針對現有丙烯酸丁酯裝置精制單元真空系統采用蒸汽噴射泵抽真空，運行費用較高，且造成真空波動的影響因素相對較多這一情況，探討采用其它抽真空設備替代的可行性，主要研究了羅茨-水環真空泵組的應用，并進行經濟性分析，為今后裝置的改造提供參考。

　　由于丙烯酸丁酯(BA)含有乙烯基這一物性，當外部條件發生變化時(如溫度升高、停留時間增加、濃度上升、相變、引發劑等)容易發生聚合，其中溫度的升高對聚合的影響尤其大，為此，BA裝置精制系統均采用減壓精餾，如常壓下BA的沸點為146℃，而2.0kPaA時為43℃，沸點的大幅度降低有效抑制了聚合的發生。因真空度要求相對較低，現有BA裝置精制系統均采用蒸汽噴射泵作為抽真空設備。

　　隨著蒸汽費用的不斷上升，BA裝置的運行費用也有所上升，并且采用蒸汽噴射泵，影響真空波動的因素也較多(如蒸汽壓力波動、噴嘴堵塞、大氣腿等)。為此，真空技術網(http://bjjyhsfdc.com/)發布本文主要對BA裝置精制系統采用羅茨-水環真空泵組抽真空的方案進行了研究，為今后的改造提供參考。

1、BA裝置精制系統真空度要求

　　1.1、設計值

　　BA裝置精制系統有2個精餾塔，分別為醇拔頭塔(C440)和提純塔(C450)。BA裝置精制系統真空設計值見表1。

　　1.2、實際運行值

　　上海華誼丙烯酸有限公司現共有3套BA生產裝置，分別為U400單元、U2400單元和U4400單元。

表1 BA裝置精制系統精餾塔真空設計值

　　BA單元精制系統真空控制實際值見表2。

表2 BA單元精制系統精餾塔真空實際運行值

　　由表1、表2可知，BA單元精制系統真空泵極限真空度達到1kPaA以下，即能滿足生產要求。

2、水環泵原理及極限真空度

　　2.1、水環真空泵工作原理

　　液環真空泵的葉輪在泵殼內偏心安裝。啟動前在泵氣缸內灌入規定高度的液體(工作液)。當葉輪按圖示箭頭順時針方向旋轉時，由于離心力的作用，將液體甩至泵體壁，葉輪的轉動迫使工作液沿泵殼內壁形成一個決定于泵腔形狀的近似于等厚度的封閉圓環。此時，會在兩相鄰葉片、葉輪輪轂和液環內表面之間形成一個被工作液密閉的“氣腔”。由于葉輪在泵殼內是偏心配置的，所以液環的內表面與葉輪輪轂之間形成一個月牙形空間，它被葉片分成若干容積不等的小室，每個小室的容積隨葉輪轉動作周期擴大和縮小，當小室容積逐漸擴大，氣體由外界吸入;當小室容積逐漸縮小，使原先吸入的氣體被壓縮而排出。這樣，葉輪每轉一周，葉片與葉片間的小室容積改變一次。每兩葉片間的液體好像液體活塞一樣往復運動，連續不斷地抽吸氣體，達到抽真空的目的。具體見圖1。

　　2.2、水環真空泵極限真空度

　　水環泵能達到的極限真空度受制于水的飽和蒸汽壓，水的溫度小于10℃時，極限真空度也僅能達到1.23kPaA，雖然BA精制系統可勉強運行，但C450幾乎沒有調節余地，且在極限真空時運行，水環真空泵會發生氣蝕現象。氣蝕現象會對真空泵的葉輪、泵體以及圓盤產生損傷。

　　因此，使用單級水環泵，無法保證BA精制系統的連續穩定運行。

3、羅茨泵工作原理

　　羅茨泵的結構如圖2所示。在泵腔內，有兩個“8”字形的轉子相互垂直安裝在一對平行軸上，由傳動比為1的一對齒輪帶動作彼此反向的同步旋轉運動。在轉子之間，轉子與泵殼內壁之間，保持有一定的間隙，可以實現高轉速運行。由于羅茨泵是一種無內壓縮的真空泵，通常壓縮比很低，故高、中真空泵需要前級泵。羅茨泵的極限真空除取決于泵本身結構和制造精度外，還取決于前級泵的極限真空。為了提高泵的極限真空度，可將羅茨泵串聯使用。羅茨泵的工作原理與羅茨鼓風機相似。由于轉子的不斷旋轉，被抽氣體從進氣口吸入到轉子與泵殼之間的空間V0內，再經排氣口排出。由于吸氣后V0空間是全封閉狀態，所以，在泵腔內氣體沒有壓縮和膨脹。但當轉子頂部轉過排氣口邊緣，V0空間與排氣側相通時，由于排氣側氣體壓強較高，則有一部分氣體返沖到空間V0中去，使氣體壓強突然增高。當轉子繼續轉動時，氣體排出泵外。

4、羅茨-水環真空泵組應用于BA裝置的可行性研究

　　羅茨真空泵不能單獨使用，必須與一臺前級真空泵串聯，待被抽系統中的壓力被前級真空泵抽到羅茨真空泵允許入口壓力時，羅茨真空泵才能開始工作，并且在一般情況下，羅茨真空泵不允許高壓差工作，否則將會過載和過熱而損壞，因此使用羅茨真空泵必須合理地選用前級真空泵，極限真空度要求在133~1333Pa之間可選用往復式真空泵或液環式真空泵作為前級泵。羅茨水環真空機組是以羅茨泵為主泵，以水環泵為前級泵串聯而成的。

　　一臺羅茨泵與一臺水環泵串聯真空機組的極限壓力約400Pa。若用兩臺羅茨泵串聯再與水環泵組合，就能大大提高機組的極限壓力，可達到25PaA。BA單元精制系統真空度達到1000PaA以下，即能滿足生產要求。因此，BA單元精制系統僅需一臺羅茨泵與一臺水環泵串聯即可。

5、實施方案

　　因使用單級水環真空泵，既使泵的密封水溫度小于10℃時(密封液選用冷凍A水)，極限真空度也就1.23kPaA。為使真空度進一步降低至1kPaA以下，擬考慮水環泵與羅茨泵串接使用，真空度可達到1kPaA以下，滿足BA精制系統的生產要求。現考慮C2440、C2450單獨使用一套羅茨-水環真空泵組(水環泵密封液選用冷凍A水)，這樣C2440、C2450真空互不干擾，擬采用開2備1，在實際運行中可試驗一套真空機組同時抽C2440、C2450真空，以節約運行費用，為今后其它裝置的改造提供依據。

　　具體流程示意圖見圖3。

6、尾氣中有效組分的跑損分析

　　尾氣中有機物的跑損量主要由尾氣的溫度及流量決定，溫度決定了有機物的分壓即濃度，也即可凝氣的濃度，尾氣流量主要由不凝氣流量即阻空和泄漏量決定。U400單元原設計尾氣中主要組分有丁醇(BuOH)、丁酯(BA)、水(H20)、空氣(AIR)，其流量及組成見表3。

表3 BA單元尾氣流量及組成設計值

　　注：空氣流量為阻空、調節壓力加入空氣及泄漏量之和(1)代

　　表體積百分比(2)代表質量百分比

　　水、BA的ASPEN模擬飽和蒸汽壓見表4。

表4 水、BA的ASPEN模擬飽和蒸汽壓

　　由表3、表4數據可知，尾氣設計數據的組成與模擬的飽和蒸汽壓數據相符，數據可信，在尾氣中空氣量相同的情況下，由于蒸汽噴射泵尾氣溫度高于水環泵尾氣溫度，所以蒸汽噴射泵尾氣中跑損的有效組分要多。

7、運行費用分析

　　一臺水環泵的功率約7.5kW，羅茨泵功率約2.2kW，如C2440、C2450各使用一套，則所需功率為19.4kW;U2400蒸汽噴射泵(J2451)蒸汽用量約400kg/h，蒸汽價格按186.6元/噸、電費按0.73元/度計。U2400精制系統尾氣總量15.3kg/h，組分按表3、表4計算(20.7℃、BuOH含量按0.1%計)，水環泵尾氣有效組分跑損為BuOH：0.0153kg/h，BA：0.22kg/h;蒸汽噴射泵尾氣有效組分跑損為BuOH：0.0214kg/h，BA：1.01kg/h。BA價格按17000元/噸、BuOH價格按13800元/噸(2011年5月價格)計。

表5 水環泵與蒸汽噴射泵運行費用比較

　　裝置年運行時間按8000h計算，則U2400精制系統采用水環泵抽真空，將節約費用59.2萬元/年，如改造成功并推廣到丙烯酸精制單元或其它生產裝置，產生的效益將頗為可觀。并且，水環泵產生的廢水要小于蒸汽噴射泵產生的廢水(水環泵補水約200kg/h)，可以減少廢水處理費用。

8、結論

　　(1)羅茨-水環真空泵機組可以滿足丁酯精制系統生產要求。

　　(2)羅茨-水環真空泵機組的運行費用要優于蒸汽噴射泵。