干泵技术的再次升级

作者:本网编辑 文章来源:Edwards公司 发布时间:2012-09-28

干泵按其术语称为“干”,是因为不再依赖于液体密封,因而可以直接应用于苛刻、腐蚀、潮湿和灰尘环境。干泵不会使正在加工的材料降级或受到污染,所以能够维持和保护至关重要的化学工艺完整性,包括制药生产。26年来,Edwards公司的干泵技术变革了真空产生及应用于工业生产的方式,并经过了非常成功的发展过程。

Edwards公司在1986年首次推出“干”泵技术时,变革了真空产生及应用于工业生产的方式。干泵按其术语称为“干”,是因为不再依赖于液体密封,因而可以直接应用于苛刻、腐蚀、潮湿和灰尘环境。当存在易燃或易爆材料时,Edwards的干泵也是安全的,从而极大地降低了燃烧的风险。干泵易于设置和使用,提供了一种“即装即抽(plug and pump)”的解决方案,加快了生产工艺,并可以连续不断和高效地由大气压产生低至10-3mbar的真空。

Edwards的干泵设备,比如CXS系列,也非常易于维护。同时,这些泵设备又很节能,只有很少的碳排放量,为客户提供了更低的总体拥有成本(Total Cost of Ownership,TCO)。它们对环境的影响可以忽略不计,不产生污水或污染物。因为干泵不会使正在加工的材料降级或受到污染,所以能够维持和保护至关重要的化学工艺完整性,包括制药生产。

26年来,Edwards的干泵技术经过了非常成功的发展过程,已经有超过15万台干泵销往世界各地。如今,Edwards为全球15家最大的化工和医药制造商提供干泵设备,这些厂商均要求在广泛的应用领域获得最佳性能,包括蒸馏、干燥、蒸发、反应器服务、家用真空、溶剂回收、消毒、脂肪酸脱臭和过滤。许多应用涉及到苛刻的化学环境,而Edwards的干泵也正是专为耐受此类环境而设计。

湿泵的缺陷

了解湿泵的某些主要缺点,有助于理解Edwards的CXS系列干泵的优势。这里提及的湿泵包括蒸汽和液体喷射泵、液环(liquid-ring)泵、旋片(rotary-vane)泵、旋转活塞(rotary-piston)泵、蒸汽增压泵和扩散泵。

蒸汽喷射泵确实具有高可靠性和稳健性,即使在加工腐蚀性化学制品的场所也不例外,有鉴于此,它们一直在制药行业中被广泛使用。蒸汽喷射泵能够达到10-3mbar的全真空范围,它们对工艺变更具有特定负载敏感性。蒸汽喷射泵的热效率低,假如喷射泵仅限于单级,对于活性组分的生产,它们可能无法产生足够低的真空。采用直接或间接级间冷凝,多级喷射泵可以弥补这些问题,但这需要大量的蒸汽和冷却水。

通过使用液环泵来取代最后2个或3个压缩级,使用水作为密封液体,可改进蒸汽喷射系统的热效率。当使用15℃的冷却水时,这些泵简单而可靠,能够产生高达50000m3/h的抽速,并且压力可降至33mbar(若采用油封,可达到10?mbar)。然而,该工艺需要使用大量的水来吸取由冷凝和压缩这两者产生的热量,而且这些水会受到工艺材料的污染,这又需要代价昂贵的清理工作。假如使用由合适液环泵支持的机械系统来取代前级蒸汽喷射泵,从而改进热效率,真空可被限制在大约1mbar,而气体流量少于50000m3/h。

如果要避免产生受污染的废水,油封泵是一种解决方案,它可以减少污染并改进真空性能。然而,油的存在增加了一系列其它问题。因为这些泵依赖于油来进行润滑和密封,每个泵可能含有多达90L的油。进入泵的大多数微粒之后会被吸收入油中,这就需要频繁地更换油,而此时必须取下泵。这种循环将产生大量的废油,又增加了清理成本,而且清理工作必须遵守当地的环保法规。油封泵的关键问题就是,在化学制品的生产中经常包含腐蚀性气体,这会损坏密封和其它聚合物组件。因此,这些油必须定期更换,通常为每3个月更换一次,否则泵的效率将会降低。这些问题结合起来,需要大量的维护工作,这中间可能涉及一些不便利的外部维护。因此必定要求一直备有若干的备用泵,以便使停机时间最小化,这是总体拥有成本中必须要考虑的因素。

干泵的优势

解决真空抽吸难题的一个答案就是使用干泵技术。在性能方面,干泵非常类似于油封泵,在接近恒定的容积效率时,干泵通常涵盖的压力范围是1~1000mbar,极限压力为0.01~0.1mbar。采用增加一个或两个罗茨泵级,可以扩大这个范围,可增加数千m3/h的泵流量并降低真空度至10-3或10-4mbar。 以串联方式增加一个或多个机械增压泵,单列中的泵速可接近40000m3/h。这些泵列可以并联组合,进一步增加流量。入口和级间冷凝器以及脱排罐(knockout pots)也是非常有效的,是增加干泵流量的无污染方法。

与湿泵不同,设计良好的干泵不受腐蚀性气体的影响。这是因为泵内的压力和温度曲线可以维持在工艺介质的露点之上,从而确保可靠的运转,即便是当介质具有高腐蚀性的时候。溶剂的回收和循环利用相对容易一些,无需进一步净化。由于这个原因,干泵系统是用于处理有机溶剂和高腐蚀性蒸汽的极好解决方案。多年来,已经证明干泵可以在蒸汽阶段成功地保持腐蚀性蒸汽,从而不必使用涂膜和其它的特殊材料。

相比湿泵,干泵的性能具有更加一致的可靠性,这是因为不存在会使其性能减退的污染物。正如先前所述,液环泵和蒸汽喷射泵需要大量的冷却水,当冷凝时,它们会受到工艺蒸汽的污染,再次降低性能。使用干泵,就不会发生这些问题。干泵的安全性很高,因为它们采用无接触抽吸机制,在常规运转中没有起火源,它们可以安全地抽吸易燃材料。此外,干泵非常节能,并且与蒸汽喷射泵不同,它们能够在运行周期之间关闭。当处于待机模式时,可采用变频器使用电量最小化。减少功耗可以带来较低的成本、较少的碳排放量并减少环境影响。真空干泵的购置成本通常会高于同级别的湿泵,但当把TCO考虑在内时,差异往往会变得非常小,而当把所有的管理费用计算在内时,投资干泵系统常常可以大幅降低总体拥有成本。

CXS创新螺杆技术

虽然干泵可以采用罗茨和爪式技术,但Edwards最新一代CXS干泵实现了创新的先进离散变量间距锥形螺杆技术,其可以沿着转子长度方向进行平滑的渐进压缩,在所有的入口压力下改进热控制并优化抽吸。这同时改进了液体和固体的处理,超越了先前一代的干泵设备,允许用户优化其真空工艺。冷却系统和压缩技术具有突出的性能,同时主动温度控制可以保护干泵避免热冲击、冷凝和腐蚀。先进的加工技术和设计特性省去了转子涂层,这也有助于保持优良的真空性能。浸没式气隙密封马达比普通马达的效率高出15%,有助于实现更突出的性能。这种先进螺杆技术降低了噪音输出,使之不到64dB,使工作场所噪声污染的负面影响最小化。

CXS干泵还具有整体温度控制特性,相对传统“湿”抽吸技术,可以达到更高的真空度。与使用“湿”抽吸技术的情形不同,真空度不再受限于密封液体或冷却水温度,CXS干泵提供了低至 10-3mbar的灵活高真空度,取得这种高性能,但又不污染工业生产液流或冷却水,同时也没有其他排放物产生。这是现今可提供的最清洁的真空技术,能够抽吸腐蚀性蒸汽而不会减低性能。CXS系列干泵能够连续进行抽吸,可高达 1L/min或1次抽吸25L,还可以进行有效的溶剂回收。CXS干泵完全符合用于危险环境的ATEX认证要求,它们可以防爆并能够抽吸腐蚀性气体而不会被侵蚀,从而确保尽可能安全地处理易燃气体。

即装即抽操作

CXS系列泵包含了控制器和变频器,因此操作简单方便,可实现“即装即抽”运转,这是Edwards干泵最突出的特性。通过这两款泵,设计方法可使用预工程设计模块,允许使用多种通信和控制选项,其成果是为客户带来最大的安装和配置灵活性。这些泵可作为单独的装置或完整的系统来提供,带有阻燃器、脱排罐和过滤器等附件。它们安装简单并易于操作,并且都使用紧耦合和垂直对准泵以及增压泵来达到尽可能小的占地面积。其他的设计优势还包括在两端备有支撑的平衡转子,而且没有沉淀固体物质的压缩板。

CXS泵不仅只需要最低限度的安装设置,而且还无需日常维护,还拥有高达5年的维修服务间隔和25年的设计寿命,CXS系列结合了高可靠性与低总体拥有成本,很快将得到产业明显验证。这些最新一代干泵不仅具有高成本效益,也非常环保。使用较少的电能和其它资源,这两款泵均可运行于绿色模式,节约能源,同时推动拥有成本的降低。


 

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