Источник: © www.istockphoto.com — paparazzit
Вакуумные технологии на основе «сухих» решений для химической и фармацевтической отраслей
Вакуумные технологии играют важную роль во всех химических и фармацевтических процессах. Независимо от типа процесса (вакуумная транспортировка, инертизация, дистилляция или сушка) вакуум используется повсеместно — для повышения надежности, ускорения технологических процессов, сокращения затрат и, в первую очередь, для того, чтобы процесс можно было осуществить.
Существуют различные технологии генерации вакуума. Для создания вакуума в течение многих лет успешно использовались жидкостно-кольцевые вакуумные насосы и паровые эжекторы.
Однако, как и пластинчато-роторные вакуумные насосы с рециркуляцией смазочного масла, они имеют один недостаток: для эксплуатации таких насосов требуется рабочая жидкость, которая контактирует с технологическим газом.
Однако, как и пластинчато-роторные вакуумные насосы с рециркуляцией смазочного масла, они имеют один недостаток: для эксплуатации таких насосов требуется рабочая жидкость, которая контактирует с технологическим газом.
Инновационное решение: сухие винтовые вакуумные насосы
В середине 1990-х годов компания Busch Vacuum Solutions выпустила на рынок первый винтовой вакуумный насос COBRA. Главное отличие нового решения от вакуумных насосов, которые использовались в то время, заключалось в том, что винтовым вакуумным насосам для сжатия технологического газа не требовалась рабочая жидкость. Именно поэтому они и называются «сухими» винтовыми вакуумными насосами (рис. 1). Сегодня технология сухих винтовых вакуумных насосов широко используется также в химической и фармацевтической отраслях промышленности.-
Рис. 1. Сухой винтовой вакуумный насос для химических и фармацевтических технологических процессов.
-
Рис. 1. Сухой винтовой вакуумный насос для химических и фармацевтических технологических процессов.
Принцип действия
В винтовом вакуумном насосе в противоположных направлениях вращаются два взаимоблокирующих винтообразных ротора (рис. 2). Технологический газ поступает в пространство между цилиндром и винтовыми камерами, а затем сжимается и подается в выпускной патрубок. Во время сжатия винтовые роторы не соприкасаются ни друг с другом, ни с цилиндром. Такой принцип работы реализуется благодаря точности изготовления и минимальному зазору между подвижными частями, и при этом обеспечивается низкое предельное остаточное давление не более 0,01 mbar (abs.).-
Рис. 2. Современные винтовые вакуумные насосы оснащаются винтами с переменным шагом; такая конструкция позволяет равномерно распределять температуру внутри вакуумного насоса.
-
Рис. 2. Современные винтовые вакуумные насосы оснащаются винтами с переменным шагом; такая конструкция позволяет равномерно распределять температуру внутри вакуумного насоса.
Винтовые вакуумные насосы COBRA оснащаются системой охлаждения, которая обеспечивает равномерное распределение тепла, способствует повышению тепловой эффективности и устойчивости всего корпуса насоса. Это позволяет подобрать достаточно высокую температуру для того, чтобы исключить вероятность конденсации технологического газа, но при этом достаточно низкую, чтобы не допустить отклонений, связанных с температурным режимом установки, например осаждение из газовой фазы или внезапное зажигание.
Ввиду отсутствия рабочей жидкости исключается риск загрязнения процесса и возникновения реакций в процессе сжатия газа в рабочей камере.
Защита вакуумной системы
В зависимости от типа технологического газа вакуумный насос может подвергаться определенным рискам. Поэтому для минимизации таких рисков крайне важно понимать свойства газа. Чтобы исключить риск повреждения вакуумного насоса при транспортировке технологического газа, часто используют различные компоненты, которые устанавливаются на входной или напорной стороне насоса. Это называется вакуумной системой, которая может состоять из нескольких вакуумных насосов (рис. 3).-
Рис. 3. Вакуумная система с четырьмя винтовыми вакуумными насосами, которые используются в качестве форвакуумных насосов.
-
Рис. 3. Вакуумная система с четырьмя винтовыми вакуумными насосами, которые используются в качестве форвакуумных насосов.
Чтобы обеспечить эксплуатационную надежность и безопасность вакуумной системы, необходимо защитить ее от коррозии и отложений, которые могут возникать в результате кристаллизации или полимеризации, а также повысить устойчивость материала к внешним воздействиям.
Защита от коррозии
Для защиты вакуумной системы или отдельных вакуумных насосов от коррозии используются различные способы:- Первый способ: предотвращение попадания коррозионно-активных веществ внутрь вакуумного насоса. Такой способ можно реализовать путем установки конденсаторов или газоочистителей на входе системы.
- Второй способ устранения коррозии: поддержание газовой фазы в технологическом потоке. В винтовом вакуумном насосе такой способ реализуется путем установки определенной рабочей температуры. Кроме этого, технологический газ можно разбавлять путем добавления балластного газа с целью снижения парциального давления конденсирующихся газов. Поэтому применяется следующий принцип: откачивание в газообразном виде и выброс в газообразном виде. Таким образом, минимальную температуру необходимо выбрать таким образом, чтобы она была достаточно высокой для предотвращения конденсации газов. Максимальную температуру следует устанавливать так, чтобы исключался риск повреждения вакуумного насоса или превышения максимально допустимой температуры согласно классификации стандарта ATEX.
- Третий способ: применение в вакуумном насосе совместимых материалов. Например, в вакуумных насосах COBRA компании Busch Vacuum Solutions все детали, соприкасающиеся с технологической средой, стандартно изготавливаются из высокопрочного чугуна; на эти детали наносится покрытие, устойчивое к воздействию практически любых химических веществ.
Защита от проникновения в систему посторонних частиц
На входе винтового вакуумного насоса всегда должны присутствовать сито и фильтр. Эти устройства обеспечивают защиту от проникновения посторонних частиц внутрь вакуумного насоса. Ввиду высокой точности изготовления и минимальных зазоров между подвижными частями такой насос отличается определенной чувствительностью к посторонним частицам, проникающим внутрь.Сухие винтовые вакуумные насосы часто используются в осушителях частиц, в частности в фармацевтической отрасли. Определенное количество таких частиц может беспрепятственно проходить через вакуумный насос вместе с технологическим газом и удаляться в конце процесса.
Однако, чтобы исключить риск засасывания частиц внутрь системы, рекомендуется выполнять определенные процедуры. Например, Busch предлагает большое количество разных фильтров для любых систем.
Герметичность вакуумного насоса/вакуумной системы
Вакуумные насосы и вакуумные системы в химической среде должны обладать высочайшей герметичностью, что позволяет исключить либо свести к минимуму риск проникновения атмосферного воздуха и не допустить образования взрывоопасной атмосферы, а также утечки токсичных или взрывоопасных газов. В общем случаеполимерные уплотнительные кольца позволяют предотвратить утечки между двумя неподвижными частями. Сопротивляемость зависит от свойств полимера. Поэтому уплотнительный материал необходимо подбирать с учетом особенностей технологического газа.
В Busch Vacuum Solutions используется концепция динамических уплотнений вращающихся валов, сертифицированная по стандарту TÜV SÜD в соответствии с техническим регламентом по контролю качества воздуха (TA Luft). Технически эти уплотнения считаются герметичными.
Рекомендации по эксплуатации
В большинстве случаев перед началом эксплуатации вакуумный насос рекомендуется прогревать в течение определенного времени. Это позволяет установить заданную температуру.
По окончании процесса вакуумный насос рекомендуется продуть неконденсирующимся инертным газом, чтобы полностью удалить технологический газ из насоса перед выключением. Для процесса продувки, как правило, используется азот.
При наличии риска возникновения отложений внутри вакуумного насоса по мере его охлаждения допускается и рекомендуется в конце процесса очищать вакуумный насос с помощью очищающих жидкостей.
В большинстве случаев перед началом эксплуатации вакуумный насос рекомендуется прогревать в течение определенного времени. Это позволяет установить заданную температуру.
По окончании процесса вакуумный насос рекомендуется продуть неконденсирующимся инертным газом, чтобы полностью удалить технологический газ из насоса перед выключением. Для процесса продувки, как правило, используется азот.
При наличии риска возникновения отложений внутри вакуумного насоса по мере его охлаждения допускается и рекомендуется в конце процесса очищать вакуумный насос с помощью очищающих жидкостей.
Взрывозащита
С помощью различных уплотнительных систем, покрытий и аксессуаров винтовые вакуумные насосы COBRA производства компании Busch можно комплектовать так, чтобы обеспечивалась совместимость насоса практически с любым химическим веществом.Кроме этого, винтовые вакуумные насосы COBRA могут изготавливаться в различных взрывозащитных исполнениях ATEX, соответствующих требованиям Директивы ЕС 2014/34/ЕС.
Также эти вакуумные насосы можно привести в соответствие с требованиями местных нормативов и стандартов разных стран, например стандарта взрывозащиты EX для США или KOSHA для Южной Кореи. Таким образом, эти вакуумные насосы можно использовать во взрывоопасных средах, а также в системах транспортировки взрывоопасных газов и паров в любой стране мира.
При необходимости система может оснащаться пламегасителями.