Bơm ngưng tụ hoạt động như thế nào?
Khi bơm hơi nước trong một nhà máy công nghiệp lớn, một lượng không khí nhất định luôn liên quan, có trong hơi nước hoặc xuất phát từ rò rỉ trong nhà máy (những cân nhắc sau đây rõ ràng cũng áp dụng chung cho hơi nước khác ngoài hơi nước). Do đó, bình ngưng phải được hỗ trợ bởi một bơm dung môi khí (xem Hình 2,41) và do đó luôn hoạt động - giống như bơm Roots - kết hợp. Bơm dung môi khí có chức năng bơm phần không khí, thường chỉ là một phần nhỏ của hỗn hợp hơi nước liên quan, mà không bơm đồng thời nhiều hơi nước. Do đó, có thể hiểu rằng, trong sự kết hợp của ngưng tụ và bơm dung môi khí ở trạng thái tĩnh, các tỷ lệ dòng chảy, xảy ra trong vùng chân không thô, không thể dễ dàng đánh giá mà không cần xem xét thêm. Việc áp dụng đơn giản phương trình liên tục không đủ vì không còn quan tâm đến trường dòng chảy không có nguồn hoặc chậu rửa (bình ngưng, dựa trên các quá trình ngưng tụ, là một chậu rửa). Điều này đặc biệt được nhấn mạnh tại thời điểm này. Trong trường hợp thực tế "không hoạt động" của kết hợp bơm dung môi ngưng tụ - bơm dung môi khí, có thể không hợp lý khi đổ lỗi cho bơm ngưng tụ.
Hình 2,41 Bình ngưng (I) với bơm dung môi khí xả (II) để bơm một lượng lớn hơi nước trong phạm vi chân không thô (III) - van tiết lưu có thể điều chỉnh.
- Đầu vào của bình ngưng
- Xả nước ngưng tụ
- Xem phần.
Ứng dụng của bơm ngưng tụ
Để bơm lượng hơi nước lớn hơn, bình ngưng là máy bơm tiết kiệm nhất. Theo quy định, ngưng tụ được làm mát bằng nước có nhiệt độ sao cho nhiệt độ ngưng tụ đủ thấp dưới điểm sương của hơi nước và đảm bảo hoạt động ngưng tụ hoặc bơm tiết kiệm. Tuy nhiên, để làm mát, cũng có thể sử dụng các môi trường như nước muối và môi chất lạnh (NH3, Freon).
Kết hợp với dung môi khí
Khi định cỡ kết hợp bơm ngưng tụ và bơm dung môi khí, phải xem xét các điểm sau:
a) tỷ lệ khí vĩnh viễn (không khí) được bơm đồng thời với hơi nước không nên quá lớn. Ở áp suất riêng phần của không khí lớn hơn khoảng 5% tổng áp suất ở đầu ra của bình ngưng, một lượng không khí tích tụ rõ rệt được tạo ra ở phía trước các bề mặt của bình ngưng. Sau đó, bình ngưng không thể đạt được công suất đầy đủ (Xem thêm tài khoản trên trang Bơm khí (quy trình ướt) về việc bơm đồng thời khí và hơi).
b) áp suất hơi nước ở đầu ra của ngưng tụ - tức là ở phía đầu vào của bơm dung môi khí - không được (khi lượng khí vĩnh viễn, được mô tả chi tiết hơn trên trang Khí bơm (quy trình ướt), không được bơm đồng thời) lớn hơn dung sai hơi nước cho bơm dung môi khí liên quan. Nếu - như không thể luôn tránh được trong thực tế - dự kiến sẽ có áp suất hơi nước cao hơn ở đầu ra của bình ngưng, sẽ thuận tiện khi lắp một bộ tiết lưu giữa đầu ra của bình ngưng và cổng nạp của bơm dung môi khí. Độ dẫn điện của van tiết lưu này phải thay đổi và được điều chỉnh (xem trang: Tính toán độ dẫn điện ) để khi van tiết lưu đầy đủ, áp suất tại cổng nạp của bơm dung môi khí không thể cao hơn dung sai hơi nước. Ngoài ra, việc sử dụng các chất làm lạnh khác hoặc giảm nhiệt độ nước làm mát thường có thể cho phép áp suất hơi nước giảm xuống dưới giá trị yêu cầu.
Đối với đánh giá toán học về sự kết hợp của ngưng tụ và bơm dung môi khí, có thể giả định rằng không xảy ra mất áp suất trong ngưng tụ, rằng tổng áp suất ở đầu vào ngưng tụ p tot 1, bằng tổng áp suất ở đầu ra ngưng tụ, p tot 2 ( 2,23)
(2,23)
P tot1 = p tot2
Tổng áp suất bao gồm tổng các phần áp suất riêng phần của không khí pp và hơi nước pv: ( 2.23a)
(2.23a)
pp1 + pv1 = pp2 + pv2
Do tác động của bình ngưng, áp suất hơi nước pD2 ở đầu ra của bình ngưng luôn thấp hơn áp suất ở đầu vào; để đáp ứng (2,23), áp suất riêng phần của không khí pp2 ở đầu ra phải cao hơn áp suất ở đầu vào pp1, (xem Hình 2,43), ngay cả khi không có ga.
Hình 2,43 Biểu đồ phân phối áp suất trong bình ngưng tụ. Các dòng đầy đủ tương ứng với các điều kiện trong một bình ngưng trong đó sự sụt áp suất nhỏ xảy ra (ptot 2 < ptot 1).
Các đường chấm là những đường cho một bình ngưng lý tưởng (p tot 2 ≈ p tot 1 ). pD: Áp suất một phần của hơi nước, pL: Áp suất một phần của không khí.
- Đầu vào ngưng tụ
- Đầu ra ngưng tụ
Áp suất riêng phần không khí pp2 cao hơn ở đầu ra của bình ngưng được tạo ra bởi sự tích tụ không khí, miễn là không khí tồn tại ở đầu ra, sẽ tạo ra sự cân bằng dòng chảy tĩnh. Từ sự tích tụ khí này, bơm dung môi khí (có thể bị hạn chế) trong trạng thái cân bằng loại bỏ chỉ bằng lượng dòng khí từ cổng nạp (1) qua bình ngưng.
Tính toán kích thước của bình ngưng tụ và dung môi khí
Tất cả các phép tính đều dựa trên (2.23a), tuy nhiên, cần có thông tin về lượng hơi và khí vĩnh viễn được bơm, thành phần và áp suất. Có thể tính toán kích thước của bơm ngưng tụ và bơm dung môi khí, trong đó hai số lượng này thực sự không độc lập với nhau. Hình 2,42 đại diện cho kết quả của phép tính như một ví dụ về một thiết bị ngưng tụ có bề mặt ngưng tụ là 1 m2 và ở áp suất đầu vào p v1,là 40 mbar, công suất ngưng tụ là 33lbs (15kg) / giờ hơi nước tinh khiết nếu tỷ lệ khí vĩnh viễn rất nhỏ. 1 m3 nước làm mát được sử dụng mỗi giờ, ở áp suất quá cao của đường dây là 3 bar và nhiệt độ là 53,6°F (12°C). Tốc độ bơm cần thiết của bơm dung môi khí phụ thuộc vào điều kiện vận hành hiện tại, đặc biệt là kích thước của bình ngưng. Tùy thuộc vào hiệu suất của bình ngưng, áp suất hơi nước một phần pv2 cao hơn hoặc thấp hơn áp suất bão hòa pS tương ứng với nhiệt độ của môi chất lạnh. (Bằng cách làm mát bằng nước ở nhiệt độ 53,6°F (12°C), pS, sẽ là 15 mbar (xem Bảng XIII trong Phần 9)). Tương ứng, áp suất không khí một phần pp2 áp dụng tại cổng ra của bình ngưng cũng thay đổi. Với bình ngưng lớn, pv2 ≈ pS, áp suất riêng phần của không khí pp,2 do đó lớn, và vì pp · V = const, thể tích không khí liên quan nhỏ. Do đó, chỉ cần một bơm dung môi khí tương đối nhỏ. Tuy nhiên, nếu bình ngưng nhỏ, trường hợp ngược lại xảy ra: pv2 > pS · pp2, nhỏ. Ở đây, cần có một bơm dung môi khí tương đối lớn. Vì lượng không khí liên quan trong quá trình bơm sử dụng bình ngưng không nhất thiết phải không đổi mà thay đổi trong phạm vi giới hạn rộng hơn hoặc ít hơn, nên việc cân nhắc sẽ khó khăn hơn. Do đó, cần phải điều chỉnh tốc độ bơm của bơm dung môi khí hiệu quả tại ngưng tụ trong một số giới hạn nhất định.
Hình 2,42 Công suất ngưng tụ của bình ngưng tụ (khu vực bề mặt có thể ngưng tụ 1 m2) như một chức năng của áp suất nạp pD1 của hơi nước. Đường cong a: Nhiệt độ nước làm mát 53,6°F (12°C). Đường cong b: Nhiệt độ 77°F (25 °C). Mức tiêu thụ trong cả hai trường hợp là 1 m3/h ở áp suất quá cao 3 bar.
Bảng XIII Áp suất bão hòa ps và mật độ hơi eD của nước trong phạm vi nhiệt độ từ -148°F (-100°C) đến +284°F (+140°C1)
Cân nhắc thực tế khi sử dụng bình ngưng tụ
Trong thực tế, các biện pháp sau đây là thông thường:
a) Một bộ phận tiết lưu được đặt giữa bơm dưỡng khí và ngưng tụ, có thể bị đoản mạch trong quá trình bơm thô. Phải điều chỉnh lực cản dòng chảy của bộ phận tiết lưu để tốc độ hiệu quả của bơm có thể giảm xuống giá trị yêu cầu. Giá trị này có thể được tính toán bằng các phương trình được cung cấp trên trang khí bơm (quy trình ướt).
b) Bên cạnh bơm lớn để bơm thô, một bơm giữ tốc độ thấp được lắp đặt, có kích thước tương ứng với lượng khí tối thiểu. Mục đích của bơm giữ này chỉ là duy trì áp suất vận hành tối ưu trong quá trình.
c) Lượng không khí cần thiết được đưa vào đường vào của bơm thông qua van rò rỉ biến thiên. Lượng không khí bổ sung này hoạt động như một túi khí mở rộng, làm tăng khả năng chịu hơi nước của bơm. Tuy nhiên, biện pháp này thường dẫn đến công suất ngưng tụ giảm. Hơn nữa, lượng khí bổ sung vào có nghĩa là tiêu thụ thêm điện năng và tăng mức tiêu thụ dầu. Vì hiệu suất của thiết bị ngưng tụ bị suy giảm do áp suất không khí trong thiết bị ngưng tụ quá cao, nên không nên đặt cửa nạp khí ở phía trước, mà thường chỉ ở phía sau thiết bị ngưng tụ.
Nếu thời gian khởi động của quy trình ngắn hơn tổng thời gian chạy, phương pháp đơn giản nhất về mặt kỹ thuật - bơm thô và bơm giữ - sẽ được sử dụng. Các quy trình với các điều kiện thay đổi mạnh đòi hỏi một bộ phận tiết lưu có thể điều chỉnh và, nếu cần, một lượng khí vào có thể điều chỉnh.
Ở phía đầu vào của bơm dung môi khí luôn có áp suất hơi nước một phần p v2, ít nhất bằng áp suất hơi bão hòa của nước ở nhiệt độ nước làm mát. Trường hợp lý tưởng này chỉ có thể thực hiện được trong thực tế với một ngưng tụ rất lớn (xem ở trên).
Cách thức hoạt động
Để thực hành và dựa trên các quy tắc cơ bản đã nêu, hãy xem xét hai trường hợp sau:
- Bơm khí vĩnh viễn với một lượng hơi nước nhỏ. Ở đây, kích thước của kết hợp bơm dung môi ngưng tụ - dung môi khí được quyết định dựa trên lượng khí vĩnh viễn được bơm ra. Chức năng của bình ngưng chỉ là giảm áp suất hơi nước tại cổng nạp của bơm dung môi khí xuống dưới giá trị dung sai hơi nước.
- Bơm hơi nước với một lượng nhỏ khí vĩnh viễn. Ở đây, để làm cho ngưng tụ có hiệu quả cao, áp suất riêng phần của các khí vĩnh viễn trong ngưng tụ càng nhỏ càng tốt. Ngay cả khi áp suất hơi nước một phần trong ngưng tụ phải lớn hơn dung sai hơi nước của bơm dung môi khí, một bơm dung môi khí tương đối nhỏ nói chung là đủ với việc hạn chế cần thiết để bơm các khí vĩnh viễn phổ biến.
Lưu ý quan trọng: Trong quá trình này, nếu áp suất trong bình ngưng giảm xuống dưới áp suất hơi bão hòa của nước ngưng (tùy thuộc vào nhiệt độ nước làm mát), bình ngưng phải bị chặn hoặc ít nhất là nước ngưng thu thập phải được cách ly. Nếu không thực hiện, bơm dung môi khí sẽ bơm hơi nước đã ngưng tụ trước đó trong bình ngưng
Kiến thức cơ bản về công nghệ chân không
Tải eBook "Nguyên tắc cơ bản của công nghệ chân không" của chúng tôi để khám phá những điều cần thiết và quy trình của bơm chân không.
Tài liệu tham khảo
- Biểu tượng chân không
- Bảng thuật ngữ
- Tài liệu tham khảo
Biểu tượng chân không
Biểu tượng chân không
Bảng thuật ngữ các biểu tượng thường được sử dụng trong các sơ đồ công nghệ chân không để thể hiện trực quan các loại bơm và các bộ phận trong hệ thống bơm
Bảng thuật ngữ
Bảng thuật ngữ
Tổng quan về các đơn vị đo được sử dụng trong công nghệ chân không và các biểu tượng đại diện cho gì, cũng như các đơn vị tương đương hiện đại của các đơn vị lịch sử
Tài liệu tham khảo
Tài liệu tham khảo
Tham khảo, nguồn và đọc thêm liên quan đến kiến thức cơ bản về công nghệ chân không
Biểu tượng chân không
Bảng thuật ngữ các biểu tượng thường được sử dụng trong các sơ đồ công nghệ chân không để thể hiện trực quan các loại bơm và các bộ phận trong hệ thống bơm
Bảng thuật ngữ
Tổng quan về các đơn vị đo được sử dụng trong công nghệ chân không và các biểu tượng đại diện cho gì, cũng như các đơn vị tương đương hiện đại của các đơn vị lịch sử
Tài liệu tham khảo
Tham khảo, nguồn và đọc thêm liên quan đến kiến thức cơ bản về công nghệ chân không