，達(dá)到羅茨泵的啟動(dòng)壓力，腐蝕性氣體比較稀薄后，再啟動(dòng)羅茨泵，氣體通過(guò)羅茨泵，關(guān)閉旁通閥201。大氣噴射器和液環(huán)泵要采用防腐蝕材料制造。增加旁通管路的抽氣系組成示意圖，如圖2 所示。
圖2 增加旁通管路的真空機(jī)組抽氣系統(tǒng)示意圖
為了減少人工手動(dòng)操作的煩瑣，可以將羅茨泵的旁通管路閥201 和羅茨泵入口閥401，出口閥301，做成自動(dòng)閥門，由羅茨泵入口的壓力開(kāi)關(guān)控制。液環(huán)泵抽到羅茨泵的啟動(dòng)壓力后，羅茨泵出口閥301 和入口閥401 打開(kāi)，羅茨泵啟動(dòng)，旁通管路閥門201 關(guān)閉。這樣省時(shí)省力，簡(jiǎn)單可靠。
3、運(yùn)行過(guò)程
3.1、真空機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程
真空機(jī)組的啟動(dòng)過(guò)程如下：（1）通過(guò)法蘭接口N3.3 工作液補(bǔ)充至分離器和液環(huán)真空泵內(nèi)，直至達(dá)到液環(huán)泵能夠啟動(dòng)的液位；（2）冷卻水供至N5.0 接口；（3）打開(kāi)系統(tǒng)入口閥門；（4）啟動(dòng)液環(huán)泵電機(jī)，被抽氣體由系統(tǒng)入口法蘭N1.1 吸入，通過(guò)羅茨泵和大氣噴射器，被液環(huán)泵吸入和排出；（5）隨著系統(tǒng)壓力的降低，到達(dá)200 hPa 以下后，打開(kāi)大氣噴射器的引射氣流管路100 上的閥門101，大氣噴射器開(kāi)始投入工作；（6）系統(tǒng)內(nèi)壓力繼續(xù)降低，到達(dá)羅茨泵設(shè)定的啟動(dòng)壓力，由電接點(diǎn)壓力表PS104 啟動(dòng)羅茨泵；（7）統(tǒng)維持在較低的壓力工作；（8）運(yùn)行過(guò)程中，要經(jīng)常檢查系統(tǒng)內(nèi)分離器的液位，羅茨真空泵前后壓差止回閥163 用來(lái)防止液環(huán)真空泵突然停止時(shí)工作液體的返流。
羅茨泵在較高壓力時(shí)，容易過(guò)載，因此在任何情況下壓力較高時(shí)，嚴(yán)禁開(kāi)啟運(yùn)行羅茨真空泵（030），其設(shè)定開(kāi)啟壓力為60 hPa，關(guān)閉壓力40 hPa。
分離器080 配帶液位計(jì)，以指示分離器內(nèi)液位。正常液位限定在液位計(jì)中間位置。當(dāng)液位升高到液位計(jì)中心線以上25 mm 位置時(shí)，溢流閥要打開(kāi)從排空口N4.1開(kāi)始排液，液位下降到液位計(jì)中間位置時(shí)，溢流閥關(guān)閉；當(dāng)液位下降到中心線下25 mm 位置時(shí)，補(bǔ)液閥要打開(kāi)，從N3.3 接口開(kāi)始補(bǔ)液，液位升高到液位計(jì)中間位置時(shí)，補(bǔ)液閥關(guān)閉。以此保證分離器內(nèi)液位。
工作液通過(guò)管線自分離器080 流入換熱器130，冷卻后通過(guò)管線返回真空泵，在此過(guò)程中，壓縮產(chǎn)生的熱以及隨被抽氣體帶入的熱被釋放掉。
3.2、真空機(jī)組關(guān)閉過(guò)程
真空機(jī)組的關(guān)閉過(guò)程：（1）關(guān)閉系統(tǒng)閥門；（2）從N7.1沖入氮?dú)饣蚨栊詺怏w，3 min 左右；（3） 關(guān)閉羅茨泵電機(jī)，羅茨泵入口和出口閥門關(guān)閉，旁通閥門打開(kāi)；（4）關(guān)閉液環(huán)泵電機(jī)；（5）停止N5.0 冷卻水供水，關(guān)閉大氣噴射器引射氣流管線閥門101；（6）若較長(zhǎng)時(shí)間不用，則要打開(kāi)液環(huán)泵，換熱器，分離器排空閥門，排空機(jī)組內(nèi)的工作液。
4、注意問(wèn)題
（1）液環(huán)泵工作液溫度不能過(guò)高：因羅茨泵正常運(yùn)行有一定壓差要求，如果大于羅茨泵的最大壓差，羅茨泵容易過(guò)載，轉(zhuǎn)子會(huì)由于溫度過(guò)高而膨脹卡死，損壞羅茨泵及其電機(jī)。羅茨泵的最大允許壓差一般是幾十個(gè)百帕，小泵允許的壓差大點(diǎn)，大泵允許的壓差小點(diǎn)。
對(duì)于羅茨泵的抽速、達(dá)到的極限壓力與前級(jí)泵的性能有很大關(guān)系，對(duì)于同一羅茨泵而言，前級(jí)泵的抽速和極限壓力不同時(shí)，其機(jī)組整體的性能曲線有著很大差異。當(dāng)前級(jí)液環(huán)泵液溫度變化或不以水為工作液時(shí)，液環(huán)泵在壓力較低情況下的抽速變化很大。圖3 所示為佶締納士機(jī)械有限公司的2BV6131 不銹鋼泵在水溫不同時(shí)抽除室溫飽和氣的抽氣性能曲線。
圖3 水溫度不同時(shí)2BV6131 不銹鋼泵抽氣性能曲線
羅茨- 大氣噴射器- 液環(huán)真空機(jī)組，液環(huán)泵的水溫最好保證在25 ℃以下，因?yàn)槌^(guò)25 ℃的水做工作液時(shí)，液環(huán)泵在100 hPa 以下時(shí)，抽除工藝氣體的能力大大下降，極限壓力也升高很多。
�。�2）系統(tǒng)開(kāi)機(jī)時(shí)，達(dá)到羅茨泵的啟動(dòng)壓力后開(kāi)啟羅泵，停機(jī)時(shí)要先停止羅茨泵運(yùn)行，因?yàn)榱_茨泵不能工作在較高壓力下，因此在任何較高壓力時(shí)，都不得啟動(dòng)羅茨泵，更不能讓羅茨泵單獨(dú)運(yùn)行（有溢流閥的羅茨泵除外）。因此，羅茨泵的啟動(dòng)通過(guò)入口的電接點(diǎn)壓力表進(jìn)行控制，在達(dá)到設(shè)定的啟動(dòng)壓力后羅茨泵啟動(dòng)；在系統(tǒng)停機(jī)時(shí)，也要先停止羅茨泵的運(yùn)行后，再進(jìn)行其他操作，避免燒毀羅茨泵電機(jī)或轉(zhuǎn)子卡死。
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