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图 2.41 带前级泵 (II) 的冷凝器 (I),用于在粗真空范围 (III) 内抽除大量水蒸汽 - 节流量可调。
要抽大量水蒸汽时,冷凝器泵是非常经济的解决方案。一般来说,冷凝器由水进行冷却,以使冷凝器的温度低于水蒸汽的露点,同时保证经济的冷凝或抽气操作。但是,也可以使用盐水和制冷剂(NH3、氟里昂)等作为冷却介质。
要对冷凝器和前级泵组合进行数学评估,可以假设冷凝器中没有压力损失,冷凝器入口处的全压 p tot 1 等于冷凝器出口处的全压 p tot 2 (2.23)
(2.23)
ptot1 = ptot2
全压由空气的分压部分 pp 和水蒸汽的分压部分 pv 的总和构成:(2.23a)
(2.23a)
pp1 + pv1 = pp2 + pv2
由于冷凝器的作用,冷凝器出口处的水蒸汽压力 pD2 始终低于入口处的压力;要满足式 (2.23),出口处空气的分压 pp2 必须高于入口处的分压 pp1(参见图 2.43),即使没有节流阀时也是如此。
图 2.43 冷凝器中的压力分布示意图。实线表示冷凝器的实际状况,其存在小幅压降 (ptot 2 < ptot 1)。
虚线表示理想冷凝器的状况 (ptot 2 ≈ ptot 1)。pD:水蒸汽分压,pL:空气分压。
冷凝器出口处较高的空气分压 pp2 是由空气积聚而产生的,只要出口处有空气积聚,就会产生稳定的流量平衡。前级泵(可能已节流)抽出的空气与从入口 (1) 通过冷凝器流入的空气一样多。
图 2.42 冷凝器的冷凝能力(可用的冷凝表面积 1 m2)与水蒸汽进气压力 pD1 的函数关系。曲线 a:冷却水温度 53.6°F (12°C)。曲线 b:温度 77°F (25 °C)。过压为 3 bar 时,二者的消耗量均为 1 m3/h。
表 13 水在 -148°F (-100°C) ~ +284°F (+140°C1) 的温度范围内的饱和压力 ps 和蒸汽密度 eD
在实际应用中,通常会采取以下措施:
b) 在用于粗真空抽取的大型泵旁边,会安装一个低速保持泵,其规格根据出现的最小空气量确定。此保持泵的目标只是为了在过程中保持最佳工作压力。
c) 所需的空气量通过可变漏率阀进入泵的进气管路。此额外的空气量起到增大气镇的作用,从而增加泵的水蒸汽耐受能力。但这种措施通常会导致冷凝器能力下降。此外,额外进入的空气量意味着额外的能耗和油耗的增加。由于冷凝器内空气分压过大会导致冷凝器效率降低,不应在冷凝器的前面进入空气,一般应在冷凝器的后面进入空气。
如果工艺的启动时间短于总运行时间,则在技术上最简单的方法就是使用粗抽泵和保持泵。条件变化较大的过程则需要加装可调的节流段,必要时还需要配备可调的进气口。前级泵的进口侧始终存在一个水蒸汽分压 pv2,该压力至少应与冷却液温度下的水饱和蒸汽压力一样大。在实际应用中,只有规格极大的冷凝器才可能实现这种理想情况(见上文)。
在实际应用中,应根据所述的基本规则考虑以下两种情况:
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真空技术图中常用符号的术语表,这些符号用于直观地表达泵的类型以及抽气系统中的部件
了解真空技术中使用的测量单位,不同符号的含义以及传统单位的现代等效单位
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