实验室真空泵选泵指南

作者：Edwards公司全球 Andrew Chew

欢迎访问e展厅 展厅 2 真空设备/泵展厅 水泵, 罗茨泵, 螺杆泵, 齿轮泵, 离心泵, ... 真空泵是各个实验室和各种化学应用设备的关键部件，使用特定系统来优化工艺和维持样品完整性时，选择合适的真空泵，需要考虑多个因素。 药品开发业务费用巨大，在整个过程中，对于提高工艺可靠性和缩短 停顿时间的需求一直在不断增长。鉴于样品的完整性是至关重要的，实验室设备的科学家和制造商都在不断寻求改进措施，这包含评估工艺各个阶段所使用的设备。 真空泵是各个实验室和各种化学应用设备的关键部件，应用包括凝胶干燥器(gel dryer)、旋转蒸发、真空烘箱、离心浓缩和蒸发、真空过滤、蒸馏和萃取器、冷冻干燥和质谱分析等。 油封旋片泵（OSRVP）经过多年的实践验证，已经在实验室成功应用了数十年，但作为“湿式”技术，它们要求定期维护和换油，因此具有一定的局限性。最新的开发成果带来了干式真空泵，涡旋泵便是其中的一个代表。尤其是那些采用内置波纹管架构，在真空环境中没有润滑剂的涡旋泵。这种分化提供了两项明显的优势：首先，真空环境以及工艺本身不会被泵轴承中的油脂污染；其次，轴承不会被工艺污染，从而延长了泵的使用寿命。由于在涡旋泵中没有使用油，也就不需要在使用后处理废油，当然也不会有漏油。 这些泵一般称为初级泵，通常抽速为几个m3/hr至50m3/hr。它们工作压力范围从大约0.01至1000mbar，并且可直排大气。 涡轮分子泵是二级泵，与初级泵结合使用。这种情况下，初级泵充当前级泵或粗抽泵。 涡轮分子泵在分子流态下运转，并可得到更好的极限真空，通常为10-8到10-10mbar。然而，在典型的实验室应用中，它们的工作压力范围一般为10-2 到10-8mbar，并且抽速范围从50到500l/s。 当评估真空泵时，关键考虑事项应当包括真空性能(速度、压缩比、功率)、环境影响、维护周期和对油的要求（若有）。本文概述了各种抽空技术，并为科学家提供了选择最适合其应用的真空泵的指南。 选泵需要考虑的因素 为了解何种真空泵最适合您的应用，需要考虑多种因素： 抽气能力 这指的是泵的标称抽速，或更重要的是，在标称工艺压力下的目标工艺气体的抽气量。 然而，如前所述，像质谱分析等一些应用，要求更高的真空度，在这种情况下，通常使用涡轮分子泵加前级泵的泵组。在某些配置中，几个相互联通的腔室需要同时抽空。这可以通过使用多个单独的涡轮分子泵和/或单个多入口分子泵来实现，而多入口分子泵通常有两个(或更多)入口且可以同时抽取几个不同的腔室(采用不同的流量和压力)。 可靠性、维护和最终用户服务能力 现代工艺要求泵可以长时间不停顿工作，因为停机代价是非常昂贵的，所以使用可靠的高质量设备是至关重要的。 同时，需要真空泵维护简单并且可以最大程度延长维护周期。最终用户能够简便且迅速地对泵进行日常维护，实现最长的正常运行时间并减少维护成本。 环境和清洁 实验室清洁是极为重要的，因为工艺污染会导致昂贵的样品损耗。因此已开发了干净的、无油的泵来解决这些问题。 泵的类型 在下文中将会提到，目前有多种不同类型的高性能真空泵可以被使用。粗初泵如旋片泵和涡旋泵提供了至10-2 mbar的极限真空并可在某些应用中单独使用。它们也可以用作前级(粗抽)泵，与次级泵结合使用，建立用于质谱分析等应用的更高水平真空。 湿泵 采用油封结构的泵，如油封旋片泵，它们使用油来润滑、冷却和密封。在任何湿泵中液态油和油蒸汽共存于真空空间内。 油封旋片泵(OSRVP)有许多益处，因为它们可以良好的极限真空、较高的抽速、并且在运转中相当安静，它们也相对廉价。然而，因为这类泵含油，需要频繁的维护(因为油会随时间而被消耗和变质)，这对于要求设备可以连续运行是极其重要的。换油可能是频繁的，且必须按照制造商的说明来操作。使用油封式旋片泵，不仅油可能会污染工艺材料，而且工艺材料也会污染油，取决于工艺材料本身的性质，可能使得它难以被处理。这些泵需要进行配置(例如使用气镇、油雾过滤器和回油装置)来最好地配合其抽空。 干泵 相比之下，干泵没有密封液，而且被抽腔体不会有油污染，因此带来了数项重要的优势。因为真空环境下没有润滑剂，因此不需定期换油，从而减少了维护需求。涡旋干泵的维护需求极低：根据工艺应用的不同，每12 至 24个月更换端封，更换时间取决于泵的设计和制造商，基本上在20分钟到两个小时之间。大修的周期为四到五年，通常在大修时更换泵的轴承。 干泵还可将环境影响减到最低，且用户不存在处理废油的成本。 Edwards创新的XDS为涡旋干泵，其设计采用波纹管将轴承与真空隔离开，因而轴承、轴承吹扫、油脂或油不会与真空环境接触。轴承防尘圈(波纹管)也保护轴承免受任何工艺材料的污染。 应用：离心浓缩机中的真空 真空泵对于许多科学应用是至关重要的。例如，在药品研究的前期开发和发现阶段，科学家使用离心浓缩机从化合物中去除溶剂。真空泵是这一制程的组成部分，因为它降低了制程压力，因此降低了溶剂沸点，从而提高了制程的效率。真空泵也用于安全地去除溶剂——溶剂蒸汽被抽走，传送至冷阱中，进行安全的冷凝和处理。 可调节的气镇可以处理可凝性蒸汽，使得涡旋泵的应用扩展至许多先前不适合传统涡旋泵的应用范围。XDS泵设计用于可抽取可凝结的蒸汽，并已在涉及腐蚀性化学品的实验室应用中证明了它的性能。即使在充满溶剂的环境中，它也可提供可靠的性能，是各类湿化学法实验室应用的理想之选。 在XDS产品系列中，XDS35i具有高达35m3/hr的速度，XDS10提供的抽速高达10m3/hr，较小的XDS5提供最高为5m3/hr的速度。在离心浓缩机和旋转蒸发仪等设备中，这些产品实现了溶剂的高抽气量和快速蒸发。最近，XDS46i泵和XDS100B涡旋增压泵已经加入到产品组合中，后者与另一涡旋泵(XDS46i或XDS35i)结合使用，可提供最高100m3/hr的抽速。而且，这些坚固的泵在运转期间安静，散热也相对较低。 超高真空泵 在某些应用中(包括电子显微镜分析和质谱分析)必须具有高于10-7mbar的真空。常用来实现高/超高真空的泵包括涡轮分子泵、低温泵、离子泵和升华泵。涡轮分子泵是达到这些压力水平的理想抽空设备，因为它们的结构意味着其在这些压力范围之内通常具有更高的效率，超过其它的超高真空(UHV)泵。 Edwards在此领域中的最近创新成果是nEXT涡轮分子泵，可以提供高和超高真空性能，并提供最高至400l/s（N2）的抽速。 nEXT涡轮分子泵在紧凑的体积内使用创新技术来提供高性能、高可靠性以及简便的维护。该泵同时具有绿色模式，可帮助用户减少其碳排放量并节约能源成本。 nEXT泵的重要创新是新颖的紧凑式金属弹簧减震器来支持泵下端的轴承。这显著减少了来自转子叶片传送至泵壳体上的振动，因而泵在生产或维护后无需动平衡。它也使得用户能够不将泵从设备上拆下来便可以进行维护，把停机时间缩减到最短并显著降低运营成本。这是nEXT泵提供的主要优势，而其它的涡轮分子泵通常需要送回到服务中心来维护。 Edwards的nEXT泵也可提供选配型款，适合于敏感的电子显微镜应用。对于这些应用，L选配型泵具有更低的振动特征和较少的磁场辐射水平。 该泵尺寸紧凑且壳体采用几乎为正方形的外截面设计，允许以极近距离放置多个泵。nEXT系列可集成一个再生级的增压抽气口，并可获取额外的抽气能力。 可以按两种截然不同的方法使用增压抽气功能，有时也可结合使用。首先，机构可耐受较高的前级压力，因此可以使用较小容量的前级泵。其次，可以使用增压抽气口来抽取工艺室，而该腔室先前必须使用一个单独的粗初泵。因此，可以使用一台12m3/hr泵来替换先前必需的30m3/hr的前级泵，从而减少整个真空系统的尺寸、功率和成本。对于典型的前级泵，节能可达400W水平。这项节能显著减少了直接运行设备的使用成本，例如，使用较低的功率来驱动它，并减少前级泵的散热量，从而减少空调系统对于泵冷却的运营成本。 结论 真空泵是设备至关重要的部分，在许多科学应用中，使用特定系统来优化工艺和维持样品完整性时，选择合适的真空泵，需要考虑多个因素。 在决定何种真空泵是最佳解决方案之前，最重要的是应该全面考虑工艺应用要求并且寻求专家的建议。尤其在抽取易燃和其它危险材料时，这一点更加重要。 Edwards是研发和制造真空泵、真空测量和系统的领导厂商，产品经专门设计以应对不断演进的实验室和科学应用的挑战。Edwards公司在科学应用领域里拥有超过30年的丰富经验，对于真空在每个阶段所扮演的角色有着深入了解。这些经验结合创新的技术与协作的制造，能够帮助客户降低成本同时增强性能。 本文作者是Edwards公司全球应用经理Andrew Chew博士和科学仪器部全球市场经理Ian Olsen。ww.edwardsvacuum.com(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (9/15/2012)