EN
Өнеркәсіптік вакуум генерациясы әлемінде булы эжектор процесс инженерлеріне қолжетімді ең сенімді және механикалық тұрғыдан қарапайым құрылғылардың бірі болып табылады. Айналмалы машиналардан айырмашылығы, оның қозғалатын бөліктері жоқ, аз ғана техникалық қызмет көрсетуді қажет етеді және коррозиялық булар, конденсацияланатын газдар мен жоғары температурадағы ағыстар сияқты қиын процестік жағдайларды өңдей алады. Оның қайта өңдеу, химиялық өңдеу, фармацевтикалық өндіріс пен тамақ өндірісі салаларында өнеркәсіптік вакуум қолданбаларын жобалауға, пайдалануға немесе оптимизациялауға жауапты адамдар үшін процестік вакуум жүйесінде қалай жұмыс істейтінін түсіну өте маңызды.
Бір булы эжектор негізінде негізгі сұйықтық динамикасы мен термодинамикасы жатыр, атап айтқанда, қысым энергиясының жылдамдыққа айналуы және жоғары энергиялы мотивтік сұйықпен төмен қысымды сорғыш ағыны арасындағы одан әрі импульс алмасуы. Дұрыс жобаланып және процестік вакуумдық жүйеге интеграцияланған кезде бу эжекторы көпсатылы орналасуында абсолютті қысым бірнеше миллибардан ондық үлес миллибарға дейінгі вакуум деңгейлерін қамтамасыз етуі мүмкін. Бұл мақала бу эжекторының қалай жұмыс істейтінін, оның жұмысын қандай факторлар анықтайтынын және оның кеңірек процестік вакуумдық жүйелерге қалай қолданылатынын нақты түрде қарастырады
Буды шығаратын аппараттың негізгі жұмыс механизмі
Дымды ұшқыш арқылы кеңейту
Буындық эжектордың жұмыс істеуі мотивті бу орынбасушысынан басталады — бұл Дю Лаваль орынбасушысының принциптері бойынша жасалған, дәл таңдалған жиналатын-жайылатын өткел. Жоғары қысымды мотивті бу осы орынбасушыға кіреді және изэнтропты кеңеюге ұшырайды, ол орынбасушының тар шүйдесі арқылы өткенде дыбыс жылдамдығынан төменнен дыбыс жылдамдығынан жоғары жылдамдыққа дейін үдетіледі. Нәтижесінде пайда болған бу ағыны орынбасушының шығу жазықтығында бірнеше жүздеген метр секундына дейінгі жылдамдықпен шығады, бұл орынбасушының шығу жазықтығындағы статикалық қысымның қатты төмендеуіне әкеледі.
Бұл төмен статикалық қысым сорғыш газ немесе булды эжектор корпусына тарту әсерін туғызатын сопло шығысында пайда болады. Қозғалтқыш бу сопласының геометриясы кездейсоқ емес — ол қозғалтқыш бу қоры мен қажетті сорғыш қысымы арасындағы жұмыс қысымы қатынасына нақты сәйкес келу үшін арнайы құрылған. Қозғалтқыш бу қысымының жобалау шартынан ауытқуы сопло шығысының жағдайын өзгертеді және бу эжекторының сорғыш қабілетіне тікелей әсер етеді.
Сондықтан бу эжекторын таңдауға жауапты инженерлер қозғалтқыш бу қорының тұрақты болуын, конденсаттан дұрыс тазартылуын және дұрыс қысым мен температурада берілуін қамтамасыз етуі керек. Жобалау шегінен тыс ылғалды немесе аса қыздырылған қозғалтқыш бу сопла горловинасын тоздыруға немесе гиперзвуктық жағын тұрақсыздандыруға әкелуі мүмкін, бұл екеуі де вакуумдық қабілетті қатты төмендетеді.
Араластыру камерасындағы газдың ұсталуы және импульстің берілуі
Суперсоникалық қозғалтқыш бу ағыны соплодан шығып, бу эжекторының денесіндегі араластыру камерасына кіреді. Мұнда жоғары жылдамдықты бу ағыны өңдеу жүйесінен сорылатын сорғылау газын тартады, ол есептік сорғылау қысымында сорғылау кірісі арқылы енеді. Тарту механизмі жоғары импульсті бу ағыны мен салыстырмалы түрде баяу қозғалатын сорғылау газы арасындағы тұтқыр ығысу күштері мен турбулентті араластыруға негізделген.
Араластыру камерасының ішінде импульс қозғалысқа келтіретін бу ағысынан тартылатын технологиялық газға беріледі. Бұл — әлдеқайда кері әсерлерге әкелетін, изэнтропты емес процесс, бірақ жалпы нәтижесінде бастапқы қозғалысқа келтіретін бу ағысының және сорғыш газдың жылдамдығы арасындағы орташа жылдамдықпен қозғалатын біріктірілген аралас ағыс пайда болады. Араластыру камерасының геометриясы — оның ұзындығы, диаметрі және тұтқынға қатысты сопланың шығысының орны — тартылатын газдың массалық ағысының қозғалысқа келтіретін бу массасына қатынасы ретінде анықталатын тартылу коэффициентін айтарлықтай анықтайды.
Жақсы жобаланған булы эжектор процестің талаптарын қанағаттандыру үшін тартылу коэффициентін сығу коэффициентімен теңестіреді. Жоғары тартылу коэффициенттері бір килограмм тұтынылған буға көп сорғыш газды өңдеуге мүмкіндік береді, бұл тікелей жұмыс істеу тиімділігі мен қызмет көрсету шығындарына әсер етеді. Процесс инженерлері жиі тартылу коэффициенті бойынша әртүрлі булы эжектор конфигурацияларын олардың жобалық сорғыш қысымы мен шығару қысымы шарттарында салыстырады.
Диффузор бөлігіндегі сығу және шығару
Жиналатын-жайылатын диффузордың рөлі
Қозғалыс құрылғысының буы мен оған араласқан технологиялық газ араласу камерасында араласқаннан кейін, біріктірілген ағыс бу эжекторының диффузор бөлігіне түседі. Диффузор — бұл сопло функциясына қарама-қарсы әрекет ететін, жоғары жылдамдықтағы аралас ағысты баяулататын және кинетикалық энергияны қайтадан қысым энергиясына айналдыратын жайылатын өткел. Бұл қысымды қалпына келтіру маңызды, себебі аралас ағыс конденсаторға, барометрикалық бұтаққа немесе көпсатылы жүйенің келесі сатысына әрі қарай жіберілу үшін жеткілікті деңгейде қысыммен шығарылуы тиіс.
Диффузор бастапқыда аралас ағысты қалыпты көлденең соққы толқыны арқылы үдететін жиналу бөлігінен басталады, ол суперсоникалық ағысты субсоникалық жылдамдыққа қатты тежейді. Бұл соққы процесі табиғи түрде кері қайтарылмайтын болып табылады және бу эжекторы ішіндегі термодинамикалық шығындардың маңызды бөлігін құрайды. Соққыдан кейін субсоникалық ағыс қазір дивергенттік диффузор өткеліне енеді, мұнда ағыс жылдамдығы төмендейді және статикалық қысымға айналуы салыстырмалы түрде тиімді болатын жылдамдық басының қысымға айналуы арқылы қысым қалпына келеді.
Бір буынды булық сорғыштың жеткізе алатын шығыс қысымы оның тұрақсыз жұмыс режиміне көшпейінше шыдай алатын жалпы сығылу дәрежесімен шектеледі. Шығысқа қойылатын кері қысым берілген жұмыс шарттары үшін сындық мәннен асып кеткенде, қалыпты соққы диффузор ішінде алға жылжып, соңында диффузордан шығады, нәтижесінде сорғыш сору қабілетін жоғалтады — бұл құбылыс «тоқтау» немесе «тасу» деп аталады. Сондықтан процестік жүйелердің жобалаушылары булық сорғыштың тұрақты жұмыс аймағында қалатындай етіп, төменгі бағыттағы жағдайларды әрқашан қамтамасыз етуі тиіс.
Терең вакуум алу үшін көпбұрышты орналастырулар
Жалпы жағдайда, бірлік булы эжекторлық сатысы 4:1-ден 10:1-ге дейінгі сығылу коэффициенттерін қамтамасыз ете алады, бұл бір құрылғымен қол жеткізілетін вакуум деңгейлерін шектейді. Шамамен 25 мбар абсолюттік сорғылау қысымынан төменгі қысымдарды талап ететін қолданбалар — мысалы, терең вакуумда айдап алу, тоңазытып кептіру операциялары немесе технологиялық сұйықтықтарды дегазациялау — үшін процестік инженерлер бір-біріне тізбектелген бірнеше булы эжекторлық сатыларды, сатылар арасында аралық конденсаторлар орналастырып, құрастырады.
Көпсатылы буынды сорғыш жүйесінде бірінші сатының шығысы аралық конденсаторға түседі, мұнда қозғалтқыш буы газ ағынынан конденсацияланып және алынып тасталады, ал қалған конденсацияланбайтын газдар мен қалған технологиялық булар екінші бу сорғыш сатысына сорылады. Бұл конденсациялау қадамы келесі сатыларға түсетін көлемдік жүктемені қатты азайтады, ол жалпы жүйе тиімділігін жақсартады және жалпы қозғалтқыш буының тұтынуын азайтады. Қажетті вакуум деңгейіне байланысты жүйелер екі, үш, төрт немесе тіпті бес бу сорғыш сатысын қолдануы мүмкін.
Көпсатылы булақтық сорғыш жүйесіндегі аралық конденсаторлар беттік типті немесе тікелей-түйісу барометрлік типті болуы мүмкін. Барометрлік конденсаторлар қарапайымырақ және арзандау, бірақ оларға жеткілікті су қоры мен су толтырылған барометрлік тұғыр қажет, өйткені олардың толуын болдырмау керек. Беттік конденсаторлар конденсатты қайтаруға мүмкіндік береді және технологиялық булар құнды, қауіпті немесе сумен тікелей түйісуіне болмайтын жағдайларда қолданылады. Конденсатор конфигурациясын таңдау булақтық сорғыш жүйесінің орнатылған құны мен жұмыс істеу экономикасына маңызды әсер етеді.
Булақтық сорғыштың жұмыс істеуіне әсер ететін негізгі факторлар
Қозғалтқыш бу қысымы мен сапасы
Буындық эжектордың жұмыс істеу сапасы қозғалтқыш бу көзінің жағдайларына өте сезімтал. Буындық эжектордың тесігі белгілі бір кіріс қысымы үшін есептелген, ал осы есептік қысымнан ауытқулар тесіктің шығыс жағдайларына, сондықтан да газдың ұсталуы мен сығылуының сапасына тікелей әсер етеді. Эжекторды есептік мәннен төмен қысымдағы қозғалтқыш буымен жұмыс істету жылдамдықтың төмендеуіне, газдың ұсталуының әлсіреуіне және жоғарылаған сорғыш қысымына әкеледі — яғни вакуумдық жүйе өз жұмыс істеу деңгейінің мақсатты мәніне жетпейді.
Будың сапасы да осындай маңызды. Буындық эжекторға берілетін қозғалтқыш буы құрғақ және қаныққан немесе жеңіл артық қыздырылған болуы керек, сонымен қатар оның құрамында су тамшылары болмауы тиіс. Ылғалды бу тесіктің тар жерінде жоғары жылдамдықпен ұшып келетін су тамшыларының металдың бетіне соғылуынан эрозияға әкеледі, бұл тар жердің диаметрін постепен түрде ұлғайтады және уақыт өте келе вакуумдық жұмыс істеу сапасының біртіндеп нашарлауына себепші болады. Практикада дұрыс өлшемделген және жақсы ұсталып тұратын бу клопаны немесе бөлгіш әрқашан бу эжекторының қозғалтқыш кірісінің жоғарғы ағысында орнатылуы керек.
Сорғыш жүктеменің құрамы және конденсацияланбайтын газдар
Бу эжекторы тасымалдауы керек сорғыш жүктеме конденсацияланатын булар мен конденсацияланбайтын газдардан тұрады. Конденсацияланатын булар — негізінен су буы немесе органикалық еріткіштер — көпсатылы бу эжекторы жүйесіндегі аралық конденсаторлар арқылы тиімді түрде басқарылады, ал ауа, азот, көмірқышқыл газы және сутегі сияқты конденсацияланбайтын газдар эжектор сатылары өзінің арқасында сығылып және шығарылады. Конденсацияланбайтын газдардың жоғары мөлшері эжектордың өткізу қабілетін арттырады және қол жетімді вакуум деңгейін төмендетеді.
Осьтық салдырлар, фланецтік қосылыстар немесе клапандардың тығыздағыштары арқылы ауаның көп мөлшерде ішке түсуі бар өндірістік жүйелерде булық сорғышқа конденсацияланбайтын газдардың жүктемесі артады. Сондықтан булық сорғыш жүйесінің жұмыс істеу сапасын жақсарту үшін ауаның ішке түсу көздерін анықтау және оларды азайту — маңызды шара. Булық сорғыш жүйелері кеңінен қолданылатын мұнай өңдеу және петрохимиялық өңдеу салаларында вакуумдық өндірістік жүйенің саңылауларын ретті түрде тексеру, әсіресе жөндеу жұмыстарынан кейін немесе жабдықтарды модификациялағаннан кейін — қолданылатын ең жақсы тәжірибе болып табылады.
Булық сорғыштардың өндірістік вакуумдық жүйелердегі қолданылуы
Мұнай өңдеу және петрохимиялық дистилляция
Буындық эжектордың ең кең таралған өнеркәсіптік қолданыстарының бірі — мұнай өңдеу зауыттарында қатты мұнайды вакуумдық айдау болып табылады. Қатты мұнайды айдау қондырғысынан алынған атмосфералық қалдық вакуумдық айдау бағанасында өңделеді; оның абсолюттік қысымы әдетте 10–40 мбар аралығында болады. Осы төмен қысымдарда ауыр мұнай фракцияларын олардың термиялық жарылу шегінен төмен температурада буландыруға болады, сондықтан газмұнай фракцияларын бөліп алуға болады; бұл фракциялар кейінгі өңдеу қондырғылары үшін құнды шикізат болып табылады. Дұрыс жобаланған буындық эжекторлық жүйе мұнай өңдеу зауытының жұмыс істеу циклы бойынша осы төмен жұмыс қысымын сенімді түрде қамтамасыз етуге өте маңызды.
Петрохимиялық дистилляцияда булы эжекторлық жүйелер мономерлерді, еріткіштерді және аралық химиялық заттарды бөлетін вакуумды бағандарды жұмыс істету үшін осындай мақсатта қолданылады. Булы эжектордың конденсацияланатын органикалық буларды қамтитын ағындармен жұмыс істеу қабілеті оны осы қолданыстарға ерекше қолайлы етеді, егер аралық конденсатордың конструкциясы процестің компоненттерінің конденсациялану сипаттамаларын ескерсе. Петрохимиялық қызмет үшін булы эжекторлық жүйелерді жобалаған инженерлер конденсациялану температуралары мен жылу жүктемелерін мұқият талдауы керек, сонда аралық конденсаторлар дұрыс өлшемделеді.
Фармацевтикалық және тамақ өнеркәсібіндегі вакуумдық қолданыстар
Фармацевтикалық өнеркәсібі вакуумдық кептіру, еріткішті қалпына келтіру және реакторды вакуумдау сияқты мақсаттар үшін булы эжекторлық жүйелерге сүйенеді, мұнда өнім қауыпты немесе құнды еріткіштердің тазалығы мен олардың қамтитылуы ең бастысы болып табылады. Бұл қолданыстарда булы эжектордың артықшылығы оның вакуумдық жүйеге майлағыштарды немесе механикалық ластануды енгізбеуінде, сонымен қатар қозғалтқыш бу өндірісі санитарлық талаптарға сай таза көмекші бу жүйелерінен алынуы мүмкін. Беттік типтегі аралық конденсаторлармен бірге қолданылған кезде булы эжектор жүйесі кебу немесе дистилляция операцияларынан алынатын еріткіш буларын тиімді қамтуға және қайта өңдеуге мүмкіндік береді.
Тамақ өңдеу саласында бумен жұмыс істейтін эжекторлық жүйелер концентрацияланған тамақ өнімдерін, тоңазытылған компоненттерді және ас қабылдауға болатын майларды өндіруде қолданылады. Вакуумдық концентрациялау мен дезодорациялау процестері ұзақ уақыт бойы тұрақты төмен қысымды қажет етеді. Бумен жұмыс істейтін эжектордың беріктігі мен қарапайымдығы — оның айналмалы бөлшектері жоқ, сондықтан тозуға немесе зақымдануға ұшырамайды — оны жоспарланбаған тоқтап қалу кезінде өндірістік шығындар өте жоғары болатын үздіксіз өңдеу ортасында қолдануға ыңғайлы етеді. Бумен жұмыс істейтін эжектордың қозғалтқыш сұйық ретінде де, технологиялық орта ретінде де бумен үйлесімділігі тамақ өңдеу кәсіпорындарында кеңінен таралған буға бай қызмет көрсету инфрақұрылымымен жақсы үйлеседі.
Жиі қойылатын сұрақтар
Бумен жұмыс істейтін эжектор процестік жүйеде қандай вакуум деңгейлерін қамтамасыз ете алады?
Бірсатылықты булы эжектор әдетте ынталандырушы бу қысымы мен шығыс қысымына байланысты сорғыш қысымды шамамен 50–100 мбар абсолюттік деңгейге дейін түсіреді. Аралық конденсаторлары бар көпсатылы булы эжекторлық жүйелер 1 мбар абсолюттік қысымнан төмен вакуум деңгейін қамтамасыз ете алады. Молекулалық дистилляция немесе арнайы химиялық процестер сияқты өте терең вакуум талап ететін қолданыстарда бессатылы конфигурациялар қолданылады.
Булы эжектор механикалық вакуумдық сорғыштан қалай ерекшеленеді?
Булық эжекторда қозғалыстағы механикалық бөлшектер жоқ, ол өндірістік газдарды тартып алу және сығу үшін толығымен жоғары қысымды бу шашыратқышының кинетикалық энергиясына сүйенеді. Механикалық вакуумдық сорғылар газды ығыту үшін айналмалы немесе ілгері-кейін қозғалатын элементтерді пайдаланады және майлама, тығыздағыштар мен редовды механикалық қызмет көрсету қажет. Булық эжектор әдетте коррозиялық, ластанған немесе конденсацияланатын ағындармен жұмыс істеуге тұрақтырақ болады, ал механикалық сорғылар орташа вакуум деңгейінде жоғары энергиялық тиімділік береді. Булық эжектор мен механикалық сорғының қайсысын таңдау қажетті вакуум деңгейіне, сорғылау жүктемесінің сипатына, қол жетімді коммуникацияларға және жасау циклы бойынша құнын ескеруге байланысты.
Булық эжектордың вакуумдық сапасы неге төмендейді?
Буырғыш жүйесіндегі вакуумдық өнімділіктің төмендеуі бірнеше себептерге байланысты болуы мүмкін: қозғалтқыш бу қысымының төмендеуі немесе тұрақсыздығы, қозғалтқыш буының ылғалды болуы салдарынан соплалардың әжептәуір әсер етуі, өңдеу жүйесіне конденсацияланбайтын газдардың артық кіруі, аралық конденсатор беттерінің ластануы немесе шаңдануы арқылы конденсациялау тиімділігінің төмендеуі немесе буырғыштың шығысындағы кері қысымның жобалау шегінен асуы. Жүйелік ақауларды анықтау үшін қозғалтқыш буының жағдайын тексеру, өңдеу жүйесінде ауа кіруін тексеру сынағын жүргізу және аралық конденсаторларды ластану немесе суға қалып-қонысқа келу белгілері бойынша тексеру қажет.
Буырғыш коррозиялық немесе улы өңдеу газдарын өңдей ала ма?
Иә, бурағыш құрылғысын коррозияға төзімді материалдардан жасауға болады. Кеңінен қолданылатын материалдарға аустенитті болат, Хастеллой, титан және өндіріс газының химиялық құрамына байланысты әртүрлі қорытпалы болаттар жатады. Бурағыш құрылғысында қозғалмалы бөлшектер мен коррозиялық булардың зақымдауына ұшырайтын ішкі салындылар болмағандықтан, ол көбінесе агрессивті ортада механикалық құрылғыларға қарағанда тұрақтырақ жұмыс істейді. Дегенмен, бурағыш құрылғысының корпусы, тесігі және диффузоры үшін материалды таңдау өндіріс сұйықтығының құрамын, температурасын және концентрациясын терең зерттеу негізінде ұқыпты түрде анықталуы қажет.
