172361. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és szerkezet többfokozatú nyomáscsökkentő berendezések hőrekuperációs szintszabályozására, különösen folyamatos bauxitextraháló berendezésekhez
3 172361 4 Ez az önszabályozás mind a nyomáscsökkentő tartályból és a hőcserélőből álló részegységben, mind pedig a több részegységből álló teljes kaszkádban végbe megy, amennyiben a tartályokban a szinteket és a kaszkádnyomásokat megfelelő arányossági tartományokon belül a folyamatterheléstől függő értéken tartjuk. Eltekintve a rögzített fojtású keverőcső önszabályozó hatásától a hőátvitel kiegyenlítő hatással is jár, amennyiben nagyobb áthaladási teljesítmény esetén a nyomás a hőátvitelhez szükséges nagyobb hőmérsékletkülönbség miatt is a keverőcső és a rögzített fojtás előtti nyomásnövekedéssel azonos értelemben növekszik. Kielégítő gazdaságosság biztosítása végett a berendezést meghatározott terhelési tartományon belül, célszerűen a normál terhelés 50 százaléka és 150 százaléka között kell járatnunk, a hőcserélőt pedig a hőátbocsátó képesség biztosítása végett megfelelően kell méreteznünk. A találmány szerinti szerkezetet az jellemzi, hogy az önszabályozást a tartály lefolyásába iktatott rögzített fojtás és a szintmeghatározó gőzbeveeető nyílások, célszerűen a folyadékba merülő fölszálló cső rése és/vagy furatai biztosítják. A rögzített fojtáshoz irányuló gőzáramlás külön vezetéken át is végbemehet. Ennek alsó végén van azután a gőzbevezető szabályozó nyílás (rés vagy furatok), amelyek a folyadék szintszabályozásának szabályozási körzetét meghatározzák. A találmány szerinti eljárás és az eljárás foganatosításához való szerkezet alkalmazása az eddig ismert megoldásokhoz viszonyítva számos előnnyel jár. A berendezés szabályozásához szükséges költséges és érzékeny üzemű mérő- és szabályozó berendezések mozgó alkatrészeket nem tartalmazó mechanikus szerkezettel helyettesíthetők. Nagy jelentőséggel bír, hogy a különleges szabályozó szelepeket, amelyek legtöbbször különösen a pép szilárd alkotórészeivel okozott kopásnak vannak kitéve, rögzített fojtások helyettesítik. Minthogy ezek szintereit fémből készült betétgyűrűkkel vannak kialakítva, igen kopásállók, egyszerű szerkezetűek és viszonylag olcsók. A zárógőzös szintszabályozás és a hőátvitelnél fellépő kiegyenlítődés kedvező találkozása folytán a kaszkádban a terheléstől függő automatikusan jellegzetes nyomásváltozás alakul ki, ami biztosítja a fázisok kifogástalan szétválasztását, a nyomáscsökkentő tartályokban a szült állandóságát, valamint a jó hőrekuperációt. A találmányt a továbbiakban a rajz alapján ismertetjük, amelyen a találmány szerinti eljárás foganatosításához való szerkezet példakénti kiviteli alakját tüntettük föl. A rajzon: Az 1. ábra rekuperációs kaszkád kapcsolási vázlata nyomáscsökkentő tartályokkal és hőcserélőkkel. A 2. ábra nyomáscsökkentő tartályokat tüntet föl keverőcsővel és rögzített fojtással metszetben. A 3. ábra gőzbevezető szabályozó nyílássokkal ellátott lefolyócső részének metszete látható. A rajzon azonos hivatkozási számok hasonló részleteket jelölnek. Valamely áramlási ellenállás átbocsátó képessége egyenlettel irható le. 2 Az önszabályozó hatás a 2. ábra alapján az (1) egyenlet figyelembe vételével a következőképpen tárgyalható : A 2. ábrán látható rögzített 8 fojtás az (1) egyenletben az állandó kv érték képviseli. A nyomáscsökkentő 5 tartályban lévő folyadék szintje értékek között változik, amikoris a szabályozó 7 nyílásokon át egyre több zárógáz áramlik a 6 lefolyócsőbe (3. ábra). Ennek következtében az áramló keverék (az (1) egyenletben v^) fajlagos térfogata csökkenő szinttel egyre nagyobb Tesz. XJgyanekkor az (1) egyenletben m szimbólummal jelzett áramló tömeg egyre csökken. Ezzel a találmány szerinti szerkezetben végbemenő önszabályozási folyamat már belátható: Amikor a tartályban a folyadékszint magasabb, az elfolyó tömeg növekszi, süllyedő szint esetén pedig automatikusan csökken. Az ilyen szabályozási elképzelés megvalósításához a szerkezetet megfelelően kell méretezni. Evégből mindenekelőtt figyelembe kell venni, hogy forrásban lévő folyadék fajlagos térfogata a fojtásnál föllépő kigőzölgés következtében növekszik: vExp = v'-kw(p) DP (2). Emellet föl kell ismerni, hogy a gőzfázis fajlagos térfogata lényegesen meghaladja az azonos nyomású folyadékfázis fajlagos térfogatát és ez a fajlagos térfogat a nyomás csökkenésekor még növekszik: vgőz = v" *Kd(P> DP (3>A (2) és (3) egyenletből kitűnik, hogy a fajlagos térfogat növekedése a nyomáscsökkenés folytán arányos az áramlási ellenálláson föllép- DP nyomáskülönbséggel. A szerkezet méretezéséhez ismerni kell a Kw(p) és Kp,(p) értékeket. Itt termikus függvényekről win szó, amelyek jellemzők a telítettségi állapotra. Valamely rendszer termodinamikus szabadsági foka a telítettségi állapotban ugyanis az egységre >.sokken. Ennek alapján azután például a nyomás függvényében valamennyi további állapotjelző és ezek kombonaciójának illetőleg deriváltjainak változásai termikus függvények alakjában már hozzáférhetők. A (2) és (3) egyenletből, valamint az általános keverési szabályból végül kiadódnak a fajlagos térfogat azon értékei, amelyek a folyadékból és gőzből álló keverékre vonatkoznak és az (1) egyenlet értelmében a zárógőzös szabályozó hatást kiváltják. vn = x • vgőz +(I'x)vExp (4) Az x gőzhányad a rögzített fojtás előtti állapotra vonatkozik. A 3. ábrán érzékeltettük, hogyan lehet a szabályozó 7 nyílásoknak a 6 lefolyócső mentén történő függőleges elosztásával célszerű szabályozási tartományt kialakítani. Jellegzetes eredményként a 3. ábrával kapcsolatban például utalhatunk arra, hogy néhány atmoszféra nagyságú nyomástartományban az m tömegteljesítmény Hppn . Hmax szinváltozás esetén megkétszereződik, amikoris az x gőzhányad csak nehány százalékkal változik. Befejezésül utalunk arra, hogy a zárógőzös szintszabályozás folytán szomszédos tartályok között ter-5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
