I en industriell ångpumpsanläggning används en viss mängd luft. Luften kommer antingen från själva ångan eller från läckor i anläggningen (följande överväganden för luft och vattenånga gäller i allmänhet även för andra ångor än vattenånga). Med detta i åtanke måste kondensorn stödjas av en gasballast för att fungera korrekt (se fig. 2,41) och fungerar därmed alltid som en rotpumpi kombination.
Gasballastpumpar ansvarar för att pumpa luften, som ofta utgör en liten del av den tillhörande vattenångblandningen, utan att pumpa stora mängder vattenånga samtidigt. Därför kan det förstås att i kombinationen av en kondensor med jämnt tillstånd och en gasballastpump kan flödesförhållandet som genereras i grovvakuumområdet inte enkelt utvärderas utan ytterligare ansträngning.
Eftersom flödesfältet inte längre är käll- eller sjunkfritt räcker det inte att bara tillämpa kontinuitetsekvationen (kondensorn blir en sjunk för kondensationsprocessen). Detta betonas särskilt här. I ett verkligt fall där kondensor-gasballastpumpkombinationen ”inte fungerar” kan det inte motiveras att skylla på att kondensor-gasballastpumpkombinationerna ”inte fungerar”.
Fig 2,41 Kondensor (I) med nedströms gasballastpump (II) för pumpning av stora mängder vattenånga i grovvakuumområdet (III) - justerbart gasreglage.
- Kondensoringång
- Kondensorutlopp
- Se text
När används kondensorpumpar?
Kondensorn är den mest ekonomiska pumpen för transport av stora mängder vattenånga. I princip kyls kondensorn med vatten till en temperatur så att kondensortemperaturen ligger långt under daggpunkten för vattenånga, vilket säkerställer en ekonomisk kondenserings- eller pumpeffekt. Medier som köldbärare och köldmedier (NH3, freon) kan dock också användas för kylning.
Vad bör jag tänka på när jag kombinerar en kondensor och en gasballast?
Vid dimensionering av kombinationen kondensor och gasballastpump ska följande punkter beaktas:
a) Andelen permanent gas (luft) som transporteras samtidigt som vattenånga får inte vara för stor. Vid deltryck över cirka 5 % av det totala trycket vid kondensorns utlopp ackumuleras en betydande mängd luft framför kondensorns yta. I så fall kan kondensorn inte nå sin fulla kapacitet (se även figuren på sidan Gaspumpning, Våtprocess för pumpning av gas och ånga samtidigt).
b) Vattenångtrycket vid kondensorutloppet (dvs. på gasballastpumpens inloppssida) får inte överskrida vattenångtoleransen för varje gasballastpump (om mängden permanent gas, som beskrivs närmare på sidan Gaspumpning, Våtprocess, inte pumpas samtidigt).
I praktiken är detta inte alltid möjligt, men om ett högre partiellt vattenångtryck förväntas vid kondensorutloppet ska du installera en strypning mellan kondensorutloppet och gasballastpumpens inloppsport. Strypventilens konduktans måste vara variabel och styrbar (se Beräkning av konduktans ) så att trycket vid gasballastpumpens inloppsport inte överskrider vattenångtoleransen. Användning av andra köldmedier eller sänkning av kylvattentemperaturen leder ofta till att vattenångtrycket sjunker under det erforderliga värdet.
Vid den matematiska utvärderingen av kombinationen av kondensor och gasballastpump kan man anta att det inte finns något tryckfall i kondensorn och att det totala trycket in (p till 1) vid kondensorn är lika med det totala trycket (p till 2) (2,23) vid kondensorutloppet.
$$p_{tot1}=P_{tot2}$$
(2,23)
Det totala trycket består av summan av de partiella tryckdelarna luft (pp) och vattenånga (pv): (2.23a)
$$p_{p1}+p_{V1}=p_{p2}+p_{V2}$$
(2.23a)
På grund av kondensoreffekten är vattenångtrycket (pD2) vid kondensorutloppet alltid lägre än vid inloppet. Även om det inte finns någon strypning måste utloppsluftens deltryck (pp2) vara högre än inloppet (pp1) så att (2,23) uppfylls (se Fig. 2,43).
Fig 2,43 Schematiskt diagram över tryckfördelningen i kondensorn. De heldragna linjerna motsvarar ett kondensortillstånd med litet tryckfall (ptot 2 < ptot 1). De streckade linjerna är för en idealisk kondensor (ptot 2 ≈ ptot 1).
pD: partiellt tryck av vattenånga
pL: partiellt lufttryck.
- Kondensoringång
- Kondensorutlopp
Det högre luftpartialtrycket (pp2) vid kondensorutloppet orsakas av ansamlingen av luft och leder till en jämn flödesbalans så länge den finns vid utloppet. Från denna ackumulering av luft är (eventuellt strypta) gasballastpumpen lika balanserad som när den flödar genom kondensorn från inloppet (1).
Hur beräknar man storleken på kondensorn och gasballasten?
Alla beräkningar baseras på (2.23a), men information om mängd, sammansättning och tryck för pumpad ånga och permanent gas bör finnas tillgänglig. Genom vissa beräkningar kan storleken på kondensorn och gasballastpumpen uppskattas, men dessa två storlekar är inte oberoende av varandra.
Exempelvis använder: 2,42 representerar resultatet av en sådan beräkning. Här används en kondensor med en kondenseringsyta på 1 m2, ett inloppstryck pv1 på 40 mbar och en kondenseringskapacitet på 33 lbs (15 kg)/h ren ånga. Om andelen permanent gas är mycket låg förbrukas 1 m3 kylvatten per timme, vid ett ledningsövertryck på 3 bar och en temperatur på 53,6 °F (12 °C) De befintliga driftsförhållandena, särskilt kondensorstorleken, avgör vilken pumphastighet som krävs för en gasballastpump.
Beroende på kondensorns verkningsgrad ligger vattenångans partialtryck pv2 över mättnadstrycket pS som motsvarar köldmediets temperatur. (Vid kylning med vatten vid 12 °C (53,6 °F) skulle pS vara 15 mbar (se tabell XIII)).
Det partiella lufttrycket (pp2) vid kondensorutloppet ändras beroende på kondensorns storlek. Med en stor kondensor (pv2 ≈ pS) är deltrycket (pp,2) högt, men eftersom mängden luft som används är liten behövs endast en liten gasballastpump. Om kondensorn däremot är liten är deltrycket lågt och en större gasballast behövs.
Eftersom mängden luft i en pumpprocess som använder en kondensor inte alltid är konstant och varierar mer eller mindre över ett brett intervall bör detta beaktas. Därför är det nödvändigt att kunna justera den effektiva pumphastigheten för gasballastpumpen i kondensorn inom vissa gränser.
Fig 2,42 Kondensorns kondenseringskapacitet (tillgänglig yta för kondensering 1 m2) som funktion av vattenångans sugtryck pD1. Kurva a: Kylvattentemperatur 53,6 °F (12 °C). Kurva b: Temperatur 77 °F (25 °C). I båda fallen förbrukar övertrycket 1 m3/h vid 3 bar.
| t°C | ps mbar | ⴒD (g/m3) | t°C | ps mbar | ⴒD (g/m3) | t°C | ps mbar | ⴒD (g/m3) | t°C | ps mbar | ⴒD (g/m3) | |||
| -100 | 1 403.10-5 | 1 756.10-5 | -35 | 0,2233 | 0,2032 | 30 | 42,43 | 30,38 | 95 | 845,3 | 504,5 | |||
| -99 | 1,719 | 2,139 | -34 | 0,2488 | 0,2254 | 31 | 44,93 | 32,07 | 96 | 876,9 | 522,1 | |||
| -98 | 2,101 | 2,599 | -33 | 0,2769 | 0,2498 | 32 | 47,55 | 33,83 | 97 | 909,4 | 540,3 | |||
| -97 | 2,561 | 3,150 | -32 | 0,3079 | 0,2767 | 33 | 50,31 | 35,68 | 98 | 943,0 | 558,9 | |||
| -96 | 3,117 | 3,812 | -31 | 0,3421 | 0,3061 | 34 | 53,20 | 37,61 | 99 | 977,6 | 578,1 | |||
| -95 | 3,78410-5 | 4 602.10-5 | -30 | 0,3798 | 0,3385 | 35 | 56,24 | 39,63 | 100 | 1013,2 | 597,8 | |||
| -94 | 4,584 | 5,544 | -29 | 0,4213 | 0,3739 | 36 | 59,42 | 41,75 | 101 | 1050 | 618,0 | |||
| -93 | 5,542 | 6,665 | -28 | 0,4669 | 0,4127 | 37 | 62,76 | 43,96 | 102 | 1088 | 638,8 | |||
| -92 | 6,685 | 7,996 | -27 | 0,5170 | 0,4551 | 38 | 66,26 | 46,26 | 103 | 1127 | 660,2 | |||
| -91 | 8,049 | 9,574 | -26 | 0,5720 | 0,5015 | 39 | 69,93 | 48,67 | 104 | 1167 | 682,2 | |||
| -90 | 9 672.10-5 | 11.44.10-5 | -25 | 0,6323 | 0,5521 | 40 | 73,78 | 51,19 | 105 | 1208 | 704,7 | |||
| -89 | 11,60 | 13,65 | -24 | 0,6985 | 0,6075 | 41 | 77,80 | 53,82 | 106 | 1250 | 727,8 | |||
| -88 | 13,88 | 16,24 | -23 | 0,7709 | 0,6678 | 42 | 82,02 | 56,56 | 107 |
1294 | 751,6 | |||
| -87 | 16,58 | 19,30 | -22 | 0,8502 | 0,7336 | 43 | 86,42 | 59,41 | 108 | 1339 | 776,0 | |||
| -86 | 19,77 | 22,89 | -21 | 0,9370 | 0,8053 | 44 | 91,03 | 62,39 | 109 | 1385 | 801,0 | |||
| -85 | 23.53.10-5 | 27.10.10-5 | -20 |
1,032 | 0,8835 | 45 | 95,86 | 65,50 | 110 | 1433 | 826,7 | |||
| -84 | 27,96 | 32,03 | -19 | 1,135 | 0,9678 | 46 | 100,9 | 68,73 | 111 | 1481 | 853,0 | |||
| -83 | 33,16 | 37,78 | -18 | 1,248 | 1,060 | 47 | 106,2 | 72,10 | 112 | 1532 | 880,0 | |||
| -82 | 39,25 | 44,49 | -17 | 1,371 | 1,160 | 48 | 111,7 | 75,61 | 113 | 1583 | 907,7 | |||
| -81 | 46,38 | 52,30 | -16 | 1,506 | 1,269 | 49 | 117,4 | 79,26 | 114 | 1636 | 936,1 | |||
| -80 | 0,547310-3 | 0,6138-10-3 | -15 | 1,652 | 1,387 | 50 | 123,4 | 83,06 | 115 | 1691 | 965,2 | |||
| -79 | 0,6444 | 0,7191 | -14 | 1,811 | 1,515 | 51 | 129,7 | 87,01 | 116 | 1746 | 995,0 | |||
| -78 | 0,7577 | 0,8413 | -13 | 1,984 | 1,653 | 52 | 136,2 | 91,12 | 117 | 1804 | 1026 | |||
| -77 | 0,8894 | 0,9824 | -12 | 2,172 | 1,803 | 53 | 143,0 | 95,39 | 118 | 1863 | 1057 | |||
| -76 | 1,042 | 1,145 | -11 | 2,376 | 1,964 | 54 | 150,1 | 99,83 | 119 | 1923 | 1089 | |||
| -75 | 1 220.10-3 | 1,334-10-3 | -10 | 2,597 | 2,139 | 55 | 157,5 | 104,4 | 120 | 1985 | 1122 | |||
| -74 | 1,425 | 1,550 | -9 | 2,837 | 2,328 | 56 | 165,2 | 109,2 | 121 | 2049 | 1156 | |||
| -73 | 1,662 | 1,799 | -8 | 3,097 | 2,532 | 57 | 173,2 | 114,2 | 122 | 2114 | 1 190 | |||
| -72 | 1,936 | 2,085 | -7 | 3,379 | 2,752 | 58 | 181,5 | 119,4 | 123 | 2182 | 1225 | |||
| -71 | 2,252 | 2,414 | -6 | 3,685 | 2,990 | 59 | 190,2 | 124,7 | 124 | 2250 | 1262 | |||
| -70 | 2 615.10-3 | 2,789-10-3 | -5 | 4,015 | 3,246 | 60 | 199,2 | 130,2 | 125 | 2 321 | 1299 | |||
| -69 | 3,032 | 3,218 | -4 | 4,372 | 3,521 | 61 | 208,6 | 135,9 | 126 | 2393 | 1337 | |||
| -68 | 3,511 | 3,708 | -3 | 4,757 | 3,817 | 62 | 218,4 | 141,9 | 127 | 2467 | 1375 | |||
| -67 | 4,060 | 4,267 | -2 | 5,173 | 4,136 | 63 | 228,5 | 148,1 | 128 | 2543 | 1415 | |||
| -66 | 4,688 | 4,903 | -1 | 5,623 | 4,479 | 64 | 293,1 | 154,5 | 129 | 2621 | 1456 | |||
| -65 | 5,406 10-3 | 5 627.10-3 | 0 | 6,108 | 4,847 | 65 | 250,1 | 161,2 | 130 | 2701 | 1497 | |||
| -64 | 6,225 | 6,449 | 1 | 6,566 | 5,192 | 66 | 261,5 | 168,1 | 131 | 2783 | 1540 | |||
| -63 | 7,159 | 7,381 | 2 | 7,055 | 5,559 | 67 | 273,3 | 175,2 | 132 | 2867 | 1583 | |||
| -62 | 8,223 | 8,438 | 3 | 7,575 | 5,947 | 68 | 285,6 | 182,6 | 133 | 2953 | 1627 | |||
| -61 | 9,432 | 9,633 | 4 | 8,129 | 6,360 | 69 | 298,4 | 190,2 | 134 | 3041 | 1673 | |||
| -60 | 10,80 · 10–3 | 10,98 · 10–3 | 5 | 8,719 | 6,797 | 70 | 311,6 | 198,1 | 135 | 3131 | 1719 | |||
| -59 | 12,36 | 12,51 | 6 | 9,347 | 7,260 | 71 | 325,3 | 206,3 | 136 | 3223 | 1767 | |||
| -58 | 14,13 | 14,23 | 7 | 10,01 | 7,750 | 72 | 339,6 | 214,7 | 137 | 3317 | 1815 | |||
| -57 | 16,12 | 16,16 | 8 | 10,72 | 8,270 | 73 | 354,3 | 223,5 | 138 | 3414 | 1865 | |||
| -56 | 18,38 | 18,34 | 9 | 11,47 | 8,819 | 74 | 369,6 | 232,5 | 139 | 3512 | 1915 | |||
| -55 | 20,92 · 10–3 | 20,78 · 10–3 | 10 | 12,27 | 9,399 | 75 | 385,5 | 241,8 | 140 | 3614 | 1967 | |||
| -54 | 23,80 | 23,53 | 11 | 13,12 | 10,01 | 76 | 401,9 | 251,5 | ||||||
| -53 | 27,03 | 26,60 | 12 | 14,02 | 10,66 | 77 | 418,9 | 261,4 | ||||||
| -52 | 30,67 | 30,05 | 13 | 14,97 | 11,35 | 78 | 436,5 | 271,7 | ||||||
| -51 | 34,76 | 33,90 | 14 | 15,98 | 12,07 | 79 | 454,7 | 282,3 | ||||||
| -50 | 39,35 · 10–3 | 38,21 · 10–3 | 15 | 17,04 | 12,83 | 80 | 473,6 | 293,3 | ||||||
| -49 | 44,49 | 43,01 | 16 | 18,17 | 13,63 | 81 | 493,1 | 304,6 | ||||||
| -48 | 50,26 | 48,37 | 17 | 19,37 | 14,48 | 82 | 513,3 | 316,3 | ||||||
| -47 | 56,71 | 54,33 | 18 | 20,63 | 15,37 | 83 | 534,2 | 328,3 | ||||||
| -46 | 63,93 | 60,98 | 19 | 21,96 | 16,31 | 84 | 555,7 | 340,7 | ||||||
| -45 | 71,98 · 10–3 | 68,36 · 10–3 | 20 | 23,37 | 17,30 | 85 | 578,0 | 353,5 | ||||||
| -44 | 80,97 | 76,56 | 21 | 24,86 | 18,34 | 86 | 601,0 | 366,6 | ||||||
| -43 | 90,98 | 85,65 | 22 | 26,43 | 19,43 | 87 | 624,9 | 380,2 | ||||||
| -42 | 102,1 | 95,70 | 23 | 28,09 | 20,58 | 88 | 649,5 | 394,2 | ||||||
| -41 | 114,5 · 10–3 | 106,9 · 10–3 | 24 | 29,83 | 21,78 | 89 | 674,9 | 408,6 | ||||||
| -40 | 0,1283 | 0,1192 | 25 | 31,67 | 23,05 | 90 | 701,1 | 423,5 | ||||||
| -39 | 0,1436 | 0,1329 | 26 | 33,61 | 24,38 | 91 | 728,2 | 438,8 | ||||||
| -38 | 0,1606 | 0,1480 | 27 | 35,65 | 25,78 | 92 | 756,1 | 454,5 | ||||||
| -37 | 0,1794 | 0,1646 | 28 | 37,80 | 27,24 | 93 | 784,9 | 470,7 | ||||||
| -36 | 0,2002 | 0,1829 | 29 | 40,06 | 28,78 | 94 | 784,9 | 470,7 |
Tabell XIII Vattenmättnadstryck ps och ångdensitet eD i ett temperaturområde från -100 °C (-148 °F) till +140 °C (+284 °F1)
3 saker att tänka på när du använder en kondensor
I praktiken är följande åtgärder vanliga:
- En strypsektion är placerad mellan kondensorn och gasballastpumpen och kan kortslutas under grovpumpningen. Strypsektionens flödesmotstånd ska vara justerbart så att pumpens effektiva varvtal kan sänkas till önskat värde. Detta värde kan beräknas med hjälp av formeln på sidan Gaspumpning, våtprocess.
- Bredvid den stora pumpen för grovpumpen finns en lågvarvig hållpump, dimensionerad efter den minsta mängd gas som finns. Syftet med denna hållpump är att upprätthålla optimalt drifttryck under hela processen.
- Nödvändig mängd luft flödar in i pumpens sugledning genom den variabla läckventilen. Denna extra mängd luft fungerar som en boost i gasballasten, vilket ökar pumpens vattenångmotstånd. Denna åtgärd leder dock vanligtvis till dålig kondensorprestanda. I takt med att mängden luft som tas in ökar, ökar även mängden el och olja som förbrukas. Luft ska normalt endast tillföras till kondensorns baksida, inte till framsidan, eftersom deltrycket i kondensorn blir för högt för att minska kondensorns effektivitet.
Om processtarttiden är kortare än den totala körtiden är den enklaste tekniska metoden att använda för- och efterpumpar. Procedurer med mycket varierande förhållanden kräver en justerbar strypningssektion och en justerbar lufttillförsel på gasballastpumpens inloppssida. Det finns alltid ett ångpartialtryck pv2 som är minst lika högt som det mättade vattenångtrycket vid kylvätsketemperaturen. I praktiken kan detta idealfall endast uppnås med mycket stora kondensorer (se ovan).
Hur fungerar behandlingen?
Ur ett praktiskt perspektiv och utifrån de grundläggande regler som anges ska följande två fall övervägas:
- Pumpning av permanent gas med en liten mängd ånga. Här bestäms storleken på kondensor-gasballastpumpens kombination baserat på mängden kontinuerligt pumpad gas. Kondensorn sänker vattenångtrycket vid gasballastpumpens inlopp till under toleransen.
- Pumpning av vattenånga med en liten mängd permanent gas. För att göra kondensorn mycket effektiv är syftet här att minska det partiella trycket av den permanenta gasen i kondensorn så mycket som möjligt. Även om det partiella trycket för vattenånga i kondensorn måste vara större än gasballastpumpens tolerans för vattenånga, räcker det i allmänhet med en relativt liten gasballastpump med erforderlig strypning för att driva ut den genererade permanenta gasen.
Viktig anmärkning: Om trycket i kondensorn sjunker under kondensorns mättade ångtryck (beroende på kylvattnets temperatur) under processen, stäng av kondensorn eller samla åtminstone upp den kondenserade vätskan. Om detta inte sker kommer gasballastpumpen att driva ut den ånga som tidigare kondenserats i kondensorn.
REFERENS
Vakuumordlista
Vet du vilka lagstadgade enheter som används inom vakuumteknik? Utforska vår ordlista och upptäck en detaljerad översikt över alla variabler, måttenheter och symboler inom vakuumteknik.
Vakuumsymboler
Här får du en översikt över de vanliga vakuumsymboler som används i branschen. Här hittar du symboler som används för att representera vakuumpumpar, tillbehör, mätare och mycket mer.
Referensförteckning
Vill du utöka dina kunskaper ytterligare?
I det här avsnittet hittar du allt material som används för att utveckla vår Edwards Vacuum-wiki.