蒸汽喷射器基础知识

蒸汽喷射器基础知识

蒸汽喷射器是一种简单、可靠且低成本的真空产生设备，在化学工业中应用广泛。本文将详细介绍蒸汽喷射器的工作原理、设计类型、操作方式及其在工业中的具体应用。

蒸汽喷射器提供了一种简单、可靠、低成本的产生真空的方法。它们在化学工业中特别有效，因为那里有高压动力气体的现场供应。

出于多种原因，喷射器被认为是机械真空泵的替代品：

• 除动力气体外，不需要其他动力源；
• 因为它们没有运动部件，所以它们是可靠的真空生产商；
• 它们易于安装、操作和维护。

喷射器设计

喷射器设计非常简单，它是一种泵送装置，没有活动部件，而是使用流体或气体作为动力。通常，动力流体是蒸汽，因此该装置被称为“蒸汽喷射器”。基本的喷射器部件包括蒸汽室、喷嘴、吸入口、喉部、扩散器和排放口（图1）。

喷射器的主要功能

热力压缩机

热力压缩机是用于再压缩废蒸汽和工艺流体的喷射器。在压缩机中回收废蒸汽和低压水蒸气排放，能耗降低30%以上。

真空发生器

基于喷射器的系统特别适合作为初级真空发生器，特别是在动力蒸汽几乎总是可用的情况下。它们应用于结晶、脱气、干燥、冷却、高真空蒸馏和除臭等过程。

喷射器系统的范围从简单的单喷射器级到具有多达六个喷射器和中间冷凝器的非常复杂的系统。

喷射器类型

喷射器有单喷嘴或多喷嘴设计。单喷嘴装置也可配备自动主轴，用于特殊应用。单喷嘴固定孔口是最简单的喷射器类型。

多喷嘴喷射器更有效。与为相同条件设计的单喷嘴装置相比，它们通常可以节省高达10%至20%的动力蒸汽。

在轴操作的喷射器中，喷嘴和锥形轴协同工作，类似于针阀。在这种情况下，主轴本质上改变了喷射器内部的尺寸，创造了一种新的单点设计。因此，主轴操作的喷射器提供了高的非设计效率，如果操作条件必须改变，这非常方便。

多级喷射器通常通过在某些级之间加入中间冷凝器来降低后续级的负载，从而促进经济性。有时也会使用预冷凝器、增压冷凝器和后冷凝器。

冷凝器类型

冷凝器可以是气压式或表面式。所选冷凝器的尺寸和类型取决于空气蒸汽比、可用冷却水温度、蒸汽和水成本以及吸入蒸汽中的污染物。

气压冷凝器的购买和安装成本更低。它们有很多优点。然而，用户应该意识到，气压冷凝器是一种直接接触式设计。冷却水直接与待冷凝的蒸汽混合。如果对工艺流体有任何环境考虑，则不应将其与冷却水混合。

壳管式冷凝器使冷却水与工艺流体分离。不会发生污染；因此，冷凝器水被冷却并重新利用。另一方面，由于冷凝器管上可能积聚水垢或固体，壳管式设计可能需要更多的维护。

喷射器操作

在操作中，高压动力气体以低速进入蒸汽室，并通过收敛-发散喷嘴膨胀。这导致压力降低，速度增加。同时，吸入流体从吸入口进入。现在处于高速的动力流体夹带吸入流体并与之结合。

然后，这两种流体通过扩散器重新压缩。势能转化为动能；因此，速度增加，压力降低。混合物在文丘里喉部达到最大速度和最低压力（图2）。然后，流体在中间压力下充注，该中间压力高于入口吸入流体压力，但远低于入口动力流体压力。

最佳效率

喷射器代表单点设计。也就是说，其最佳效率存在于一组条件下。其设计规格代表了该装置内置的最大容量。

喷射器设计分为关键型和非关键型。临界流是指扩散器喉部的流体速度为音速。在非临界单位中，流体速度为亚音速。

在临界范围内设计的喷射器对非设计操作条件很敏感。抽吸能力不能增加。事实上，它实际上是通过增加动力流体压力而降低的。由于喷嘴是一个固定的孔口，动力流体压力的任何变化都会伴随着动力流体量的成比例变化。

非关键设计单元的变化更为平缓，但吸入能力仍无法增加。最好的解决方案是确保正确指定使用条件。

特定喷射器

虽然喷射器本身可能很简单，但指定满足特定需求的最佳系统并不简单。喷射器尺寸和分级涉及的重要参数包括动力气体的压力、所需的排放压力、吸入压力以及动力流体与吸入流体的相对质量流量。

例如，大多数喷射器使用蒸汽作为动力流体。动力蒸汽的质量影响机组的运行。通常的要求是干燥、饱和的高压蒸汽。

在运行中，保持蒸汽的设计质量非常重要。如果蒸汽质量低，吸入压力和容量会降低，特别是在多级设计中。

过度的蒸汽过热也会对喷射器的吸入能力产生不利影响。它降低了能级比，比体积的增加往往会阻塞扩散器。

只要存在适当的条件，喷射器通常可以应用于各种过程：动力流体压降足够大，可以在喷嘴中产生高速，吸入和排出压力之间的差异不会过大，吸入流体流量与动力流体相比较小。