浸出真空泵的應(yīng)用分析

◎ 張洪偉

（上海東辰糧油有限公司，上海 201209）

目前，大豆加工中浸出車間混合油蒸發(fā)工段采用的是負(fù)壓式蒸發(fā)，為確保蒸發(fā)和汽提的效率，通常蒸發(fā)真空度需在45 kPa以上[1]，汽提真空度需在70 kPa以上，從而確?；旌嫌椭械娜軇┑靡猿浞只厥蘸椭匦吕?。由此可見，真空泵在浸出蒸發(fā)系統(tǒng)中起到了重要的作用，其運(yùn)行的效果直接影響到混合油蒸發(fā)的效率，甚至?xí)绊懙缴a(chǎn)車間的安全性。

1 蒸汽噴射真空泵在浸出中的應(yīng)用

1.1 蒸汽噴射泵工作原理

在過去很長的一段時(shí)間，油脂行業(yè)中為生產(chǎn)加工提供真空的主要設(shè)備[2]是蒸汽噴射式真空泵。顧名思義，該真空泵需要耗用蒸汽才能產(chǎn)生真空。蒸汽噴射式真空泵結(jié)構(gòu)簡單，蒸汽通過拉瓦爾噴嘴[3]減壓增速，以超音速噴入混合室，與被抽介質(zhì)混合，混合后的氣體進(jìn)入擴(kuò)壓器，減速增壓，配置冷凝器，通過有一定溫差的兩種介質(zhì)對(duì)流進(jìn)行熱交換，達(dá)到冷凝高溫介質(zhì)的目的，冷凝液排到大氣中。真空泵工作蒸汽壓力一般要求0.4～1.0 MPa，一般選用干飽和蒸汽或過熱蒸汽，如果使用濕蒸汽則會(huì)使泵的性能不穩(wěn)定。

1.2 蒸汽噴射泵的應(yīng)用情況

以大豆加工量2 500 t·d-1的規(guī)模為例，浸出車間蒸發(fā)工段蒸汽噴射真空泵耗用的蒸汽量約達(dá)到400 kg·h-1。通常第一、第二蒸發(fā)器真空度需在45 kPa以上，汽提塔真空度需在70 kPa以上。浸出器出來的混合油濃度一般在25%左右，混合油先進(jìn)入第一蒸發(fā)器，蒸發(fā)后濃度可以達(dá)到70%～80%，初次濃縮后的油出來后進(jìn)入第二蒸發(fā)器，混合油濃度可以達(dá)到90～95%，再進(jìn)入汽提塔，使油中的溶劑降低到100 ppm以下，以完成混合油的蒸發(fā)，每一步都要嚴(yán)格達(dá)到數(shù)據(jù)要求，否則會(huì)導(dǎo)致混合油殘留溶劑超標(biāo)，對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量造成影響，最大的危害是溶劑在環(huán)境中揮發(fā)帶來的安全性隱患。

由于混合油中含有溶劑，蒸發(fā)后形成的溶劑蒸汽會(huì)被真空吸力作用帶入冷凝器，冷卻后的液態(tài)溶劑得以回收再重復(fù)利用，經(jīng)過蒸發(fā)混合油濃度逐步升高。冷凝器進(jìn)口冷卻水溫度通常設(shè)計(jì)在30 ℃以下，以不超過25 ℃為宜，使蒸汽得以充分冷凝，以滿足蒸發(fā)和汽提所必需的真空度。但實(shí)際生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，在氣溫普遍較高的南方夏季環(huán)境，室外冷卻水的溫度居高不下，時(shí)常會(huì)接近33～34 ℃的高溫，從而使溶劑蒸汽來不及冷凝，導(dǎo)致蒸發(fā)真空度降至40 kPa以下，汽提真空度降至65 kPa以下，真空波動(dòng)幅度非常大，蒸發(fā)器操作工況劣化，導(dǎo)致一蒸的混合油濃度相對(duì)較低，進(jìn)入第二蒸發(fā)器需要相對(duì)更高的蒸汽熱量來達(dá)到二蒸混合油溫度和濃度的要求，增加了能耗。同時(shí)，由于真空度的降低，也可能會(huì)導(dǎo)致汽提油殘溶大幅超標(biāo)，給生產(chǎn)帶來較大的危險(xiǎn)性。面對(duì)這種情況，企業(yè)為了確保產(chǎn)品質(zhì)量、保障安全，通常會(huì)以降低產(chǎn)能的方式來進(jìn)行應(yīng)對(duì)。對(duì)解決一時(shí)之需是有效的，但長時(shí)間會(huì)增加產(chǎn)品單耗，增加生產(chǎn)成本。目前大豆加工行業(yè)競爭非常激烈，原料和成品的價(jià)格也都比較透明，從企業(yè)發(fā)展來講，只能最大限度地控制好成本，使效益最大化，而降產(chǎn)能會(huì)增加單耗，該方法并不可取。

1.3 問題產(chǎn)生因素及優(yōu)勢(shì)

蒸汽噴射式真空泵需要消耗大量的蒸汽，對(duì)蒸汽供應(yīng)的壓力也有較高的要求，并且會(huì)隨著蒸汽壓力的升降，真空度會(huì)隨著升降。例如，有時(shí)熱電廠輸送的蒸汽壓力不穩(wěn)定，就會(huì)造成真空度較大幅度的波動(dòng)，從而影響油脂產(chǎn)品的質(zhì)量。這種情況的發(fā)生并不少見，現(xiàn)在大部分糧油加工企業(yè)所使用的蒸汽都源于熱電廠集中供應(yīng)，伴隨電廠供電量的調(diào)整，供電機(jī)組的開機(jī)數(shù)和產(chǎn)生蒸汽的數(shù)量發(fā)生變化，供氣壓力自然也就不穩(wěn)定。同時(shí)，噴嘴也是噴射泵極其重要的一個(gè)組成構(gòu)件。通常一旦真空度突然降低，就要檢查蒸汽的壓力是否達(dá)到要求，設(shè)備、管道等連接部位是否足夠密封。例如，當(dāng)管道內(nèi)大顆粒異物把噴嘴堵塞時(shí)，就會(huì)造成真空度不達(dá)標(biāo)，若噴嘴磨損嚴(yán)重，進(jìn)入真空泵的蒸汽速度減慢也會(huì)影響真空效果。通?；跈z查條件的限制，對(duì)噴嘴的檢查也僅有在生產(chǎn)線停機(jī)的時(shí)候完成。

雖然蒸汽噴射式真空泵在使用過程中會(huì)消耗大量的蒸汽，但噴射出的蒸汽具有較高的熱能，該部分熱量并沒有排入大氣而浪費(fèi)，而是伴隨DTDC的蒸汽一起進(jìn)入到第一蒸發(fā)器，作為混合油蒸發(fā)的一種補(bǔ)充熱源，因而，在實(shí)際生產(chǎn)中第一蒸發(fā)器并不需要新鮮蒸汽。若不再使用該形式的真空泵，必然要在第一蒸發(fā)器引入新鮮蒸汽，來滿足混合油蒸溶劑發(fā)所需的熱量。

2 水環(huán)真空泵在浸出中的應(yīng)用

2.1 水環(huán)真空泵工作原理

隨著技術(shù)進(jìn)步和使用要求的不斷提高，市場上的真空泵裝置類型也逐漸增多，新產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)，在各個(gè)行業(yè)都得到了有針對(duì)性的應(yīng)用。近幾年，水環(huán)真空泵在油脂行業(yè)慢慢得到認(rèn)可[4]，并逐漸在浸出車間得到嘗試性的替換應(yīng)用。

水環(huán)泵在泵體中裝有適量的水作為工作液，而水環(huán)式真空泵是靠泵腔容積的變化來實(shí)現(xiàn)吸氣、壓縮和排氣，其結(jié)構(gòu)簡單緊湊，泵的轉(zhuǎn)數(shù)較高，一般可與電動(dòng)機(jī)直聯(lián)，無須減速裝置。故用小的結(jié)構(gòu)尺寸，可以獲得大的排氣量，真空度高且平穩(wěn)。由于泵腔內(nèi)沒有金屬摩擦表面，無須對(duì)泵內(nèi)進(jìn)行潤滑，而且磨損很小。轉(zhuǎn)動(dòng)件和固定件之間的密封可直接由水封來完成，吸氣均勻，工作平穩(wěn)可靠，操作簡單，維修方便。

由于水環(huán)真空泵工作時(shí)可以獲得大的排氣量[5]，所以在室外溫度較高、冷凝器冷卻效果不佳的情況下，仍可以將多余未冷凝的蒸發(fā)氣體排出，從而獲得高真空度。

2.2 實(shí)際應(yīng)用情況

同樣以大豆加工量2 500 t·d-1的規(guī)模為例，浸出蒸發(fā)系統(tǒng)配置一臺(tái)15 kW的水環(huán)真空泵，汽提塔配置一臺(tái)18.5 kW的水環(huán)真空泵，電耗加上水的消耗，每小時(shí)的費(fèi)用約38元，而使用蒸汽噴射真空泵每小時(shí)的費(fèi)用約92元，由此可見，若將兩臺(tái)蒸汽噴射真空泵更換成水環(huán)真空泵，一年可以節(jié)約動(dòng)力費(fèi)用約40萬元，可以大大降低企業(yè)的生產(chǎn)成本。

水環(huán)泵的應(yīng)用也不僅限于蒸發(fā)系統(tǒng)和汽提塔，例如實(shí)地考察中發(fā)現(xiàn)，中海糧油工業(yè)有限公司的干燥器真空裝置應(yīng)用的就是水環(huán)真空泵，該企業(yè)以節(jié)能降耗為出發(fā)點(diǎn)，由技術(shù)服務(wù)公司率先對(duì)干燥器真空裝置進(jìn)行了技術(shù)改造。由于蒸發(fā)量小，選擇功率為11 kW的水環(huán)泵，供應(yīng)商為NASH，泵型號(hào)為2BV5131/0Z500-7P，泵工作水采用的是室外冷卻水，室外溫度為28 ℃，真空度可以穩(wěn)定在90 kPa。即便夏季溫度室外38 ℃的高溫，真空度也能達(dá)到85 kPa，不會(huì)影響生產(chǎn)。

水環(huán)真空泵可以產(chǎn)生更高的真空度，即便是在夏季，蒸發(fā)系統(tǒng)也能保持真空度在50 kPa以上。經(jīng)過行業(yè)調(diào)研，有些企業(yè)在使用時(shí)認(rèn)為真空度偏高，會(huì)通過調(diào)節(jié)閥門降低真空度，這是一種浪費(fèi)，出現(xiàn)這種問題主要是基于對(duì)泵的選型過大，泵的功率與實(shí)際需求不相符所致。建議采用變頻控制，從而根據(jù)真空度的實(shí)際需求情況設(shè)定泵的運(yùn)行頻率，降低電能的消耗。

2.3 水環(huán)泵的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)及劣勢(shì)

水環(huán)真空泵有它的優(yōu)點(diǎn)，自然也有它的缺點(diǎn)。相對(duì)蒸汽噴射式真空泵，水環(huán)真空泵體積較大，一般安裝在地面，需要占據(jù)一定的空間。由于設(shè)備設(shè)計(jì)原理的區(qū)別，需要安裝進(jìn)水管和出水管，有些企業(yè)對(duì)水質(zhì)要求比較高，會(huì)采用軟水作為工作水，這樣又增加了項(xiàng)目投入和生產(chǎn)成本；水環(huán)泵需要使用電作為驅(qū)動(dòng)動(dòng)力，需要敷設(shè)電纜線，從安裝和使用上來說，噴射泵相對(duì)更為簡便。水環(huán)泵要經(jīng)常進(jìn)行檢查和保養(yǎng)，葉輪是泵體的重要部件，一旦損壞就無法達(dá)到真空度的使用要求。從經(jīng)濟(jì)性考慮，大部分葉輪的材質(zhì)都是采用碳鋼材質(zhì)，長時(shí)間受水和空氣的汽蝕作用，慢慢在葉輪表面腐蝕，并逐漸形成穿孔，導(dǎo)致氣量衰減，最終無法產(chǎn)生真空；內(nèi)腔的腐蝕會(huì)導(dǎo)致泵運(yùn)行功率增高，圓盤表面若發(fā)生磨損和腐蝕也會(huì)導(dǎo)致氣量衰減。從這幾個(gè)方面來看，水環(huán)泵的維護(hù)保養(yǎng)需要花更多的精力和財(cái)力。當(dāng)然，這些部件也可以采用不銹鋼的材質(zhì)，以稍高的投入來換取較低的維修率，可以穩(wěn)定運(yùn)行幾年的時(shí)間，建議企業(yè)根據(jù)自身實(shí)際使用情況、資金投入來衡量、選擇。

蒸汽噴射泵在使用時(shí)需要消耗大量的蒸汽，這些蒸汽與吸收的氣體一同進(jìn)入冷凝器，被冷凝成液體，這些液體經(jīng)分離后產(chǎn)生的水會(huì)被作為廢水進(jìn)行處理。而水環(huán)真空泵運(yùn)行時(shí)僅需要少量的水，若工藝設(shè)計(jì)得當(dāng)，該部分水在使用后可以回收再利用，不難看出，水環(huán)泵與蒸汽噴射泵相比產(chǎn)生的廢水要少很多。對(duì)于企業(yè)來說，處理廢水的成本比較高，尤其是近幾年來，相關(guān)部門對(duì)排污的要求越來越高，排污不達(dá)標(biāo)還可能會(huì)受到相關(guān)執(zhí)法部門的處罰和追責(zé)，這無疑會(huì)增加企業(yè)的運(yùn)行成本，所以，廢水減少了也會(huì)進(jìn)一步促進(jìn)企業(yè)的降本增效。

由此可見，水環(huán)真空泵的優(yōu)勢(shì)相對(duì)劣勢(shì)更為突出，高真空、節(jié)能、產(chǎn)廢少是它的優(yōu)勢(shì)，節(jié)能降耗目前是每個(gè)企業(yè)一直追求的目標(biāo)，在未來的一段時(shí)間，在油脂行業(yè)蒸汽噴射真空泵被水環(huán)真空泵代替將成為一種趨勢(shì)。

3 結(jié)語

水環(huán)真空泵相較蒸汽噴射泵產(chǎn)生的極限真空度高，受室外溫度變化影響小，從調(diào)研的實(shí)際應(yīng)用情況可知，即便室外38 ℃的高溫，真空度也可以達(dá)到生產(chǎn)要求，并超出工藝要求值20%以上。從南方歷年夏季的溫度變化情況來看，溫度高值通常在35～38 ℃，完全可以為生產(chǎn)提供真空保障，而且穩(wěn)定。同時(shí)，水環(huán)真空泵節(jié)能效果比較明顯，產(chǎn)生廢水少，完全符合目前節(jié)能減排的需求，在油脂行業(yè)應(yīng)該得到廣泛的應(yīng)用。