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
在制藥過程中常常用到真空蒸餾、真空結(jié)晶或真空干燥等工藝來處理藥品物料。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 中接口說明，見表1。
抽氣過程，被抽工藝氣體由N1.1 吸入，通過羅茨泵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)，羅茨泵的過流表面鍍一些防腐材料，國(guó)內(nèi)常鍍鎳磷、鉻或PTFE。在開始抽氣階段，濃度很高的氣體也要通過羅茨泵被前級(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無一失。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，可以通過增加旁管路200，控制開始抽氣階段高濃度的腐蝕性氣體不通過羅茨泵，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，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)行過程
3.1、真空機(jī)組啟動(dòng)過程
真空機(jī)組的啟動(dòng)過程如下：（1）通過法蘭接口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，打開大氣噴射器的引射氣流管路100 上的閥門101，大氣噴射器開始投入工作；（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)，容易過載，因此在任何情況下壓力較高時(shí)，嚴(yán)禁開啟運(yùn)行羅茨真空泵（030），其設(shè)定開啟壓力為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)，溢流閥要打開從排空口N4.1開始排液，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，從N3.3 接口開始補(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。
工作液通過管線自分離器080 流入換熱器130，冷卻后通過管線返回真空泵，在此過程中，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)閉過程
真空機(jī)組的關(guān)閉過程：（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；（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、注意問題
（1）液環(huán)泵工作液溫度不能過高：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，羅茨泵容易過載，轉(zhuǎn)子會(huì)由于溫度過高而膨脹卡死，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^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)開機(jī)時(shí)，達(dá)到羅茨泵的啟動(dòng)壓力后開啟羅泵，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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