浸出真空泵的應用分析

◎ 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工段采用的是負壓式蒸發，為確保蒸發和汽提的效率，通常蒸發真空度需在45 kPa以上[1]，汽提真空度需在70 kPa以上，從而確保混合油中的溶劑得以充分回收和重新利用。由此可見，真空泵在浸出蒸發系統中起到了重要的作用，其運行的效果直接影響到混合油蒸發的效率，甚至會影響到生產車間的安全性。

1 蒸汽噴射真空泵在浸出中的應用

1.1 蒸汽噴射泵工作原理

在過去很長的一段時間，油脂行業中為生產加工提供真空的主要設備[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生真空。蒸汽噴射式真空泵結構簡單，蒸汽通過拉瓦爾噴嘴[3]減壓增速，以超音速噴入混合室，與被抽介質混合，混合后的氣體進入擴壓器，減速增壓，配置冷凝器，通過有一定溫差的兩種介質對流進行熱交換，達到冷凝高溫介質的目的，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使泵的性能不穩定。

1.2 蒸汽噴射泵的應用情況

以大豆加工量2 500 t·d-1的規模為例，浸出車間蒸發工段蒸汽噴射真空泵耗用的蒸汽量約達到400 kg·h-1。通常第一、第二蒸發器真空度需在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，混合油先進入第一蒸發器，蒸發后濃度可以達到70%～80%，初次濃縮后的油出來后進入第二蒸發器，混合油濃度可以達到90～95%，再進入汽提塔，使油中的溶劑降低到100 ppm以下，以完成混合油的蒸發，每一步都要嚴格達到數據要求，否則會導致混合油殘留溶劑超標，對產品的質量造成影響，最大的危害是溶劑在環境中揮發帶來的安全性隱患。

由于混合油中含有溶劑，蒸發后形成的溶劑蒸汽會被真空吸力作用帶入冷凝器，冷卻后的液態溶劑得以回收再重復利用，經過蒸發混合油濃度逐步升高。冷凝器進口冷卻水溫度通常設計在30 ℃以下，以不超過25 ℃為宜，使蒸汽得以充分冷凝，以滿足蒸發和汽提所必需的真空度。但實際生產中發現，在氣溫普遍較高的南方夏季環境，室外冷卻水的溫度居高不下，時常會接近33～34 ℃的高溫，從而使溶劑蒸汽來不及冷凝，導致蒸發真空度降至40 kPa以下，汽提真空度降至65 kPa以下，真空波動幅度非常大，蒸發器操作工況劣化，導致一蒸的混合油濃度相對較低，進入第二蒸發器需要相對更高的蒸汽熱量來達到二蒸混合油溫度和濃度的要求，增加了能耗。同時，由于真空度的降低，也可能會導致汽提油殘溶大幅超標，給生產帶來較大的危險性。面對這種情況，企業為了確保產品質量、保障安全，通常會以降低產能的方式來進行應對。對解決一時之需是有效的，但長時間會增加產品單耗，增加生產成本。目前大豆加工行業競爭非常激烈，原料和成品的價格也都比較透明，從企業發展來講，只能最大限度地控制好成本，使效益最大化，而降產能會增加單耗，該方法并不可取。

1.3 問題產生因素及優勢

蒸汽噴射式真空泵需要消耗大量的蒸汽，對蒸汽供應的壓力也有較高的要求，并且會隨著蒸汽壓力的升降，真空度會隨著升降。例如，有時熱電廠輸送的蒸汽壓力不穩定，就會造成真空度較大幅度的波動，從而影響油脂產品的質量。這種情況的發生并不少見，現在大部分糧油加工企業所使用的蒸汽都源于熱電廠集中供應，伴隨電廠供電量的調整，供電機組的開機數和產生蒸汽的數量發生變化，供氣壓力自然也就不穩定。同時，噴嘴也是噴射泵極其重要的一個組成構件。通常一旦真空度突然降低，就要檢查蒸汽的壓力是否達到要求，設備、管道等連接部位是否足夠密封。例如，當管道內大顆粒異物把噴嘴堵塞時，就會造成真空度不達標，若噴嘴磨損嚴重，進入真空泵的蒸汽速度減慢也會影響真空效果。通常基于檢查條件的限制，對噴嘴的檢查也僅有在生產線停機的時候完成。

雖然蒸汽噴射式真空泵在使用過程中會消耗大量的蒸汽，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，而是伴隨DTDC的蒸汽一起進入到第一蒸發器，作為混合油蒸發的一種補充熱源，因而，在實際生產中第一蒸發器并不需要新鮮蒸汽。若不再使用該形式的真空泵，必然要在第一蒸發器引入新鮮蒸汽，來滿足混合油蒸溶劑發所需的熱量。

2 水環真空泵在浸出中的應用

2.1 水環真空泵工作原理

隨著技術進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，新產品不斷涌現，在各個行業都得到了有針對性的應用。近幾年，水環真空泵在油脂行業慢慢得到認可[4]，并逐漸在浸出車間得到嘗試性的替換應用。

水環泵在泵體中裝有適量的水作為工作液，而水環式真空泵是靠泵腔容積的變化來實現吸氣、壓縮和排氣，其結構簡單緊湊，泵的轉數較高，一般可與電動機直聯，無須減速裝置。故用小的結構尺寸，可以獲得大的排氣量，真空度高且平穩。由于泵腔內沒有金屬摩擦表面，無須對泵內進行潤滑，而且磨損很小。轉動件和固定件之間的密封可直接由水封來完成，吸氣均勻，工作平穩可靠，操作簡單，維修方便。

由于水環真空泵工作時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氣體排出，從而獲得高真空度。

2.2 實際應用情況

同樣以大豆加工量2 500 t·d-1的規模為例，浸出蒸發系統配置一臺15 kW的水環真空泵，汽提塔配置一臺18.5 kW的水環真空泵，電耗加上水的消耗，每小時的費用約38元，而使用蒸汽噴射真空泵每小時的費用約92元，由此可見，若將兩臺蒸汽噴射真空泵更換成水環真空泵，一年可以節約動力費用約40萬元，可以大大降低企業的生產成本。

水環泵的應用也不僅限于蒸發系統和汽提塔，例如實地考察中發現，中海糧油工業有限公司的干燥器真空裝置應用的就是水環真空泵，該企業以節能降耗為出發點，由技術服務公司率先對干燥器真空裝置進行了技術改造。由于蒸發量小，選擇功率為11 kW的水環泵，供應商為NASH，泵型號為2BV5131/0Z500-7P，泵工作水采用的是室外冷卻水，室外溫度為28 ℃，真空度可以穩定在90 kPa。即便夏季溫度室外38 ℃的高溫，真空度也能達到85 kPa，不會影響生產。

水環真空泵可以產生更高的真空度，即便是在夏季，蒸發系統也能保持真空度在50 kPa以上。經過行業調研，有些企業在使用時認為真空度偏高，會通過調節閥門降低真空度，這是一種浪費，出現這種問題主要是基于對泵的選型過大，泵的功率與實際需求不相符所致。建議采用變頻控制，從而根據真空度的實際需求情況設定泵的運行頻率，降低電能的消耗。

2.3 水環泵的應用優勢及劣勢

水環真空泵有它的優點，自然也有它的缺點。相對蒸汽噴射式真空泵，水環真空泵體積較大，一般安裝在地面，需要占據一定的空間。由于設備設計原理的區別，需要安裝進水管和出水管，有些企業對水質要求比較高，會采用軟水作為工作水，這樣又增加了項目投入和生產成本；水環泵需要使用電作為驅動動力，需要敷設電纜線，從安裝和使用上來說，噴射泵相對更為簡便。水環泵要經常進行檢查和保養，葉輪是泵體的重要部件，一旦損壞就無法達到真空度的使用要求。從經濟性考慮，大部分葉輪的材質都是采用碳鋼材質，長時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，導致氣量衰減，最終無法產生真空；內腔的腐蝕會導致泵運行功率增高，圓盤表面若發生磨損和腐蝕也會導致氣量衰減。從這幾個方面來看，水環泵的維護保養需要花更多的精力和財力。當然，這些部件也可以采用不銹鋼的材質，以稍高的投入來換取較低的維修率，可以穩定運行幾年的時間，建議企業根據自身實際使用情況、資金投入來衡量、選擇。

蒸汽噴射泵在使用時需要消耗大量的蒸汽，這些蒸汽與吸收的氣體一同進入冷凝器，被冷凝成液體，這些液體經分離后產生的水會被作為廢水進行處理。而水環真空泵運行時僅需要少量的水，若工藝設計得當，該部分水在使用后可以回收再利用，不難看出，水環泵與蒸汽噴射泵相比產生的廢水要少很多。對于企業來說，處理廢水的成本比較高，尤其是近幾年來，相關部門對排污的要求越來越高，排污不達標還可能會受到相關執法部門的處罰和追責，這無疑會增加企業的運行成本，所以，廢水減少了也會進一步促進企業的降本增效。

由此可見，水環真空泵的優勢相對劣勢更為突出，高真空、節能、產廢少是它的優勢，節能降耗目前是每個企業一直追求的目標，在未來的一段時間，在油脂行業蒸汽噴射真空泵被水環真空泵代替將成為一種趨勢。

3 結語

水環真空泵相較蒸汽噴射泵產生的極限真空度高，受室外溫度變化影響小，從調研的實際應用情況可知，即便室外38 ℃的高溫，真空度也可以達到生產要求，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 ℃，完全可以為生產提供真空保障，而且穩定。同時，水環真空泵節能效果比較明顯，產生廢水少，完全符合目前節能減排的需求，在油脂行業應該得到廣泛的應用。