CN115253645A - 一种真空保障及尾气处理集成系统及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种真空保障及尾气处理集成系统，其用于对炉体抽真空和对由炉体排出的尾气进行处理，包括抽真空装置和尾气处理装置；抽真空装置包括一级罗茨泵和二级罗茨泵，二级罗茨泵的一端与炉体相连，一级罗茨泵的一端分别连接有机械泵和液环泵；抽真空装置还包括安装于循环管道上且用于为液环泵降温的冷却循环系统。本发明还公开了一种真空保障及尾气处理集成系统，包括炉内压力控制方法和尾气处理方法。与现有技术相比，本发明将抽真空装置和尾气处理装置集成在一起，用于对炉体抽真空和对由炉体排出的尾气进行处理，能同时保证抽真空和尾气处理的效果和效率，保证排出的尾气满足环保的要求。
Description
技术领域
本发明属于气相沉积设备技术领域，尤其涉及一种真空保障及尾气处理集成系统及其使用方法。
背景技术
沉积设备工作时，需要对炉体排出的酸性尾气进行处理。
现有技术中，采用碱液喷淋装置对尾气进行处理，该方案为相对比较粗犷的尾气处理方案，不能保证排出的尾气满足环保的要求。
发明内容
(一)要解决的技术问题
基于此，本发明提出了一种真空保障及尾气处理集成系统及其使用方法，该发明旨在解决现有技术中的采用碱液喷淋装置对尾气进行处理方案存在尾气处理效果不佳的技术问题。
(二)技术方案
为解决上述技术问题，本发明提出了一种真空保障及尾气处理集成系统，所述真空保障及尾气处理集成系统用于对炉体抽真空和对由炉体排出的尾气进行处理，所述真空保障及尾气处理集成系统包括抽真空装置和尾气处理装置；所述抽真空装置包括串联的一级罗茨泵和二级罗茨泵，所述二级罗茨泵远离所述一级罗茨泵的一端与所述炉体相连，所述一级罗茨泵远离所述二级罗茨泵的一端分别连接有机械泵和液环泵；所述尾气处理装置包括：酸碱中和罐和分别与所述酸碱中和罐连通的混合物进入管道和循环管道，所述酸碱中和罐内设有碱液；其中：所述液环泵泵腔内的介质为碱液；所述液环泵上设有：液环泵进口、液环泵出口和液环泵循环口，所述液环泵进口与二级罗茨泵相连；所述混合物进入管道连接所述液环泵出口和所述酸碱中和罐，所述循环管道连接所述液环泵循环口和所述酸碱中和罐；所述抽真空装置还包括安装于所述循环管道上且用于为所述液环泵降温的冷却循环系统。
优选的，所述酸碱中和罐包括气体入口和液体入口，所述混合物进入管道的下端分为混合物进入气管和混合物进入液管，所述混合物进入气管与所述气体入口连通，所述混合物进入液管和液体入口连通，所述混合物进入气管伸至所述酸碱中和罐内的碱液液面之下。
优选的，所述冷却循环系统包括：换热器、冷水机组和温度计，所述换热器安装于所述循环管道上，所述冷水机组与换热器相连，所述温度计设于所述换热器与所述液环泵循环口之间的管路上；所述冷水机组中的水温范围为5-10℃。
优选的，所述真空保障及尾气处理集成系统还包括连入所述循环管道的清洗进水管，所述清洗进水管上设有清洗进水管手动开关阀；所述混合物进入液管上设有清洗排水管，所述清洗排水管上设有清洗排水管手动开关阀。
优选的，所述循环管道靠近所述酸碱中和罐的位置设有PH值传感器；所述酸碱中和罐上还设有排气管和排污管，所述排气管上设有排气手动球阀，所述排污管上设有排污手动球阀；所述的循环管道靠近所述酸碱中和罐的一端设有出液手动阀。
优选的，所述罗茨泵的泵腔镀有耐腐蚀合金，所述耐腐蚀合金为镍合金。
本发明还提供了一种如上述的真空保障及尾气处理集成系统的使用方法，所述真空保障及尾气处理集成系统的使用方法包括炉内压力控制方法和尾气处理方法；所述炉内压力控制方法包括如下步骤：在所述炉体未工作，炉内压力为大气压的情况下，启动所述机械泵，利用所述机械泵对所述炉体抽气，当所述炉体内压力达到第一预设压力时，开始对所述炉体升温；当所述炉体的温度升至预设工艺温度时，向所述炉体内充入工艺充气体；充入工艺充气体10-40分钟后，保持工艺充气体的持续充入，同时关闭所述机械泵，再启动所述液环泵，利用所述液环泵继续对所述炉体抽气；当所述炉体内压力达到第二预设压力时，开启所述一级罗茨泵，通过所述液环泵和一级罗茨泵共同对所述炉体抽气；当所述炉体内压力达到第三预设压力时，开启所述二级罗茨泵，通过所述二级罗茨泵、一级罗茨泵和液环泵共同对所述炉体抽气；所述尾气处理方法包括如下步骤：在所述液环泵开始工作时，所述尾气处理装置同步工作，所述液环泵将所述炉体内的尾气由所述液环泵进口抽入，在所述液环泵内与所述液环泵内的碱液进行一级酸碱中和反应后，由所述液环泵出口排出气液混合物，所述气液混合物排向所述酸碱中和罐中，所述气液混合物与所述酸碱中和罐中的碱液进行二级酸碱中和反应，中和反应后的气体由所述排气管排出，中和反应后的液体经所述液环泵循环口回流至所述液环泵内，所述液环泵工作时，所述冷却循环系统同步工作。
优选的，所述PH值传感器对中和后的液体进行PH值检测，若中和后的液体的PH值未达到预设的排放要求，则需要向所述酸碱中和罐内补入碱，以实现对所述酸碱中和罐内的酸性物体进行进一步酸碱中和处理，直至PH值达到排放要求。
优选的，所述第一预设压力为10pa，所述第二预设压力为3000pa，所述第三预设压力为1000pa。
优选的，所述真空保障及尾气处理集成系统的使用方法还包括液环泵清洗的方法，过程如下：打开所述清洗进水管手动开关阀，由所述清洗进水管经所述冷却循环系统后，向所述液环泵的液环泵循环口引入清洗水，经所述液环泵后，由所述液环泵出口流出，并经所述清洗排水管排出。
(三)有益效果
本发明与现有技术对比，本发明真空保障及尾气处理集成系统的有益效果主要包括：
本发明采用液环泵、机械泵、一级罗茨泵和二级罗茨泵形成真空泵组，既能保证对炉体抽真空的效率和效果，又能增加一道酸碱中和工序，提高尾气处理效果。采用本发明的结构，在液环泵将炉体的尾气抽至酸碱中和罐前，就对尾气进行了一道酸碱中和反应。由液环泵流出的气液混合物进入酸碱中和罐后，会进行第二道酸碱中和反应。采用该结构，实现二道酸碱中和反应，大大提高了废气处理的效果和效率。此外，本发明采用酸碱中和罐对尾气进行碱洗的方案代替现有技术的碱液喷淋方案，形成上述的第二道酸碱中和反应工序，进一步提高了酸碱中和的效果。
附图说明
图1为本发明的真空保障及尾气处理集成系统的应用状态示意图。
图2为本发明的真空保障及尾气处理集成系统的整体结构示意图。
附图标记说明：
100.炉体，200.真空保障及尾气处理集成系统。
1.一级罗茨泵，2.二级罗茨泵，3.机械泵，4.液环泵，5.酸碱中和罐，6.混合物进入管道，7.循环管道，8.换热器，9.冷水机组，10.温度计，11.清洗进水管，12.清洗进水管手动开关阀，13.清洗排水管，14.清洗排水管手动开关阀，15.排气管，16.排污管，17.PH值传感器，18.排气手动球阀，19.排污手动球阀，20.出液手动阀。
41.液环泵进口，42.液环泵出口，43.液环泵循环口。
51.气体入口，52.液体入口。
61.混合物进入气管，62.混合物进入液管。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通，也可以是“传动连接”，即通过带传动、齿轮传动或链轮传动等各种合适的方式进行动力连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面结合附图对本发明的真空保障及尾气处理集成系统200及其使用方法作进一步的说明。
请参图1-2，一种真空保障及尾气处理集成系统200，其用于对炉体100抽真空和对由炉体100排出的尾气进行处理，真空保障及尾气处理集成系统200包括抽真空装置和尾气处理装置；抽真空装置包括串联的一级罗茨泵1和二级罗茨泵2，二级罗茨泵2远离一级罗茨泵1的一端与炉体100相连，一级罗茨泵1远离二级罗茨泵2的一端分别连接有机械泵3和液环泵4；尾气处理装置包括：酸碱中和罐5和分别与酸碱中和罐5连通的混合物进入管道6和循环管道7，酸碱中和罐5内设有碱液；其中：液环泵4泵腔内的介质为碱液；液环泵4上设有：液环泵进口41、液环泵出口42和液环泵循环口43，液环泵进口41与二级罗茨泵2相连；混合物进入管道6连接液环泵出口42和酸碱中和罐5，循环管道7连接液环泵循环口43和酸碱中和罐5；抽真空装置还包括安装于循环管道7上且用于为液环泵4降温的冷却循环系统。
本发明的真空保障及尾气处理集成系统应用于氮化物沉积设备，其能够实现在腐蚀条件下，保障炉体100内的真空环境和对炉体100中排出的气体进行抽真空和尾气处理。
根据本发明的具体实施方式，酸碱中和罐5包括气体入口51和液体入口52，混合物进入管道6的下端分为混合物进入气管61和混合物进入液管62，混合物进入气管61与气体入口51连通，混合物进入液管62和液体入口52连通，混合物进入气管61伸至酸碱中和罐5内的碱液液面之下。
根据本发明的具体实施方式，冷却循环系统包括：换热器8、冷水机组9和温度计10，换热器8安装于循环管道7上，冷水机组9与换热器8相连，温度计10设于换热器8与液环泵循环口43之间的管路上；冷水机组9中的水温范围为5-10℃。
本实施方式中，通过合理设置冷水机组9中水温的温度范围，可有效降低液环泵4内碱液的温度，保证液环泵4长期稳定的运行。保证液环泵4中的碱液处于相对低温(5-10℃)的状态，避免液环泵4内的碱液过热蒸发，也可避免液环泵4内的碱液过冷凝结，如此保证液环泵4的抽真空能力，保证尾气处理装置正常工作。
根据本发明的具体实施方式，真空保障及尾气处理集成系统还包括连入循环管道7中的清洗进水管11，清洗进水管11上设有清洗进水管手动开关阀12；混合物进入液管62上设有清洗排水管13，清洗排水管13上设有清洗排水管手动开关阀14。
本实施方式中，由于液环泵4长期使用后，在液环泵4内进行酸碱反应生成的盐类物质会沾覆于液环泵4的内腔。通过增加清洗管路，可对液环泵4进行清洗，去除沾覆于液环泵4的内腔的盐类物质，减少盐类物质对液化泵内部的损伤。
根据本发明的具体实施方式，循环管道7靠近酸碱中和罐5的位置设有PH值传感器17。
本实施方式中，通在循环回路上设置PH值传感器17，可利用PH值传感器17对酸碱反应的结果进行测定，以根据实际情况调整碱的加入量，保证酸碱反应的充分性。保证排出的废物的PH值满足环保要求。
根据本发明的具体实施方式，酸碱中和罐5上还设有排气管15和排污管16，排气管15上设有排气手动球阀18，排污管16上设有排污手动球阀19；循环管道7靠近酸碱中和罐5的一端设有出液手动阀20。
本实施方式中，采用该结构，利于反应后的气体或清洗后的污物从酸碱中和罐5中排出。
上述实施方式中，罗茨泵的泵腔镀有耐腐蚀合金，耐腐蚀合金为镍合金。通过该结构，可抵抗由炉体100排出的酸性尾气对真空泵腔的酸腐蚀，同时，采用该结构，还可帮助真空泵腔抵抗由炉体100排出的固相颗粒对泵腔的磨损。保证泵组的使用寿命，使真空泵组能长期可靠的工作，减少对沉积设备维护的频次。
下面对本发明提供的真空保障及尾气处理集成系统的使用方法进行描述，下文描述的真空保障及尾气处理集成系统的使用方法与上文描述的真空保障及尾气处理集成系统200可相互对应参照。
本发明还公开了一种上述真空保障及尾气处理集成系统的使用方法，真空保障及尾气处理集成系统的使用方法包括炉内压力控制方法和尾气处理方法。
炉内压力控制方法包括如下步骤：在炉体100未工作，炉内压力为大气压的情况下，启动机械泵3，利用机械泵3对炉体100抽气，当炉体100内压力达到第一预设压力时，开始对炉体100升温；当炉体100的温度升至预设工艺温度时，向所述炉体内充入工艺充气体；充完工艺气体后，充入工艺充气体10-40分钟(优选为30分钟)后，保持工艺充气体的持续充入，同时关闭机械泵3，再启动液环泵4，利用液环泵4继续对炉体100抽气；当炉体100内压力达到第二预设压力时，开启一级罗茨泵1，通过液环泵4和一级罗茨泵1共同对炉体100抽气；当炉体100内压力达到第三预设压力时，开启二级罗茨泵2，通过二级罗茨泵2、一级罗茨泵1和液环泵4共同对炉体100抽气。
尾气处理方法包括如下步骤：在液环泵4开始工作时，尾气处理装置同步工作，液环泵4将炉体100内的尾气由液环泵进口41抽入，在液环泵4内与液环泵4内的碱液进行一级酸碱中和反应后，由液环泵出口42排出气液混合物，气液混合物排向酸碱中和罐5中，气液混合物与酸碱中和罐5中的碱液进行二级酸碱中和反应，中和反应后的气体由排气管15排出，中和反应后的液体经液环泵循环口43回流至液环泵4内，液环泵4工作时，为液环泵4降温的冷却循环系统同步工作。
根据本发明的具体实施方式，PH值传感器17对中和后的液体进行PH值检测，若中和后的液体的PH值未达到预设的排放要求，则需要向酸碱中和罐5内补入碱，以实现对酸碱中和罐5内的酸性物体进行进一步酸碱中和处理，直至PH值达到排放要求。
根据本发明的具体实施方式，第一预设压力为10pa，第二预设压力为3000pa，第三预设压力为1000pa。
根据本发明的具体实施方式，真空保障及尾气处理集成系统的使用方法还包括液环泵清洗的方法，过程如下：打开清洗进水管手动开关阀12，由清洗进水管11经冷却循环系统后，向液环泵4的液环泵循环口43引入清洗水，经液环泵4后，由液环泵出口42流出，并经清洗排水管13排出。
上述实施方式中，气液混合物包括废气和废液。
需要说明的是，炉内压力控制方法中的“预设工艺温度”的具体值，需根据具体的产品及产品的工艺要求确定。
液环泵4工作时，在液环泵4泵腔内形成由碱液形成的高速旋转液环。高速旋转液环能有效保护液化泵泵腔，高速旋转液环能够叶片和泵腔直接接触，因为液环存在，提高抗摩擦能力，避免液环泵4的泵腔产生机械损失。而通过在泵腔度镍合金，可提高泵腔的抗腐蚀能力。
因为液环泵4内为碱液，碱液沸点低，导致液环泵4的抽真空能力不佳，但本发明通过加装冷却循环系统，可为液环泵4降温，避免液环泵4过热，保证其抽真空能力。
本实施方式中，液环泵4、机械泵3、一级罗茨泵1和二级罗茨泵2形成真空泵组，该结构既能保证对炉体100抽真空效率和效果，又能增加一道酸碱中和工序，提高尾气处理效果。具体如下：
本实施方式中，机械泵3用于抽真空，且机械泵3还利于罗茨泵的启动。机械泵3还具有抽真空效率块，抽真空的能力强的优点。采用该结构，可保证抽真空的效率。
液环泵4本身的抽真空能力不佳，而利用抽真空效果好的机械泵3和罗茨泵弥补该不足，保证对炉体100抽真空的效果。液环泵4内的介质为碱液(现有结构中为保证抽真空能力，液环泵4内的介质为油，若采用该结构泵送尾气，会排出尾气和油，造成排放污染且无法同时达到酸碱中和的效果)。采用本发明的结构，在液环泵4将炉体100中的尾气抽至酸碱中和罐5前，就对尾气进行了一道酸碱中和反应。由液环泵4流出的气液混合物进入酸碱中和罐5后，会进行第二道酸碱中和反应。采用该结构，实现二道酸碱中和反应，大大提高了废气处理的效果和效率。
此外，本发明采用酸碱中和罐5对尾气进行碱洗的方案代替现有技术的碱液喷淋方案，形成上述的第二道酸碱中和反应工序，进一步提高了酸碱中和的效果。
虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。
Claims (10)
1.一种真空保障及尾气处理集成系统，其特征在于，所述真空保障及尾气处理集成系统用于对炉体抽真空和对由炉体排出的尾气进行处理，所述真空保障及尾气处理集成系统包括抽真空装置和尾气处理装置；所述抽真空装置包括串联的一级罗茨泵和二级罗茨泵，所述二级罗茨泵远离所述一级罗茨泵的一端与所述炉体相连，所述一级罗茨泵远离所述二级罗茨泵的一端分别连接有机械泵和液环泵；所述尾气处理装置包括：酸碱中和罐和分别与所述酸碱中和罐连通的混合物进入管道和循环管道，所述酸碱中和罐内设有碱液；其中：所述液环泵泵腔内的介质为碱液；所述液环泵上设有：液环泵进口、液环泵出口和液环泵循环口，所述液环泵进口与二级罗茨泵相连；所述混合物进入管道连接所述液环泵出口和所述酸碱中和罐，所述循环管道连接所述液环泵循环口和所述酸碱中和罐；所述抽真空装置还包括安装于所述循环管道上且用于为所述液环泵降温的冷却循环系统。
2.根据权利要求1所述的真空保障及尾气处理集成系统，其特征在于，所述酸碱中和罐包括气体入口和液体入口，所述混合物进入管道的下端分为混合物进入气管和混合物进入液管，所述混合物进入气管与所述气体入口连通，所述混合物进入液管和液体入口连通，所述混合物进入气管伸至所述酸碱中和罐内的碱液液面之下。
3.根据权利要求2所述的真空保障及尾气处理集成系统，其特征在于，所述冷却循环系统包括：换热器、冷水机组和温度计，所述换热器安装于所述循环管道上，所述冷水机组与换热器相连，所述温度计设于所述换热器与所述液环泵循环口之间的管路上；所述冷水机组中的水温范围为5-10℃。
4.根据权利要求3所述的真空保障及尾气处理集成系统，其特征在于，所述真空保障及尾气处理集成系统还包括连入所述循环管道的清洗进水管，所述清洗进水管上设有清洗进水管手动开关阀；所述混合物进入液管上设有清洗排水管，所述清洗排水管上设有清洗排水管手动开关阀。
5.根据权利要求4所述的真空保障及尾气处理集成系统，其特征在于，所述循环管道靠近所述酸碱中和罐的位置设有PH值传感器；所述酸碱中和罐上还设有排气管和排污管，所述排气管上设有排气手动球阀，所述排污管上设有排污手动球阀；所述的循环管道靠近所述酸碱中和罐的一端设有出液手动阀。
6.根据权利要求5所述的真空保障及尾气处理集成系统，其特征在于，所述罗茨泵的泵腔镀有耐腐蚀合金，所述耐腐蚀合金为镍合金。
7.一种如权利要求5或6所述的真空保障及尾气处理集成系统的使用方法，其特征在于，所述真空保障及尾气处理集成系统的使用方法包括炉内压力控制方法和尾气处理方法；
所述炉内压力控制方法包括如下步骤：在所述炉体未工作，炉内压力为大气压的情况下，启动所述机械泵，利用所述机械泵对所述炉体抽气，当所述炉体内压力达到第一预设压力时，开始对所述炉体升温；当所述炉体的温度升至预设工艺温度时，向所述炉体内充入工艺充气体；充入工艺充气体10-40分钟后，保持工艺充气体的持续充入，同时关闭所述机械泵，再启动所述液环泵，利用所述液环泵继续对所述炉体抽气；当所述炉体内压力达到第二预设压力时，开启所述一级罗茨泵，通过所述液环泵和一级罗茨泵共同对所述炉体抽气；当所述炉体内压力达到第三预设压力时，开启所述二级罗茨泵，通过所述二级罗茨泵、一级罗茨泵和液环泵共同对所述炉体抽气；
所述尾气处理方法包括如下步骤：在所述液环泵开始工作时，所述尾气处理装置同步工作，所述液环泵将所述炉体内的尾气由所述液环泵进口抽入，在所述液环泵内与所述液环泵内的碱液进行一级酸碱中和反应后，由所述液环泵出口排出气液混合物，所述气液混合物排向所述酸碱中和罐中，所述气液混合物与所述酸碱中和罐中的碱液进行二级酸碱中和反应，中和反应后的气体由所述排气管排出，中和反应后的液体经所述液环泵循环口回流至所述液环泵内，所述液环泵工作时，所述冷却循环系统同步工作。
8.根据权利要求7所述的真空保障及尾气处理集成系统的使用方法，其特征在于，所述PH值传感器对中和后的液体进行PH值检测，若中和后的液体的PH值未达到预设的排放要求，则需要向所述酸碱中和罐内补入碱，以实现对所述酸碱中和罐内的酸性物体进行进一步酸碱中和处理，直至PH值达到排放要求。
9.根据权利要求8所述的真空保障及尾气处理集成系统的使用方法，其特征在于，所述第一预设压力为10pa，所述第二预设压力为3000pa，所述第三预设压力为1000pa。
10.根据权利要求9所述的真空保障及尾气处理集成系统的使用方法，其特征在于，所述真空保障及尾气处理集成系统的使用方法还包括液环泵清洗的方法，过程如下：打开所述清洗进水管手动开关阀，由所述清洗进水管经所述冷却循环系统后，向所述液环泵的液环泵循环口引入清洗水，经所述液环泵后，由所述液环泵出口流出，并经所述清洗排水管排出。
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