化工裝置真空機組選型主要是確定真空系統(tǒng)如何配置,選擇系統(tǒng)的基本結構,選配抽氣設備、管道、閥門等真空元件。一般情況下,主要解決如下問題:根據(jù)工藝系統(tǒng)產生的氣體量、工作壓力、極限真空及抽氣時間等,選擇真空機組。
工藝系統(tǒng)能達到的極限真空由下式確定:
Pj——工藝系統(tǒng)能達到的極限真空[Pa];Po——真空機組的極限真空[Pa];Qo——空載時,長期抽氣后工藝系統(tǒng)的氣體負荷[Pa·L/s];Sp——工藝系統(tǒng)抽氣口附近泵的有效抽速[L/s];
真空機組的極限真空由真空機組自身的性能決定,與工藝系統(tǒng)無關。通常,水環(huán)真空泵的極限真空可達3300Pa,羅茨泵的極限真空可達10-2Pa。
工藝系統(tǒng)的極限真空總是低于真空機組的極限真空。兩者之差取決于Qo/Sp,在工藝系統(tǒng)抽氣口附近泵有效抽速一定的條件下,工藝系統(tǒng)的極限真空正比于工藝系統(tǒng)的漏氣和出氣。
工藝系統(tǒng)的工作壓力與真空機組入口處的壓力
工藝系統(tǒng)的工作壓力在工藝設計中確定,它是生產過程中必須確保的系統(tǒng)能夠達到的壓力,其值高于極限真空時的壓力。工作壓力越接近極限真空,真空抽氣設備的經濟效率越低。
對于真空機組選型而言,更為重要的參數(shù)是真空機組入口處的壓力,它是真空機組選型的重要依據(jù)。由于管路阻力和其它阻力的存在,真空機組入口處的壓力會小于工藝系統(tǒng)的工作壓力。例如工藝設計要求反應釜內的壓力為20kPa,通過管路、冷凝器和真空緩沖罐等設備后,在真空機組入口處的壓力可能已降到15kPa。在真空度要求較高的場合,這些阻力產生的壓損必須要慎重考慮。通常情況下,冷凝器的壓損可考慮工作壓力的10%,管道壓損控制在每百米管路1.13kPa以內。
工藝系統(tǒng)的抽氣速率與真空機組入口處的抽氣速率
工藝系統(tǒng)的抽氣速率計算時可分為兩種工況:一種是間歇操作工況,另一種是連續(xù)操作工況。
間歇操作工況的工藝系統(tǒng)抽氣速率可按下式計算:
S——工藝系統(tǒng)的抽氣速率[m3/h];V——工藝系統(tǒng)的容積[m3];t——工藝系統(tǒng)要求的抽氣時間[min];P1——工藝系統(tǒng)的初始壓力 [kPa];P2——工藝系統(tǒng)的抽氣終了壓力(t時間后)[kPa];
連續(xù)操作工況的工藝系統(tǒng)抽氣速率可按下式計算:
S——工藝系統(tǒng)的抽氣速率[m3/h];Q1——工藝系統(tǒng)工作過程中產生的氣體量 [kg/h];Q2——工藝系統(tǒng)的放氣量 [kg/h];Q3——工藝系統(tǒng)的總泄漏量[kg/h];Ts——抽出氣體的溫度[℃];R——氣體常數(shù)8.314kJ/(kmol·K);Ps——工藝系統(tǒng)的工作壓力[kPa];M——抽出氣體的平均分子量;
對于真空機組選型而言,更為重要的參數(shù)是真空機組入口處的抽氣速率,它是真空機組選型的重要依據(jù)。由于壓損的存在,工藝系統(tǒng)的工作壓力大于真空機組入口處的壓力,故真空機組入口處的抽氣速率會大于工藝系統(tǒng)的抽氣速率;具體數(shù)值可根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程估算。例如:工藝系統(tǒng)的工作壓力為20kPa,壓損5kPa,工藝系統(tǒng)的抽氣速率為300m3/h;則真空機組入口處的抽氣速率為400 m3/h。
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