浸出真空泵的应用分析

◎ 张洪伟

（上海东辰粮油有限公司，上海 201209）

目前，大豆加工中浸出车间混合油蒸发工段采用的是负压式蒸发，为确保蒸发和汽提的效率，通常蒸发真空度需在45 kPa以上[1]，汽提真空度需在70 kPa以上，从而确保混合油中的溶剂得以充分回收和重新利用。由此可见，真空泵在浸出蒸发系统中起到了重要的作用，其运行的效果直接影响到混合油蒸发的效率，甚至会影响到生产车间的安全性。

1 蒸汽喷射真空泵在浸出中的应用

1.1 蒸汽喷射泵工作原理

在过去很长的一段时间，油脂行业中为生产加工提供真空的主要设备[2]是蒸汽喷射式真空泵。顾名思义，该真空泵需要耗用蒸汽才能产生真空。蒸汽喷射式真空泵结构简单，蒸汽通过拉瓦尔喷嘴[3]减压增速，以超音速喷入混合室，与被抽介质混合，混合后的气体进入扩压器，减速增压，配置冷凝器，通过有一定温差的两种介质对流进行热交换，达到冷凝高温介质的目的，冷凝液排到大气中。真空泵工作蒸汽压力一般要求0.4～1.0 MPa，一般选用干饱和蒸汽或过热蒸汽，如果使用湿蒸汽则会使泵的性能不稳定。

1.2 蒸汽喷射泵的应用情况

以大豆加工量2 500 t·d-1的规模为例，浸出车间蒸发工段蒸汽喷射真空泵耗用的蒸汽量约达到400 kg·h-1。通常第一、第二蒸发器真空度需在45 kPa以上，汽提塔真空度需在70 kPa以上。浸出器出来的混合油浓度一般在25%左右，混合油先进入第一蒸发器，蒸发后浓度可以达到70%～80%，初次浓缩后的油出来后进入第二蒸发器，混合油浓度可以达到90～95%，再进入汽提塔，使油中的溶剂降低到100 ppm以下，以完成混合油的蒸发，每一步都要严格达到数据要求，否则会导致混合油残留溶剂超标，对产品的质量造成影响，最大的危害是溶剂在环境中挥发带来的安全性隐患。

由于混合油中含有溶剂，蒸发后形成的溶剂蒸汽会被真空吸力作用带入冷凝器，冷却后的液态溶剂得以回收再重复利用，经过蒸发混合油浓度逐步升高。冷凝器进口冷却水温度通常设计在30 ℃以下，以不超过25 ℃为宜，使蒸汽得以充分冷凝，以满足蒸发和汽提所必需的真空度。但实际生产中发现，在气温普遍较高的南方夏季环境，室外冷却水的温度居高不下，时常会接近33～34 ℃的高温，从而使溶剂蒸汽来不及冷凝，导致蒸发真空度降至40 kPa以下，汽提真空度降至65 kPa以下，真空波动幅度非常大，蒸发器操作工况劣化，导致一蒸的混合油浓度相对较低，进入第二蒸发器需要相对更高的蒸汽热量来达到二蒸混合油温度和浓度的要求，增加了能耗。同时，由于真空度的降低，也可能会导致汽提油残溶大幅超标，给生产带来较大的危险性。面对这种情况，企业为了确保产品质量、保障安全，通常会以降低产能的方式来进行应对。对解决一时之需是有效的，但长时间会增加产品单耗，增加生产成本。目前大豆加工行业竞争非常激烈，原料和成品的价格也都比较透明，从企业发展来讲，只能最大限度地控制好成本，使效益最大化，而降产能会增加单耗，该方法并不可取。

1.3 问题产生因素及优势

蒸汽喷射式真空泵需要消耗大量的蒸汽，对蒸汽供应的压力也有较高的要求，并且会随着蒸汽压力的升降，真空度会随着升降。例如，有时热电厂输送的蒸汽压力不稳定，就会造成真空度较大幅度的波动，从而影响油脂产品的质量。这种情况的发生并不少见，现在大部分粮油加工企业所使用的蒸汽都源于热电厂集中供应，伴随电厂供电量的调整，供电机组的开机数和产生蒸汽的数量发生变化，供气压力自然也就不稳定。同时，喷嘴也是喷射泵极其重要的一个组成构件。通常一旦真空度突然降低，就要检查蒸汽的压力是否达到要求，设备、管道等连接部位是否足够密封。例如，当管道内大颗粒异物把喷嘴堵塞时，就会造成真空度不达标，若喷嘴磨损严重，进入真空泵的蒸汽速度减慢也会影响真空效果。通常基于检查条件的限制，对喷嘴的检查也仅有在生产线停机的时候完成。

虽然蒸汽喷射式真空泵在使用过程中会消耗大量的蒸汽，但喷射出的蒸汽具有较高的热能，该部分热量并没有排入大气而浪费，而是伴随DTDC的蒸汽一起进入到第一蒸发器，作为混合油蒸发的一种补充热源，因而，在实际生产中第一蒸发器并不需要新鲜蒸汽。若不再使用该形式的真空泵，必然要在第一蒸发器引入新鲜蒸汽，来满足混合油蒸溶剂发所需的热量。

2 水环真空泵在浸出中的应用

2.1 水环真空泵工作原理

随着技术进步和使用要求的不断提高，市场上的真空泵装置类型也逐渐增多，新产品不断涌现，在各个行业都得到了有针对性的应用。近几年，水环真空泵在油脂行业慢慢得到认可[4]，并逐渐在浸出车间得到尝试性的替换应用。

水环泵在泵体中装有适量的水作为工作液，而水环式真空泵是靠泵腔容积的变化来实现吸气、压缩和排气，其结构简单紧凑，泵的转数较高，一般可与电动机直联，无须减速装置。故用小的结构尺寸，可以获得大的排气量，真空度高且平稳。由于泵腔内没有金属摩擦表面，无须对泵内进行润滑，而且磨损很小。转动件和固定件之间的密封可直接由水封来完成，吸气均匀，工作平稳可靠，操作简单，维修方便。

由于水环真空泵工作时可以获得大的排气量[5]，所以在室外温度较高、冷凝器冷却效果不佳的情况下，仍可以将多余未冷凝的蒸发气体排出，从而获得高真空度。

2.2 实际应用情况

同样以大豆加工量2 500 t·d-1的规模为例，浸出蒸发系统配置一台15 kW的水环真空泵，汽提塔配置一台18.5 kW的水环真空泵，电耗加上水的消耗，每小时的费用约38元，而使用蒸汽喷射真空泵每小时的费用约92元，由此可见，若将两台蒸汽喷射真空泵更换成水环真空泵，一年可以节约动力费用约40万元，可以大大降低企业的生产成本。

水环泵的应用也不仅限于蒸发系统和汽提塔，例如实地考察中发现，中海粮油工业有限公司的干燥器真空装置应用的就是水环真空泵，该企业以节能降耗为出发点，由技术服务公司率先对干燥器真空装置进行了技术改造。由于蒸发量小，选择功率为11 kW的水环泵，供应商为NASH，泵型号为2BV5131/0Z500-7P，泵工作水采用的是室外冷却水，室外温度为28 ℃，真空度可以稳定在90 kPa。即便夏季温度室外38 ℃的高温，真空度也能达到85 kPa，不会影响生产。

水环真空泵可以产生更高的真空度，即便是在夏季，蒸发系统也能保持真空度在50 kPa以上。经过行业调研，有些企业在使用时认为真空度偏高，会通过调节阀门降低真空度，这是一种浪费，出现这种问题主要是基于对泵的选型过大，泵的功率与实际需求不相符所致。建议采用变频控制，从而根据真空度的实际需求情况设定泵的运行频率，降低电能的消耗。

2.3 水环泵的应用优势及劣势

水环真空泵有它的优点，自然也有它的缺点。相对蒸汽喷射式真空泵，水环真空泵体积较大，一般安装在地面，需要占据一定的空间。由于设备设计原理的区别，需要安装进水管和出水管，有些企业对水质要求比较高，会采用软水作为工作水，这样又增加了项目投入和生产成本；水环泵需要使用电作为驱动动力，需要敷设电缆线，从安装和使用上来说，喷射泵相对更为简便。水环泵要经常进行检查和保养，叶轮是泵体的重要部件，一旦损坏就无法达到真空度的使用要求。从经济性考虑，大部分叶轮的材质都是采用碳钢材质，长时间受水和空气的汽蚀作用，慢慢在叶轮表面腐蚀，并逐渐形成穿孔，导致气量衰减，最终无法产生真空；内腔的腐蚀会导致泵运行功率增高，圆盘表面若发生磨损和腐蚀也会导致气量衰减。从这几个方面来看，水环泵的维护保养需要花更多的精力和财力。当然，这些部件也可以采用不锈钢的材质，以稍高的投入来换取较低的维修率，可以稳定运行几年的时间，建议企业根据自身实际使用情况、资金投入来衡量、选择。

蒸汽喷射泵在使用时需要消耗大量的蒸汽，这些蒸汽与吸收的气体一同进入冷凝器，被冷凝成液体，这些液体经分离后产生的水会被作为废水进行处理。而水环真空泵运行时仅需要少量的水，若工艺设计得当，该部分水在使用后可以回收再利用，不难看出，水环泵与蒸汽喷射泵相比产生的废水要少很多。对于企业来说，处理废水的成本比较高，尤其是近几年来，相关部门对排污的要求越来越高，排污不达标还可能会受到相关执法部门的处罚和追责，这无疑会增加企业的运行成本，所以，废水减少了也会进一步促进企业的降本增效。

由此可见，水环真空泵的优势相对劣势更为突出，高真空、节能、产废少是它的优势，节能降耗目前是每个企业一直追求的目标，在未来的一段时间，在油脂行业蒸汽喷射真空泵被水环真空泵代替将成为一种趋势。

3 结语

水环真空泵相较蒸汽喷射泵产生的极限真空度高，受室外温度变化影响小，从调研的实际应用情况可知，即便室外38 ℃的高温，真空度也可以达到生产要求，并超出工艺要求值20%以上。从南方历年夏季的温度变化情况来看，温度高值通常在35～38 ℃，完全可以为生产提供真空保障，而且稳定。同时，水环真空泵节能效果比较明显，产生废水少，完全符合目前节能减排的需求，在油脂行业应该得到广泛的应用。