Создание вакуума в выпарных установках
Вакуум в выпарных установках создается в результате конденсации вторичного пара в конденсаторах, охлаждаемых водой. Теоретически абсолютное давление в конденсаторе должно быть равно давлению насыщенного пара при температуре конденсации. Однако в конденсатор вместе с паром поступает некоторое количество воздуха, выделяющегося из выпариваемой жидкости. Кроме того, воздух проникает через неплотности в аппаратуре и трубопроводах; если конденсация производится в конденсаторах смешения (путем непосредственного соприкосновения с водой), воздух приносится с охлаждающей водой. В присутствии воздуха давление в конденсаторе равно сумме парциальных давлений пара и воздуха, т. е. давлению насыщенного пара плюс парциальное давление воздуха. Таким образом, вакуум в конденсаторе от подсоса воздуха ухудшается, и воздух необходимо удалять при помощи вакуум-насосов. Обычно в конденсаторах выпарных установок поддерживают абсолютное давление, равное 0,1 – 0,2 aт (соответствует температуре конденсации 45 – 60° С).
Устройство конденсаторов.
Различают поверхностные конденсаторы и конденсаторы смешения.
В поверхностных конденсаторах пар отделен от охлаждающей воды стенкой. Эти конденсаторы по устройству аналогичны поверхностным теплообменникам (обычно применяются кожухотрубные конденсаторы) и используются в тех случаях, когда конденсат необходимо сохранить в чистом виде.
В конденсаторах смешения пар конденсируется при непосредственном соприкосновении с водой так, что образующийся конденсат смешивается с водой и удаляется вместе с ней. Вследствие простоты конструкции эти конденсаторы получили широкое распространение и применяются во всех случаях, когда конденсат не используется.
В зависимости от направления движения пара и воды конденсаторы смешения разделяются на прямоточные и противоточные, а в зависимости от высоты расположения – на конденсаторы низкого и высокого уровня.
Прямоточные конденсаторы применяются для выпарных установок небольшой и средней производительности и обычно размещаются на низком уровне.
В этих конденсаторах (рис. 13-18) пар и вода движутся в одном направлении (сверху вниз), а смесь воды и конденсата откачивается насосом.
Так как конденсатор расположен на низком уровне, то охлаждающая вода поступает в него не с помощью насоса, а засасывается под действием имеющегося в конденсаторе вакуума. Если абсолютное давление в конденсаторе составляет 0,1 – 0,2 aт (т. е. вакуум равен 0,8 – 0,9 aт, что соответствует 8 – 9 м вод. ст.), то ввод воды должен быть расположен не выше 5 – 6 м над уровнем засасываемой воды для того, чтобы обеспечить необходимый остаточный напор (2 – 3 м) для распыливания воды при входе ее в конденсатор. Воздух отсасывается вакуум-насосом сверху, как показано на рис. 13-18, или удаляется вместе с водой и конденсатором при помощи специального мокровоздушного насоса.
Противоточные конденсаторы применяются для выпарных установок большой производительности. Они располагаются обычно на высоком уровне, причем удаление смеси воды и конденсата производится через опускную (барометрическую) трубу. Высота столба жидкости в барометрической трубе уравновешивает атмосферное давление, и жидкость вытекает из нее в сборник (барометрический ящик). Нижний конец барометрической трубы должен быть опущен ниже уровня жидкости в барометрическом ящике, образуя гидравлический затвор, препятствующий засасыванию атмосферного воздуха в конденсатор. Высота барометрической трубы должна быть не менее 1 м на каждые 0,1 ат разрежения; обычно эта высота составляет 10,5 – 11 м.
В таких конденсаторах, называемых барометрическими (рис. 13-19), пар и вода движутся в противоположных направлениях (пар – снизу вверх, вода – сверху вниз).
Причем для улучшения их соприкосновения в аппарате на различной высоте расположены тарелки или полки. Вода струйками перетекает с одной тарелки на другую через отверстия по всей поверхности тарелок; часть воды, кроме того, переливается через борт тарелки, которым поддерживается определенный уровень воды. Воздух отсасывается сверху, а смесь воды и конденсата удаляется через барометрическую трубу.
Воду в конденсатор следует подавать под напором, так как при высоком расположении ввода воды (на уровне 12 – 15 м) вакуум в конденсаторе недостаточен для ее засасывания.
Преимуществами противоточных конденсаторов смешения по сравнению с прямоточными являются меньший расход воды и меньший объем отсасываемого воздуха. Достоинством прямоточных конденсаторов является их компактность. Если отработанная вода отводится из конденсатора в канализацию, то предпочтение следует отдавать противоточным конденсаторам, так как их громоздкость окупается простотой удаления воды через барометрическую трубу. Если же отработанная вода направляется в градирню для повторного использования, то для подачи воды необходимо устанавливать насос: в этом случае в барометрической трубе нет надобности и применение компактных прямоточных конденсаторов, установленных на низком уровне, может оказаться более целесообразным.