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來源:© www.istockphoto.com - paparazzit

用於化工與製藥行業的乾式真空技術

真空在所有化工和製藥工藝中發揮著至關重要的作用。無論是在真空輸送、惰性化、 蒸餾還是乾燥製程,真空用途廣泛,令製程更加安全、快速且更具經濟效益,或是先使其成為可能。
生成真空的各種技術層出不窮。數十年以來,水封式真空泵浦和蒸汽噴射器一直是真空生成的可靠夥伴。
不過,就像帶有循環油潤滑的迴轉葉片真空泵浦一樣,它們有一大劣勢:需要與製程氣體相接觸的工作液。

創新:乾式螺旋式真空泵浦

上世紀 90 年代中期,Busch 真空解決方案公司推出了首款螺旋式真空泵浦,也就是 COBRA。與當時所熟知真空泵浦的最主要區別在於,這款螺旋式真空泵浦無需工作液便可壓縮製程氣體。「乾式」螺旋式真空泵浦的名字由此而來(圖 1)。 乾式螺桿真空技術在化工和製藥行業的應用也非常廣泛。

操作原理

在螺旋式真空泵浦中,兩個聯鎖的螺桿轉子沿著相反方向旋轉(圖 2)。吸入的製程氣體在缸體和螺桿腔體之間被截留,經壓縮後輸送至排氣口。在壓縮過程中,螺杆轉子不會相互接觸,也不與缸體接觸。此工作原理得益於精良的製造工藝和運轉部件之間的最小間隙,能夠確保極限壓力低至 0.01 mbar(絕對值)。
COBRA 螺旋式真空泵浦採用冷卻系統運行,確保整個泵浦體內溫度均勻,更出色的熱效率與穩定性。這樣便可選擇溫度高低,使其不會冷凝製程氣體,亦可避免可能的溫度相關問題,例如氣體沉積或自燃。
無需工作液,因此製程腔體內的壓縮不會發生污染或反應。

保護真空系統

視製程氣體而定,真空泵浦可能暴露在一定危險之中。因此,重要的是充分了解製程氣體,盡可能減少風險。通常需要使用不同組件(可安裝在入口或壓力側),以便在不損壞真空泵浦的情況下輸送製程氣體。這被稱為 真空系統,其中也可包括多個真空泵浦(圖 3)。
為使真空泵浦安全運行,關鍵在於使其免受因結晶化或聚合作用引起的腐蝕和沉積影響,並提高材料抗性。

抗腐蝕保護

可採取多種措施防止真空系統或各台真空泵浦腐蝕:

  • 第一種方法便是防止腐蝕性物質進入真空泵浦。這可透過上游冷凝器或氣體洗滌器實現。
  • 第二種防腐蝕方法是保持製程氣流為氣態。在螺旋式真空泵浦中,這可透過設定特定操作溫度實現。此外,可透過供應鎮流氣稀釋製程氣體,降低冷凝氣體的分壓。因此,適用下列簡單邏輯:以氣態方式吸入,以氣態方式噴出。所以必須選定最低溫度,使其足夠高以防氣體冷凝。同樣必須選擇最高溫度,以免損壞真空泵浦或是不得超過依據 ATEX 分類的最高允許溫度。
  • 第三種方法是對真空泵浦使用相容材料。例如在 Busch 真空解決方案公司的 COBRA 螺旋式真空泵浦中,與製程接觸的所有部件皆默認採用球墨鑄鐵材質,並且具有可耐受幾乎所有化學品的特殊塗層。

防止顆粒進入系統

螺旋式真空泵浦應始終與入口濾網或入口過濾器一同運行。這樣防止顆粒進入真空泵浦內部。由於螺旋式真空泵浦的精密構造及相應的微小間隙和容差,對夾帶顆粒有一定的敏感度。

乾式螺旋式真空泵浦通常搭配微粒乾燥器使用,尤其是在製藥行業。一定數量的此類顆粒可隨著製程氣體輕鬆通過真空泵浦,或是在製程結束時被沖出。

不過,建議採取妥善的預防措施,以免經常吸入顆粒。例如,Busch 為各種應用提供大量的各式顆粒過濾器。

真空泵浦/真空系統密封性

處於化學環境的真空泵浦和真空系統必須密封,使得沒有或只有極少的環境空氣可進入並形成爆炸性環境,或者沒有或只有極少的有毒或爆炸性氣體可逸出。

聚合物 O 形環通常用於防止兩個固定件之間洩漏。耐抗性取決於所選聚合物。因此,密封材料也需要適配可能的製程氣體。

Busch 真空解決方案公司的旋轉軸穿通密封件採用動態密封設計,經 TÜV SÜD 認證符合空氣品質控制條例 (TA Luft)。這些密封件在技術上是密封的。
運行提示

對大多數應用而言,建議在製程運行之前,事先預熱真空泵浦一段時間。這樣可以設定特定溫度。

製程結束後,在關閉真空泵浦之前建議先用無法冷凝的惰性氣體吹掃真空泵浦,從而徹底清除其中的製程氣體。這種沖洗製程通常使用氮氣。

亦可在製程結束時使用清潔液沖洗真空泵浦,尤其是真空泵浦內部在冷卻期間存在形成沉積物風險的情況。

防爆

藉助各種密封系統、多種塗層和合適配件,Busch COBRA 螺旋式真空泵浦可配置相容於幾乎所有化學品。

此外,COBRA 螺旋式真空泵浦還提供符合 EU 指令 2014/34/EU 的多款 ATEX 版本。

此外,真空泵浦可調節適配各國法規,例如美國的 EX-proof 或韓國的 KOSHA。這意味著,這些真空泵浦亦可全球應用至潛在爆炸性區域,以及運輸爆炸性氣體和蒸汽。

阻火器還可依照需要予以整合。