水喷射真空泵水箱降温方案

水喷射真空泵水箱降温方案作者王卫国郭友姚忠东来源《山东工业技术》2015年第01期摘要在减压蒸僧过程中，由于真空抽取的高温工艺气体溶于真空泵的水箱以及水喷射真空泵做功均会造成水箱温度升高，会影响产品生产效率，从而导致真空度降低，所蒸镭产品产量降低通过设计水喷射真空泵水箱降温系统设备，调节4个水喷射真空泵水箱进出水的平衡，利用泵将水箱内的热水通过换热器冷却降温后返回各个水箱并不断循环降温，提高系统真空度，不但缩短了产品减压蒸僧时间，提高了产效率，并且提高了产品收率，最终达到设计效果，解决了生产难题关键词减压蒸僧;水喷射;真空泵;降温1背景明类物质是重要的液体航天发动机推进剂，西安航天动力试验技术研究所在某种月井类化合物生产线中，使用减压蒸储的方式先制得含肿水溶液粗品物质减压蒸僧是化学品生产中非常常用的一个操作步骤，是借助真空泵降低系统压力从而降低液体沸点，在精细化工产品生产中能够节能降耗、提高效率、降低安全隐患、保障工艺稳定在该月井水溶液减压蒸储过程中，真空系统采用4台水喷射真空泵由于真空抽取的高温工艺气体溶于真空泵的水箱以及水喷射真空泵做功均会造成水箱温度升高，而水喷射真空泵正常使用温度为25℃以下，当水箱内水温N30C后，系统真空度明显下降，由最初的

0.09MPa左右降至

0.08MPa左右，当水温继续上升至40c后，真空系统中的二级罗茨真空泵无法启动，系统真空度将不足

0.07Mpa,这时造成产品蒸镭时间显著延长，生产效率大幅下降原水喷射真空泵的水箱降温方法为换水降温，即通过将水箱内温度较高的废水直接排放，再向水箱补加自来水由于排走的水中有少量肿类工艺气体溶解其中，平均每台泵每天排水5次，每次lm3,4台泵每天共计排放废水20m3,不仅给废水处理系统增加负担，毒害性废水处理成本加大，而且频繁换水导致生产效率降低，换水过程中生产系统不稳定2设计目的通过设计一套水箱降温系统，来使得水喷射真空泵水箱内水温恒定低于20℃,满足生产系统的真空度要求，同时减少废水排放量，将废水不断循环降温，待废水杂质含量较高时集中处理3设计思路考虑一般循环用水无法满足真空泵降温需求，需设计一台冷水机组来提供冷却介质，同时循环管路上需设计一台列管换热器用于水箱水降温冷却，整套循环过程利用泵提供输送动力，在泵前端设计一台过滤器用于过滤杂质4工作原理图1和图2分别为改造前后的真空系统工艺流程简图通过设计合适制冷量的冷水机组来提供冷却介质，设计足够换热面积的换热器用于水箱热水的热交换设备，将四台水喷射真空泵水箱内的水通过底部放净阀流出，先经过篮式过滤器过滤后，通过离心泵输送，经换热器冷却降温后，再返回至水喷射真空泵中继续循环使用5理论计算

5.1水喷射真空泵水箱水热量恒算和制冷机选型经实际测量，冬天里，水箱进水平均温度约为10℃,出水平均温度约为30C,夏天里，水箱进水平均温度约为15℃,出水平均温度约为40℃,取最大值计算，根据公式Q=qmlCpl T1-T2其中Q为水温升高过程放出的总热量，qml为废水流量，Cpl为水的比热容，T1为水箱排水温度，T2为水箱进水温度带入数据qm l=30m3/d=

1.25m3/h=1250kg/hCpl=

4.2x103J/kg-℃Tl=40℃;T2=15℃Q=qmlCpl T1-T2=1250x

4.2x103x25=L31xl05KJ/h=

3.1xlO4Kcal/h由以上计算可以得出，理论计算水箱内水温升高过程的总热量约为

3.1万大卡，一般设计裕度为15〜25%,取20%,则制冷机组至少需选择制冷量为

3.lxl20%=

3.7万大卡考虑在水喷射机组前端还需增加其他小型换热装置，则制冷机组还需增加20%的富裕量，则制冷机组制冷量最终为

3.7X120%=

4.4万大卡根据以上计算数据，选择制冷量为

4.5万大卡冷水机组，机组出水最低温度7C

5.2冷凝器换热面积计算和冷凝器的选型由公式Q=KA4tm*可知，A=;;;;;;;;;;;;;;;1由于已知总热量Q=L31xl05KJ/h,则需计算总传热系数K,以及修正后平均推动力△tm*521总传热系数K的计算1废水给热系数al的计算查阅化工手册及相关工业书籍，得知废水粘度|il=lmPa-s导热系数Xl=

0.599W/m℃密度pl=1000kg/m3比热容Cpl=

4.2x103J/kg-℃流速:u1=2m/s管径dl=

0.02m带入上述公式计算可知2制冷剂氟利昂给热系数a2的计算查阅化工手册及相关工业书籍，得知氟利昂粘度|i2=

0.32mPa-s导热系数X2=

0.0727W/m-℃密度pl=1486kg/m3比热容;Cpl=

1.41xlO3J/kg-℃流速:ul=

0.27m/s管径dl=O.lm带入上述公式计算可知3总传热系数K；K二由于列管换热器器壁热阻3/入一般很小，可忽略不计，则总传热系数⑵522修正后的平均推动力△tm*1平均推动力△tm=,由于T1为废水出口温度40C,T2为废水回水温度15℃,tl为制冷机组进入冷凝器温度7C,t2为制冷机组出冷凝器温度12℃,带入上式，可得2修正后的平均推动力由于横轴修正值，竖轴修正值，查平均推动力修正表可知，修正值\|/=

0.92则4tm*=A tmx\|/=

9.818x

0.92=

9.03;;;;;;;;;;;;;;;;;3523换热面积计算将2和3式中的结果带入1式，可得出一般换热面积有15%~25%的设计裕度，取20%,则A=

10.4x120%=

12.5m2由于计算中忽略污垢热阻给传热系数A带来的影响，在长期使用后，污垢热阻会逐渐增加，根据经验数据，预计由于污垢热阻的影响会导致传热系数K下降约30%,同理换热面积则需增大30%,则最终换热面积为A最终=Axl.3=

16.25m2因此选择换热面积20后的换热器6使用效果通过此次设计改造，降温系统运行后，水箱内水温基本稳定在15〜17℃左右，达到真空泵正常运行水温需325℃的要求，同时生产系统真空度N

0.09Mpa,满足生产系统真空度要求同时，此次设计改造之前由于真空泵水箱水温过高，需对真空泵水箱换水来达到降温目的，而现在由于将真空泵水箱水通过泵输送至换热器降温后循环使用，水箱内水不需要排放，废水排放量由之前的平均20m3/天，降低到5天排放一次一次是4台真空泵水箱内废水，共计约4m3,日平均排放量7效率提升及成本节约1产品减压蒸镭时间随系统真空度增加而降低，见下表从生产过程来看，提高系统真空度则相应减少减压蒸僧时间，目前系统真空度基本维持在N

0.09Mpa,减压蒸储时间基本在8〜1小时，相比之前减少了4〜5小时，减压蒸僧效率粗算提高近50%o2自来水用量日均减少量为19m3/天，年节约用水近7000m3/年，同时减少废水排放量，数据基本同上，为近7000m3/年3未改造之前，一次换水时间为15分钟，平均2〜3小时换水一次，一天换水平均10次，日节约时间约150分钟，同时减少了操作人员换水操作8推广应用前景化工生产中，采用减压蒸镭或真空干燥的产品特别多，使用到水喷射真空泵作为系统的真空时基本均会遇到此类问题，利用循环降温补水的方式是经济可行且效果良好的解决方案该方案还可应用于水环真空泵等需要用水来作为必要介质的真空设备，同样是由于长时间运行过程中造成水温升高，此时也可利用循环降温原理为水环真空泵补水罐的水进行冷却，满足使用要求参考资料

[1]陈敏恒.化工原理[M].华东理工大学出版社，

2006.⑵朱有庭.化工设备设计手册⑶化学工业出版社，

2005.1背景3设计思路肺类物质是重要的液体航天发动机推进剂，西安航天动力试验技术研考虑一般循环用水无法满足口空泵降温需求，需设计一台冷水机组来究所在某种肿类化合物生产线中，使用减压蒸镯的方式先制得含肺水溶液提供冷却介质，同时循环管路上需设计一台列管换热器用于水箱水降温冷粗品物质减压蒸僧是化学品生产中非常常用的一个操作步骤，是借助真却，整套循环过程利用泵提供输送动力，在泵前端设计一台过滤器用于过空泵降低系统压力从而降低液体沸点，在精细化工产品生产中能够节能降滤杂质系统真空气体耗、提高效率、降低安全隐患、保障工艺稳定在该脏水溶液减压蒸镯过图改造前工艺流程简图1程中，真空系统采用台水喷射真空泵由于真空抽取的高温工艺气体溶于4经实际测量，冬天里，水箱进水平均温度约为io℃,出水平均温度约为真空泵的水箱以及水喷射真空泵做功均会造成水箱温度升高，而水喷射真30℃,夏天里，水箱进水平均温度约为15℃,出水平均温度约为40C,取最大值空泵正常使用温度为25℃以下，当水箱内水温》30℃后，系统真空度明显下计算，根据公式降，由最初的

0.09MPa左右降至O.8MPa左右，当水温继续上升至40℃后，Q=Clm|Cp|TT真空系统中的二级罗茨真空泵无法启动，系统真空度将不足这时造r

20.07Mpa,其中为水温升高过程放出的总热量，为废水流量，Cpi为水的比成产品蒸储时间显著延长，生产效率大幅下降Q qw热容，「为水箱排水温度，为水箱进水温度原水喷射真空泵的水箱降温方法为换水降温，即通过将水箱内温度较高的废水直接排放，再向水箱补加自来水由于排走的水中有少好脐类工带入数据艺气体溶解其中，平均每台泵每天排水次，每次台泵每天共计排放51m\4qn,i=3hn/d-

1.25m/h1250kg/h废水20m，不仅给废水处理系统增加负担，毒害性废水处理成本加大，而且Cp尸

4.2X10j/kg*C频繁换水导致生产效率降低，换水过程中生产系统不稳定T,=40℃T2=15℃2设计目的Q=qmlCpl TrT2=1250X

4.2X13X25=

1.3IX105KJ/h通过设计一套水箱降温系统，来使得水喷射真空泵水箱内水温恒定低=

3.1X104Kcal/h于20℃,满足生产系统的真空度要求，同时减少废水排放量，将废水不断循由以上计算可以得出，理论计算水箱内水温升高过程的总热量约为环降温，待废水杂质含量较高时集中处理

3.1万大卡，一般设计裕度为15〜25%,取20%,则制冷机4工作原理图和图分别为改造前后的真空系统工12艺流程简图通过设计合适制冷量的冷水机组来提供冷却介质，设计足够换热面积的换热器用于水箱热水的热交换设备，将四台水喷射真空泵水箱内的水通过底部放净阀流出，先经过篮式过滤器过滤后，通过离心泵输送，经换热器冷却降温后，再返回至水喷射真空泵中继续循环使用5理论计算水喷射真空泵水箱水热量恒算和制冷机

5.1选型陈式过池得图改造后工艺流程简图2A=-2-=

10.4m‘组至少需选择制冷量为万大卡考虑在水喷射机组前端还

3.1X120%=

3.7Km・需增加其他小型换热装置，则制冷机组还需增加的富裕则制冷机20%St,一般换热面积有15%〜25%的设计裕度，取20%,则组制冷员最终为

3.7X120%，

4.4万大卡根据以上计算数据，选择制冷A=IO.4Xl2O%=

12.5m2量为

4.5万大卡冷水机组，机组出水最低温度7℃由于计算中忽略污垢热阻给传热系数带来的影响，在长期使用后，A冷凝器换热面积计算和冷凝器的选型

5.2污垢热阻会逐渐增加，根据经验数据，预计由于污垢热阻的影响会导致由公式QHKAZSg.可知，A=添一I传热系数K下降约30%,同理换热面积则需增大30%,则最终换热面积为最珞二由于已知总热摄、则需计算总传热系数以及修正A AXL3=

16.25mQ=

1.31X1KJ/h,K,因此选择换热面积值的换热器20后平均推动力△„».

5.

2.1总传热系数K的计算6使用效果1废水给热系数％的计算通过此次设计改造，降温系统运行后，水箱内水温基本稳定在

1577.四=

0.0234^^]^L\左右，达到真空泵正常运行水温需V25℃的要求，同时生产系统真空度满足生产系统真空度要求-I4J

0.09Mpa,查阅化工手册及相关工业书籍，得知:同时，此次设计改造之前由于真空泵水箱水温过高，需对真空泵水废水粘度箱换水来达到降温目的，而现在由于将真空泵水箱水通过泵输送至换热Ml=lmPa*s导热系数器降温后循环使用，水箱内水不需要排放，废水排放任由之前的平均20m，Xt=

0.599W/m*t密度/天，降低到5天排放一次一次是4台真空泵水箱内废水，共计约4m，，g^KMXlkg/m日平均排放量V1m，/天，完全达到设计效果比热容Cp.=

4.2Xlfl/kg-t流速U|=2m/s7效率提升及成本节约管径4=

0.02m产品减压蒸墙时间随系统真空度增加而降低，见下表:I带入上述公式计算可知:系统=

5924.lW/mC

0.

070.

0750.

080.

0850.09真空度Mpa2制冷剂氟利昂给热系数a2的计算蒸谣时间小151413119时a=

0.023^-2从生产过程来看，提高系统真空度则相应减少减压蒸福时间，目前d2系统真空度基本维持在〉减压蒸镭时间基本在小时，相比之U9Mpa,870查阅化工手册及相关工业前减少了小时，减压蒸储效率粗算提高近4~550%书籍，得知自来水用量日均减少量为、/天，年节约用水近、/年，219m7000m氟利昂粘度出=

0.32mPa・$导热系数X2=

0.0727W7m*t同时减少废水排放量，数据基本同上，为近蜡/年70001密度|I486kg/m3未改造之前，一次换水时间为15分钟，平均2〜3小时换水一次，比热容Cpl=

1.4lXl0^J/kg-t一天换水平均次，日节约时间约分钟，同时减少了操作人员换水10150流速U|=O.27m/s操作管径d^O.lm带入上述公式计算可知8推广应用前景

0.4化工生产中，采用减压蒸储或真空干燥的产品特别多，使用到水喷=

416.8W/mC总传热系数射真空泵作为系统的真空时基本均会遇到此类问题，利用循环降温补水3Kfp2d2u2V7的方式是经济可行且效果良好的解决方案该方案还可应用于水环真空、、1CpM Jl4,K=ni3泵等需要用水来作为必要介质的真空设备，同样是由于长时间运行过程——+—+—中造成水温升高，此时也可利用循环降温原理为水环真空泵补水罐的水qa2A进行冷却，满足使用要求由于列管换热器器壁热阻一般很小，可忽略不计，则总传热系数3”K=---\~-=-------------------!——=389W/m,*Cr1+

12.569x IO-32参考资料%a2A

[1]陈敏恒.化工原理M].华东理工大学出版社，

2006.修正后的平均推动力△*

5.

2.2

[2]朱有庭.化工设备设计手册[S].化学工业出板社，

2005.平均推动力△^=△59^与华力，由于为废水出1口温度40C,T,为废水回水温度15℃,为制冷机组进入冷凝器温度0为制冷机组出冷凝器温度带入上式，可得7‘C,12C,=

9.818修正后的平均推动力由于横轴修正值2R=AZ_==3GF5,竖轴修正值T=N2；=

0.22,查平均推动力修正我可知，修正值S23=

0.92△%=则^j产△rmX^=

9.818X

0.92=

9.033换热面积计算

5.

2.3将和式中的结果带入式，可得出231。