处理蒸汽时可以使用哪种真空泵？

通过分享

当必须抽取蒸汽时，除了工作压力和抽速因素之外，还多了第三个决定因素 - 蒸汽分压，其在抽真空过程中可能会有很大的变化。这一因素对于真空泵具有决定性的影响。在这方面，冷凝器是旋转式容积泵非常重要有辅助作用。这种泵在抽蒸汽的能力很强。本页将介绍抽水汽的应用（最常见情形）。这些注意事项同样适用于其他非腐蚀性蒸汽。

抽除水蒸汽

抽除水蒸汽通常由以水或蒸汽作为工作介质的真空泵来实现，例如水环泵或蒸汽喷射泵。但是，这在很大程度上仍要取决于具体情况，因为低压蒸汽喷射泵的经济性通常远低于机械泵。要抽除蒸汽部分所占比例较大而空气部分所占比例较小的蒸汽-空气混合气，可以使用冷凝器捕集蒸汽，而用带气镇的相对较小的机械泵来抽除永久气体。
作为比较，由罗茨泵、冷凝器和前级泵组成，并能够在 50 mbar 的进气压力下抽除 220lbs (100kg)/h 蒸汽和 39lbs (18kg)/h 空气的泵组，所需功率为 4 - 10 kW（取决于所涉及的空气量）。性能相同的蒸汽喷射泵若要保证相同的空气量，所需功率约 60 kW。抽除水蒸汽时，尤其主要选择带适合气镇的机械泵与罗茨泵和冷凝器的组合。

开气镇抽除水蒸汽

蒸汽分压 pv 与空气分压 pp 的比值可以评估气镇的效果，如前面的式 2.2 和 2.3 所示。因此，如果泵开气镇的耐水蒸汽能力已知，则可以参考如何正确使用气镇抽水蒸汽的图表（参见图 2.73）。大型单级旋片泵常见的工作温度约为 60 至 80°C，因此水蒸汽耐受能力约为 40-60 mbar。该值用于在图 2.73 中确定不同的工作区域。此外，假定泵排气口处的压力可升高到最大 1330 mbar，直至排气出口阀打开。

图 2.73 抽水蒸汽的气镇和冷凝器的应用领域（ow/o GB = 无气镇）

区域 A：关气镇的单级旋片泵

在 170 °F (77°C) 时的饱和蒸汽压力 p_S 419 mbar 下，根据式 2.2，要求 p_v < 0.46 p_p，式中
p_v 是水蒸汽分压
p_p 是空气分压
p_v + p_p = p_tot 全压
要求单级旋片泵的整个工作区域有效，因此，全压在 10^-1 到 1013 mbar 之间

区域 B：开气镇和进气口带冷凝器的单级旋片泵。

在此区域中，水蒸汽压力超过进气口处的允许分压。因此，必须在进气口处装入冷凝器，其额定值要保证旋片泵进气口处的水蒸汽分压不会超过允许值。根据所涉及的水蒸汽量，选择正确尺寸的冷凝器。水蒸汽耐受能力为 60 mbar 时，该区域的下限为

p_v > 6O + 0.46 p_p mbar

区域 C：开气镇的单级旋片泵

区域 C 的下限由该泵工作区域的下限表征。因此，约为 ptot = 1 mbar。如果在该区域出现大量蒸汽，则装入冷凝器通常会更具经济性：在 28 mbar 压力下，44 磅（20 千克）蒸汽的体积约为 1000 m3。体积如此之大的蒸汽不适合采用前级泵抽取。按照经验法则：
如果会在相当长的时间内产生饱和水蒸汽，应始终在泵进气口处加装冷凝器。

因此，作为预防措施，当进气口压力较低时，应始终在冷凝器的前面加装一个罗茨泵，以便从根本上增强冷凝容量。冷凝容量不仅取决于蒸汽压力，还取决于制冷剂温度。因此，在蒸汽压力较低时，只有当制冷剂温度相应较低时，才能获得有效的冷凝。举例来说，当蒸汽压力低于 6.5 mbar 时，只有当制冷剂温度低于 32°F (0°C) 时，加装冷凝器才有意义。含不饱和水蒸汽的气体-蒸汽混合物通常会在较低的压力下抽取（有关详细信息，请参阅关于冷凝器的页面。这种情况下一般不使用冷凝器。

区域 D：双级旋片泵、罗茨泵和蒸汽喷射泵，始终根据工艺中相关的全压选用

必须再次指出的是，双级泵开气镇的水蒸汽耐受能力通常低于相应的单级泵。

用罗茨泵抽水蒸汽

通常，在高于 40 mbar 的压力下连续运行时，罗茨泵的经济性不如带气镇的机械泵。不过，使用变频器控制罗茨泵，以在粗真空压力下限制泵速，确实能够更好地改善比能耗。如果安装了罗茨泵来抽蒸汽，则像开气镇的机械泵一样，可以提供一个包含了各种可能情形的图表（参见图 2.74）。

Areas of application for Roots pumps and condensers pumping water vapor (w/o GB = without gas ballast)

图 2.74 用于抽水蒸汽的罗茨泵和冷凝器的应用领域（w/o GB = 关气镇）

区域 A：罗茨泵搭配单级旋片泵（无气镇）。

由于罗茨泵与旋片泵之间仅存在压缩，因此也存在以下关系：

p_v < 0.46 p_p

该要求在泵组合的整个工作区域有效，因此，全压介于 10-2 ~ 40 mbar 之间（或者对于带旁通管路或变频器驱动的罗茨泵，最高可达 1013 mbar）。

区域 B：主冷凝器、带旁通管路或变频器的罗茨泵、中间冷凝器和带气镇的机械泵。

仅当要在超过大约 40 mbar 的压力下持续抽取大量水蒸汽时，此组合才具有经济性。主冷凝器的规格取决于所涉及的蒸汽量。中间冷凝器必须将蒸汽分压降至 60 mbar 以下。因此，机械泵的规格只要能够防止中间冷凝器后面的空气分压超过特定值即可；举例来说，如果罗茨泵后面的全压（始终等于中间冷凝器后面的全压）为 133 mbar，则机械泵必须至少在 73 mbar 的空气分压下抽除罗茨泵输送到该泵的气体。否则，它抽入超出其耐受水平的水蒸汽。这是一项基本要求：仅在同时也抽取空气时，使用气镇才有意义！

对于理想的无泄漏容器，可在达到所需的工作压力后隔离带气镇的机械泵，仅使用冷凝器继续抽气。冷凝器页面讲解了泵与冷凝器的最佳组合