喷射器在蒸氨塔的应用

喷射器在蒸氨塔的应用
摘要：介绍了蒸氨塔用的蒸汽喷射器的结构，工作过程及设备的设计计算方法。

1 喷射器的结构和工作过程
蒸汽喷射器由喷嘴、吸入室和扩压器组成。

工作过程分为三个阶段：一是工作蒸汽通过喷嘴绝热膨胀过程，即由位能转化为动能，蒸汽压力降低，比容增加，速度加快；二是工作蒸汽与吸入蒸汽的混合过程；三是工作蒸汽携带着吸入蒸汽进入扩压器，两股汽流混合进行能量交换，最后混合蒸汽在扩压器将压缩动能转化为位能。

喷射器结构如图1所示
图1 蒸汽喷射器结构
2 工作蒸汽消耗的计算
蒸汽喷射器工作蒸汽耗量的计算方法有喷射系数法和单位耗汽量法两种。

其中喷射系数法计算过程十分复杂，据有关资料介绍，计算结果与生产实际误差约为15%。

基于蒸汽喷射器是用于蒸氨塔的直接汽蒸馏系统，为确保蒸氨塔必须的热量，其工作蒸汽消耗量可按下式计算：
式中：G—工作蒸汽消耗量，kg/h
Q—每蒸馏1t原料水的饱和蒸汽消耗量，kg/h
W —进入蒸氨塔的原料水量，t/h
G x—蒸发槽产生的次生蒸汽量，kg/h
i —工作蒸汽的热焓, kJ/kg
r —工作蒸汽的潜热，kJ/kg
根据斯梯尔公司和三菱公司的资料，在喷射器作用下，蒸发槽的真空度可达0.05MPa，所以上式的次生蒸汽量G x可按下式计算：
式中：W，—自蒸氨塔排至蒸发槽的水量, kg/h
t2—废水在蒸发槽内的蒸发温度,℃，因为蒸发器的绝对压力为0. 05MPa，所以t2= 80. 9℃
t1—进入蒸发槽的废水温度, ℃
C —废水的比热,kJ /(k g·℃)
2302—在绝对压力0. 05MPa下水的汽化潜热, kJ/kg
3 蒸发槽容积的计算
蒸发槽的总容积按“供热学”中水汽分离器的公式计算：
(m3)
式中：V"—在蒸发槽绝对压力下蒸汽的比容，m3/kg
X—进入蒸发槽废氨水中所含蒸汽量的百分数，一般为5％
P x—蒸发槽的绝对压力, MPa
(1+0.2)—考虑槽的蓄水容积不应小于总容积0.2倍
4 喷射器的结构尺寸计算
(1) 根据供热部门的试验研究和工程实践，当工作蒸汽为饱和蒸汽时，主喷射器的结构尺寸可按“维利杰尔的计算方法”计算, 喷嘴喉部直径d按下式计算：
（mm）
式中：G—工作蒸汽消耗量, kg/h
P—工作蒸汽的绝对压力，MPa
喷嘴出口直径d2按下式计算
式中：C —喷嘴出口直径计算系数，当工作蒸汽为饱和蒸汽时：
E—工作蒸汽通过喷嘴时的膨胀比，E=P/ P x
P x—喷射器吸入口的绝对压力, MPa
喷嘴入口直径, mm d1= 3d
蒸汽折算收缩角 a1=18°56'
蒸汽折算扩散角 a2=11°25'
喷嘴喉部长度，mm L=1. 2d
喷嘴收缩段的长度, mm L1=6d
喷嘴扩散段的长度, mm L2=5(d2－d)
总长度，mm L0=L2+10d+12
(2) 扩压器的结构尺寸计算
喉部直径（mm)
式中：G—工作蒸汽量, kg/h
G x—被抽出的次生蒸汽量, kg/h
P4—扩压器出口处的绝对压力, MPa
进口直径D2=1. 5D3
出口直径D4= l. 8D3
扩压器折算收缩角Φ1=6°
扩压器折算扩散角Φ2 = 6°
扩压器前段长度L1= 5D3
扩压器喉部长度L2=3D3
扩压器后段长度L3=8D3
(3)喷射器吸入口直径计算
m
式中：V x 喷射器吸入蒸汽体积，m3 /h W x 吸入蒸汽流速，一般取40～60m/S 5 喷射器结构尺寸计算举例
按蒸氨塔处理剩余水量14250kg/h。

5. 1 求工作蒸汽量G
蒸发槽的绝对压力P x = 0. 05MPa
蒸发槽的温度 t2=80.9℃
蒸氨塔底压力，取0.3
废水温度106℃
蒸氨塔冷进料1t原料氨水消耗蒸汽300kg 蒸氨废水量W'=14.25×300+14.25=18.5 t/h 自蒸发槽抽出的次蒸发量为：
kg/h
进入蒸氨塔直接蒸汽压力为0. 3MPa（表压），热焓i=2737. 5kJ/kg同样次生蒸汽的绝对压力为0. 05MPa时，热焓i x=2640kJ/kg, 所以，喷射器的工作蒸汽量：
kg/h 5. 2 废水蒸发器的总容积
废水蒸发器的绝对压力P x=0. 05MPa
蒸汽比容V"= 3. 299 m3/kg
V＝l 0P x V"·X·W（1＋0.2）
＝10×0.05×3.299×5％×18. 5×1.2＝1.83m3
5.3 喷射器结构尺寸计算
(1) 主喷射器结构尺寸计算（即喷嘴）.工作蒸汽压力0. 3MPa(表压）喷嘴喉部直径
喷嘴出口直径计算：
膨胀比E＝P／P x=(0.3+0.1)/0.05=8
C=0.54(2.64)lg8=1.3
d2=1.3×47=61mm
d1=3d=141mm
α1=18°56′α2=11°25′
L=1.2d=1.2×47=56.4mm
L1=6d=6×47=282mm
L2=5(d2－d)=5(61－47)=70mm
L0=L2+10d+12=70+10×47+12=554mm
(2) 扩压器结构尺寸的计算。

令扩压器出口处压力为0。

035MPa（表），即与蒸氨塔底部压力接近。

扩压器喉部直径为：
D2＝1.5D3＝1.5×90＝135mm
D4=1.8D3=1.8×90=162mm
Φ1=6°Φ2 = 6°
L1= 5D3=90×5=450mm
L2=3D3=3×90=270mm
L3=8D3=8×90=720mm
(3) 喷射器吸入口直径。

因工作蒸汽压力较低，取吸入蒸汽流速30m/s。

计算表明，蒸氨塔采用喷射器后，直接蒸汽用量可节省804kg/h, 约节省19%。