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蒸気を処理する際に使用できる真空ポンプはどれですか?

蒸気をポンプで送る必要がある場合は、運転圧力ポンプ速度に加えて、3番目の決定要因である蒸気部分圧力が追加されます。これは、プロセスの過程で大幅に変化する場合があります。この要因は、設置するポンプ装置を決定する際に決定的に重要です。この点で、コンデンサロータリー容積型ポンプの重要な補助装置です。蒸気を移送するとき、高いポンプ速度を持っています。このページでは、水蒸気の移送について説明します(最も頻繁に発生するケース)。この考慮事項は、他の非攻撃性蒸気と同様に適用されます。

水蒸気の移送

水の蒸気は、ポンプ作動液として水または蒸気で動作するポンプ(ウォーターリングポンプや蒸気エゼクターポンプなど)によって頻繁に除去されます。ただし、低圧の蒸気エゼクターポンプの経済性は、一般に機械式ポンプの経済性よりもはるかに低いため、状況によって大きく異なります。蒸気部分が大きく空気部分が小さい蒸気-気体混合物の場合、蒸気はコンデンサで、永久ガスはガスバラストで運転する比較的小型の機械式ポンプで移送することができます。
それと比較して、ルーツポンプ、コンデンサ、バッキングポンプで構成されるポンプセットは、入口圧力50 mbarで、蒸気の100 kg(220ポンド)/h、18 kg(39ポンド)/hの空気を移送することができ、4~10 kW(空気量に依存)の電力が必要です。同じ性能の蒸気エゼクターポンプは、関与する空気の量を変えることなく約60 kWを必要とします。水蒸気の移送には、ガスバラストポンプ、およびガスバラストポンプ、ルーツポンプ、コンデンサの組み合わせが特に適しています。

ガスバラストポンプによる水蒸気の移送

蒸気部分圧力pvと空気部分圧力ppの比は、前述の方程式2.2および2.3で示したガスバラストポンプの正しい配置を評価する際に決定的な要素となります。したがって、ガスバラストポンプの水蒸気許容値が分かっている場合は、水蒸気をポンピングするためにガスバラストポンプを適切に使用することを明確に示すグラフを取得できます(図2.73を参照)。大型の1段圧縮ロータリーベーンポンプは、一般的に約(60~80℃)の作動温度を備えているため、水蒸気許容値は約40~60 mbarです。この値は、図2.73のさまざまな動作領域を決定するために使用されます。ガスバラストポンプの排気出口ポートの圧力は、排気出口バルブが開くまで最大1330 mbarまで上昇すると想定しています。

図2.73 ガスバラストポンプおよび水蒸気を移送するコンデンサの適用分野(w/o GB =ガスバラストなし)

領域A:ガスバラスト入口なしの1段圧縮ロータリーベーンポンプ。

飽和蒸気圧pSが、77℃(170℉)で419 mbarのとき、方程式2.2によれば、要件はpv < 0.46 ppという要件が与えられます。
pvは水蒸気部分圧力です
ppは空気の部分的な圧力です
pv + pp = ptot全圧力
この要件は、1段圧縮ロータリーベーンポンプの全作動領域で有効であるため、全圧力は10-1 ~1013 mbarです

領域B:ガスバラストおよび入口コンデンサ付き1段圧縮ロータリーベーンポンプ。

この領域では、水蒸気圧が入口で許容部分圧力を超えています。したがって、ガスバラストポンプの入口にコンデンサを挿入し、ロータリーベーンポンプの入口ポートでの水蒸気部分圧力が許容値を超えない定格にする必要があります。コンデンサの正しい寸法は、関連する水蒸気の量に応じて選択されます。水蒸気耐性が60 mbarの場合、この領域の下限は

pv > 6O + 0.46 pp mbar

領域C:ガスバラスト付き1段圧縮ロータリーベーンポンプ

領域Cの下限は、このポンプの作業領域の下限によって特徴付けられます。したがって、約ptot = 1 mbarになります。この領域で大量の蒸気が発生した場合は、コンデンサを挿入する方が経済的であることが多く、20 kg(44lbs)の蒸気が28 mbarで発生すると、約1000 m3の体積になります。この量をバッキングポンプで送るのは賢明ではありません。経験則として:
飽和水蒸気が長時間発生した場合は、必ずポンプの入口にコンデンサを挿入してください。

したがって、予防策として、凝縮能力が本質的に強化されるように、低い入口圧力でルーツポンプはコンデンサの前に常に挿入する必要があります。凝縮能力は蒸気圧力だけでなく、冷媒温度にも依存します。そのため、低い蒸気圧力では、冷媒温度が対応して低い場合にのみ効果的な凝縮を得ることができます。例えば、蒸気圧が6.5 mbar未満の場合、コンデンサの挿入は、冷媒温度が0℃(32℉)未満の場合にのみ有効です。多くの場合、低圧では、未飽和水蒸気と混合された気体がポンプで送られます(詳細については、コンデンサのページを参照してください)。一般的に、コンデンサを省くことができます。

領域D:2段ロータリーベーンポンプ、ルーツポンプ、蒸気エゼクターポンプは、プロセスに関係する全圧力に常に対応しています

2段ガスバラストポンプの水蒸気耐性は、対応する1段圧縮ポンプの値よりも低いことが多いことに再度注意する必要があります。

ルーツポンプによる水蒸気の移送

通常、ルーツポンプはガスバラストポンプほど経済的ではなく、40 mbarを超える圧力で連続運転します。周波数変換器を使用してルーツポンプを作動させることで、ポンプの速度がより低圧力で制限されますが、特定のエネルギー消費は実際により有利になります。ガスバラストポンプの場合と同様に、蒸気を送るためにルーツポンプが設置されている場合、すべてのケースを含むグラフを示すことができます(図2.74を参照)。

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

図2.74水蒸気を移送するルーツポンプとコンデンサの適用分野(w/o GB =ガスバラストなし)

領域A:ガスバラストなし1段圧縮ロータリーベーンポンプ付きルーツポンプ。

ルーツポンプとロータリーベーンポンプの間には単に圧縮しかないため、ここでも以下のことが当てはまります。

pv < 0.46 pp

この要件は、ポンプの組み合わせの作業領域全体で有効であるため、10-2~40 mbar(バイパスラインまたは変換器駆動のルートポンプでは1013 mbar)の全圧力に対して有効です。

領域B:メインコンデンサ、バイパスラインまたは周波数変換器付きルーツポンプ、中間コンデンサ、ガスバラストポンプ。

この組み合わせは、大量の水蒸気量を約40 mbarを超える入口圧力で連続的に送り込む場合にのみ経済的です。メインコンデンサのサイズは、関連する蒸気の量によって異なります。中間コンデンサは、蒸気部分圧力を60 mbar未満に下げる必要があります。したがって、ガスバラストポンプは、中間コンデンサの後ろの空気圧が特定の値を超えないようにするためにのみ十分な大きさにする必要があります。例えば、ルーツポンプの後ろの全圧力(常に中間コンデンサの後ろの全圧力と等しい)が133 mbarである場合、ガスバラストポンプは少なくともルーツポンプによって運ばれた空気量である73 mbarの空気部分圧力で送る必要があります。そうしないと、許容できる以上の水蒸気を取り込まなければなりません。これは基本的な要件です。ガスバラストポンプの使用は、空気もポンプで送る場合にのみ賢明です。

理想的な漏れのない容器では、必要な動作圧力に達した後、ガスバラストポンプを分離し、コンデンサのみでポンピングを継続する必要があります。コンデンサのページでは、ポンプとコンデンサの最良の組み合わせについて説明しています

領域C:ルーツポンプ、中間コンデンサ、ガスバラストポンプ。

水蒸気部分圧力の下限は、凝縮水の飽和蒸気圧によって決まる背圧でのルーツポンプの圧縮比によって決まります。また、この領域では、中間コンデンサは蒸気部分圧力を60 mbar以上に下げることができる必要があります。記載されている配置は、コンデンサを15℃(59℉)で冷却する場合、水蒸気圧が約4~40 mbarの場合に適しています。

領域D:ルーツポンプとガスバラストポンプ。

この領域Dでは、限界はポンプの段階とサイズの比率にも依存します。ただし、一般的に、この組み合わせは、この組み合わせは、前述の制限内、つまり10-2 ~4 mbarの間で常に使用できます。

表XII一般的な溶媒に関する重要なデータ(特徴図)。

図9.19水の相図

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