罗茨-水环真空泵组在丙烯酸丁酯装置中的应用

针对现有丙烯酸丁酯装置精制单元真空系统采用蒸汽喷射泵抽真空，运行费用较高，且造成真空波动的影响因素相对较多这一情况，探讨采用其它抽真空设备替代的可行性，主要研究了罗茨-水环真空泵组的应用，并进行经济性分析，为今后装置的改造提供参考。

由于丙烯酸丁酯(BA)含有乙烯基这一物性，当外部条件发生变化时(如温度升高、停留时间增加、浓度上升、相变、引发剂等)容易发生聚合，其中温度的升高对聚合的影响尤其大，为此，BA装置精制系统均采用减压精馏，如常压下BA的沸点为146℃，而2.0kPaA时为43℃，沸点的大幅度降低有效抑制了聚合的发生。因真空度要求相对较低，现有BA装置精制系统均采用蒸汽喷射泵作为抽真空设备。

随着蒸汽费用的不断上升，BA装置的运行费用也有所上升，并且采用蒸汽喷射泵，影响真空波动的因素也较多(如蒸汽压力波动、喷嘴堵塞、大气腿等)。为此，发布本文主要对BA装置精制系统采用罗茨-水环真空泵组抽真空的方案进行了研究，为今后的改造提供参考。

1、BA装置精制系统真空度要求

1.1、设计值

BA装置精制系统有2个精馏塔，分别为醇拔头塔(C440)和提纯塔(C450)。BA装置精制系统真空设计值见表1。

1.2、实际运行值

上海华谊丙烯酸有限公司现共有3套BA生产装置，分别为U400单元、U2400单元和U4400单元。

表1 BA装置精制系统精馏塔真空设计值

BA单元精制系统真空控制实际值见表2。

表2 BA单元精制系统精馏塔真空实际运行值

由表1、表2可知，BA单元精制系统真空泵极限真空度达到1kPaA以下，即能满足生产要求。

2、水环泵原理及极限真空度

2.1、水环真空泵工作原理

液环真空泵的叶轮在泵壳内偏心安装。启动前在泵气缸内灌入规定高度的液体(工作液)。当叶轮按图示箭头顺时针方向旋转时，由于离心力的作用，将液体甩至泵体壁，叶轮的转动迫使工作液沿泵壳内壁形成一个决定于泵腔形状的近似于等厚度的封闭圆环。此时，会在两相邻叶片、叶轮轮毂和液环内表面之间形成一个被工作液密闭的“气腔”。由于叶轮在泵壳内是偏心配置的，所以液环的内表面与叶轮轮毂之间形成一个月牙形空间，它被叶片分成若干容积不等的小室，每个小室的容积随叶轮转动作周期扩大和缩小，当小室容积逐渐扩大，气体由外界吸入;当小室容积逐渐缩小，使原先吸入的气体被压缩而排出。这样，叶轮每转一周，叶片与叶片间的小室容积改变一次。每两叶片间的液体好像液体活塞一样往复运动，连续不断地抽吸气体，达到抽真空的目的。具体见图1。

2.2、水环真空泵极限真空度

水环泵能达到的极限真空度受制于水的饱和蒸汽压，水的温度小于10℃时，极限真空度也仅能达到1.23kPaA，虽然BA精制系统可勉强运行，但C450几乎没有调节余地，且在极限真空时运行，水环真空泵会发生气蚀现象。气蚀现象会对真空泵的叶轮、泵体以及圆盘产生损伤。

因此，使用单级水环泵，无法保证BA精制系统的连续稳定运行。

3、罗茨泵工作原理

罗茨泵的结构如图2所示。在泵腔内，有两个“8”字形的转子相互垂直安装在一对平行轴上，由传动比为1的一对齿轮带动作彼此反向的同步旋转运动。在转子之间，转子与泵壳内壁之间，保持有一定的间隙，可以实现高转速运行。由于罗茨泵是一种无内压缩的真空泵，通常压缩比很低，故高、中真空泵需要前级泵。罗茨泵的极限真空除取决于泵本身结构和制造精度外，还取决于前级泵的极限真空。为了提高泵的极限真空度，可将罗茨泵串联使用。罗茨泵的工作原理与罗茨鼓风机相似。由于转子的不断旋转，被抽气体从进气口吸入到转子与泵壳之间的空间V0内，再经排气口排出。由于吸气后V0空间是全封闭状态，所以，在泵腔内气体没有压缩和膨胀。但当转子顶部转过排气口边缘，V0空间与排气侧相通时，由于排气侧气体压强较高，则有一部分气体返冲到空间V0中去，使气体压强突然增高。当转子继续转动时，气体排出泵外。