АППАРАТЫ ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ

Насосы других типов. Сифоны

Вихревые насосы. Вихревые насосы по своему устройству весьма мало отличаются от центробежных, однако резко отличаются от них по принципу действия. Вихревой насос (рис. 55) состоит из корпуса 1, в котором на горизонтальном валу вращается рабочее колесо 2. В отли­чие от центробежных насосов перекачиваемая жидкость подводится и

Отводится по боковым каналам. Рабочее колесо имеет на наружной поверхности ячейки, заполненные во время работы насоса жидкостью. При вращении рабочего колеса с большой скоростью жидкость, нахо­дящаяся в ячейках, вследствие трения увлекает перекачиваемую жид­кость, поступающую через боковой канал, и перемещает ее по коль­цевому пространству между рабочим колесом и корпусом насоса в нагне­тательный канал.

Вихревые насосы находят применение в установках небольшой мощности, порядка нескольких десятков кет, для перекачки жидкостей маловязких, не содержащих абразивных примесей. Эти насосы создают напор, в 2—10 раз превышающий напор центробежного насоса при одних и тех же окружных скоростях рабочего колеса, что соответствует коэффициентам быстроходности порядка 10—40, т. е. области значе­ний пб, где применение центробежных насосов затруднено.

Достоинствами вихревых насосов являются: простота конструкции, малые габариты и небольшой вес; недостаток—сравнительно низкий к. п. д. (порядка 25—50%).

Характерной особенностью вихревых насосов является резкое воз­растание высоты напора и потребляемой мощности с уменьшением произ­водительности. Максимального значения Не и Ne достигают при Q^=0. Во избежание чрезмерного повышения давления и мощности при Qe= 0 на насосе или трубопроводе ставят предохранительный клапан и пуск насоса производят при открытой задвижке на нагнетательном трубо­проводе.

Монтежю. Подъем химически агрессивных жидкостей на сравни­тельно небольшую высоту часто производят сжатым воздухом (или инерт­ным газом) при помощи так называемых монтежю.

В качестве монтежю применяют горизонтальные или вертикальные (рис. 56) резервуары (рассчитанные на давление 3—4 ата), к которым подведен сжатый воздух или инертный газ.

Жидкость поступает по трубе наполнения 1 черф кран 2. При этом, если она поступает в монтежю самотеком, должен быть открыт кран 3,. соединяющий аппарат с атмосферой, если же заполнение производят под действием вакуума, то, кроме крана 2, должен быть открыт кран 4, соединяющий монтежю с вакуум-насосом, а все остальные краны за­крыты. Передавливание жидкости из монтежю производят сжатым воз­духом, который впускают, открывая кран 5, предварительно закрыв краны 2, 3 и 4. Поступление воздуха регулируют вручную краном 5 по показаниям манометра 6. Под действием давления воздуха жидкость поднимается по трубе 7 и через открытый кран 8 нагнетается в трубо­провод. После полного или частичного опорожнения монтежю кран 5 закрывают и «спускают давление», сообщая монтежю с атмосферой при помощи крана 3. Если из монтежю была передавлена только часть жид­кости. то предварительно закрывают кран 8 на нагнетательном трубопроводе.

Для подъема при помощи монтежю жидкостей, пары которых в смеси с воз­духом образуют взрывчатые и легко вос­пламеняющиеся смеси, необходимо вместо сжатого воздуха применять инертные газы, например углекислоту или азот.

Монтежю работают обычно периоди­чески. Однако имеются конструкции непре­рывно действующих автоматических мон­тежю, называемых пульсометрами. Обозначим: Н—высота поднятия жидкости в м; у—уд. вес жидкости в кгс/м3; w—скорость движения жидкости в на­гнетательном трубопроводе в м/сек; ЕС—сумма всех коэффициентов сопроти­вления нагнетательного трубопровода; р0—давление в пространстве, куда по­дается жидкость, в кгс/м2.

Тогда давление, необходимое для поднятия жидкости, будет равно

Р = НТ -^(l + + Wm2 (1-125)

А скорость протекания жидкости при заданном давлении в монтежю:

W = м/сек (1—125а)

Преимуществом монтежю является отсутствие в них движущихся частей, которые наиболее быстро разрушаются от истирания и коррозии. Поэтому монтежю применяют для перекачивания загрязненных, содер­жащих взвеси жидкостей, а также наиболее агрессивных кислот и щело­чей; гуммированные монтежю, например, применяют для перекачки соля­ной кислоты. Однако монтежю громоздки, требуют постоянного наблю­дения и работают с низким к. п. д.—не выше 15—20%. Производитель­ность периодически работающих монтежю низка (до 45 м3/час), а подача
жидкости при непрерывной работе (автоматические монтежю) происходит неравномерно.

Струйные насосы. Для подъема жидкостей, допускающих смешение их с конденсатом водяного пара, широко применяют пароструй­ные насосы, в которых всасывание и подъем жидкости осуществляются путем преобразования кинетической энергии быстро вытекающей струи пара в потенциальную энергию давле­ния. Пароструйные насосы разделяются на инжекторы (нагнетательные) и эжекто­ры (всасывающие). В паровом инжекторе і рис. 57) пар поступает через штуцер 1 и, проходя через паровое сопло 2, приобрета­ет большую скорость, с которой и посту­пает в смешиваюшее сопло 3. Благодаря этому во всасывающей камере 4 создает­ся разрежение и в эту камеру через штуцер 5 всасывается жидкость. При вхо­де в сопло 3 пар встречается со всасыва­емой жидкостью и с большой скоростью увлекает ее в расширяющееся сопло (диф­фузор) 6. В диффузоре скорость жидко­сти преобразуется в давление, под кото­рым она вместе с конденсатом подается через штуцер 7 в нагнетательный трубо­провод. В период пуска инжектора из­лишки пара и конденсата отводят через зазор между соплами 3,6 и штуцер 8 в линию конденсата. Диффузор 6 и отвод­ная линия для конденсата снабжены обратными клапанами 9, 10.

Жидкость, нагнетаемая инжектором, может преодолевать давление значитель­но большее, чем давление пара, пода­ваемого через штуцер 1, при этом за счет теплоты конденсации жидкость нагревает­ся иногда до 70—90°.

Ввиду большого расхода энергии и сравнительно низкого к. п. д. инжекторы применяют только там, где возможно использование тепло­ты подаваемой жидкости, нагревающейся вследствие конденсации пара в инжекторе, например при питании водой паровых котлов.

По устройству и принципу действия пароструйным насосам аналогичны водоструйные насосы, в которых всасывание и нагнетание жидкости осущест­вляется за счет живой силы стр уи воды, вытекающей с большой ско­ростью из конической насадки. В водоструйном насосе (рис. 58) нагнетаемая из сети водопровода вода, проходя непрерывно через суживающееся сопло 1, приобре­тает большую скорость, через отверстия 2 засасывает жидкость из всасывающего трубопровода 3 и нагнетает ее в присоединенный к штуцеру 4 напорный трубопровод.

Отличаясь простотой устройства, эти насосы имеют весьма низкий к. п. д.—от 0,1 до 0,25.

Такой низкий к. п. д. объясняется тем, что перемещаемой жидко­сти сообщается только живая сила струи рабочего тела (воды), в то время как в пароструйных насосах ей, кроме того, сообщается живая сила внешнего давления вследствие изменения физического состояния рабочего тела (конденсации пара в смешивающем сопле).

Водоструйные насосы применяют в промышленности главным обра­зом для откачки воды из котлованов, погребов и т. п.

Для работы водоструйных насосов необходима подача воды под давлением 3—4 ата. Высота всасывания насосов достигает 2 м, высота напора 10 м.

Воздушные подъемники (эрлифты). Действие воздушного подъем­ника основано на принципе сообщающихся сосудов, заполненных несме- шивающимися жидкостями с разным удельным весом.

Если в трубу 1, заполненную жидкостью (рис. 59), через трубу 2 меньшего диаметра ввести снизу под давлением воздух, то пузырьки его будут насыщать жидкость, последняя вследствие уменьшения удельного веса поднимается по трубе 1 и воздушно-жидкостная смесь станет сли­ваться через верхнее отверстие трубы. Для того чтобы обеспечить задан­ную высоту подъема жидкости, требуется некоторое избыточное давле­ние воздуха, соответствующее глубине погружения Н подъемной трубы /.

Сжатый воздух подается обычно от компрес­сора по трубе 2 в подъемную трубу 1 через. смеси­тель 3, который во избежание утечки сжатого воздуха вниз устанавливают на 1—1,5 м выше нижнего края трубы 1.

Из смеси с жидкостью воздух удаляется при по­мощи сепаратора 4 зонтичного типа.

После начала работы такого насоса на откачке воды из скважины уровень жидкости понижается от статического горизонта а—а до динамического b—b\ соответственно уменьшается глубина погружения сме­сителя до величины Н.

Если обозначить через уж—уд. вес жидкости и Тем-—средний уд. вес воздушно-жидкостной смеси, то для работы воздушного подъемника необходимо со­блюдение следующего условия:

H + h ^ Уж (1 — 126)

Уж Тем.

Отношение глубины погружения Н смесителя к общей высоте H-\rh, определяющее к. п. д. воздуш­ного подъемника, устанавливается опытным путем и при высоте подъема воды 6—30 м может быть при­нято равным

= 0,65-^-0,7

Количество воздуха, необходимое для подъема 1 ж3 воды на высоту h, можно определить по эмпирической формуле

(1—127)

Й 10

Где С—опытный коэффициент, числовое значение которого зависит от величины Н

Ffj^fo' и может быть принято равным:

Н

H+h... 0,7 0,65 0,6 0,55 С 13,9 13,6 13,1 12,4

Сечение труб подъемника определяют, принимая среднюю скорость у смесителя ~2,7 місек и на выходе из напорной трубы ~7 м/сек.

Воздушные подъемники применяют для подъема самых разно­образных жидкостей, в том числе и кислот.

Основным достоинством воздушного подъемника по сравнению с насосами является простота устройства и отсутствие каких-либо меха­низмов и движущихся частей. Кроме того, воздушные подъемники рабо­тают в условиях повышенных температур, т. е. тогда, когда центробеж­ные насосы не могут всасывать жидкости.

Однако воздушные подъемники имеют сравнительно низкий к. п. д. (не более 25—35%) и малую производительность, требуют наличия ком­прессорной станции для сжатого воздуха и должны устанавливаться со значительным заглублением. Для того чтобы уменьшить заглубление, при­меняют многоступенчатые воздушные подъемники, но это связано с увели­чением расхода воздуха.

Конструктивно воздушные подъемники выполняют по одному из трех вариантов, изображенных на рис. 60.

Сифоны. Простейшим устройством для перелива жидкости из резер­вуаров является сифон (рис. 61). Подъем или всасывание жидкости при помощи сифона производится за счет атмосферного давления.

Если в резервуар 1 погрузить один конец предварительно запол­ненной жидкостью трубы 2, то при открытии крана 3 на другом конце трубы, находящемся ниже уровня жидкости в резервуаре, жидкость из трубы под действием силы тяжести будет непрерывно вытекать, вслед­ствие чего в сифонной трубе 2 образуется разреженное пространство. Так как жидкость в резервуаре находится под атмосферным давлением.

То она будет непрерывно поступать из резервуара в сифон и вытекать из него через кран 3.

Как уже указывалось, для приведения сифона в действие необхо­димо предварительно заполнить его жидкостью. Сифон заливают либо вручную, либо (рис. 61) при помощи вакуум-насоса через кран. 4, соеди­ненный с вакуум-трубопроводом.

При закрытом кране 3 за счет разрежения, создаваемого вакуум - насосом, жидкость поднимается до смотрового фонаря 6 и заполняет как линию всасывания, так и линию спуска.

Как только жидкость достигнет смотрового фонаря, открывают кран 3 и закрывают кран 4, после чего жидкость будет непрерывно выте­кать через кран 3 до тех пор, пока не опорожнится весь резервуар, или, вернее, до тех пор, пока разность высот Н2—Нг не будет меньше суммы всех сопротивлений.

Прекращение действия сифона достигается путем сообщения его с окружающей атмосферой через отвод с краном 5.

Где //' =//2—Нг—в начальный момент; Я"=//2—#х—в конечный момент;

F—сечение трубопровода в лі2; F0—сечение резервуара в мг.