2.4. Факторы, определяющие эффективность термического деаэратора

Из закона Генри следует, что уменьшение парциального давления газа над раствором в условиях равновесия приводит к пропорциональному уменьшению концентрации этого газа в растворе. Согласно закону Дальтона, парциальное давление газа над раствором соответствует разности полного давления над раствором и парциального давления водяных паров. То есть при заданном полном давлении над раствором уменьшить парциальное давление газа (и, соответственно, его концентрацию в растворе) можно, увеличив парциальное давление водяных паров. Максимальное парциальное давление водяных паров над раствором имеет место в том случае, если жидкая фаза находится в состоянии насыщения (кипения). С точки зрения кинетики деаэрации, уменьшение равновесной концентрации газа в воде также увеличивает интенсивность процесса диффузии газового компонента в растворе. Таким образом, для эффективной термической деаэрации вода должна находиться в состоянии насыщения (кипения).

Для того чтобы в ходе процесса десорбции газового компонента из жидкой фазы в паровую поддерживать движущую силу этого процесса на высоком уровне, необходимо непрерывно эвакуировать газовый компонент из зоны контакта фаз. В противном случае парциальное давление газа над раствором, несмотря на кипение воды, будет увеличиваться, что приведет к увеличению равновесной концентрации газа в воде и, соответственно, уменьшению движущей силы процесса. Иными словами, необходим непрерывный отвод выделяющихся из воды газов от границы раздела фаз.

При контакте пара с водой в деаэраторе содержание газов в паре увеличивается в направлении от точки ввода греющего пара в деаэратор до точки отвода выпара (смеси выделившихся из воды газов с оставшейся несконденсированной частью греющего пара). Поэтому некоторое увеличение равновесной концентрации газов в воде в том же направлении неизбежно. Для обеспечения максимальной в данных условиях разности текущей и равновесной концентраций газов в воде целесообразно организовывать в деаэраторе явно выраженный противоток воды и греющего пара.

Согласно законам молекулярной, конвективной или турбулентной диффузии, количество перенесенного в единицу времени газа будет тем больше, чем больше площадь поверхности контакта фаз. Кроме того, увеличение этой площади приводит к уменьшению времени, затрачиваемого на нагрев воды до температуры насыщения, соответственно время, доступное для протекания собственно процесса деаэрации при тех же конструктивных характеристиках аппарата будет больше. Поэтому в термическом деаэраторе необходимо обеспечить возможно большую площадь поверхности контакта фаз, что достигается разбивкой воды на струи и капли или барботажом пара через слой воды.

Из законов диффузии следует также, что количество перенесенного из одной фазы в другую газа будет тем больше, чем больше доступное время процесса. Это обстоятельство становится особенно важным применительно к процессам десорбции химически-связанных газов, например, диоксида углерода, поскольку протекающие в воде химические реакции с участием такого газа требуют дополнительного времени. Иными словами, термическая деаэрация должна быть организована таким образом, чтобы обеспечивалось возможно большее время контакта фаз.

С учетом этих рассуждений, можно сформулировать основные требования к термическому деаэратору, обеспечивающие его эффективную работу [2–4]:

а) внутри каждой сту­пени деаэратора должны отсутствовать циркуляционные токи, которые могут привести к проскоку необработанных масс воды в отводящий тру­бопровод;

б) в деаэраторе не должно быть застойных зон ни по воде, ни, особенно, по пару;

в) в деаэраторе на всем пути между паром и водой должен быть четко выраженный противоток и мак­симальная разность между текущей и равновесной концентрацией газа в воде;

г) паровое пространство деаэратора должно вентилироваться необходимым количеством пара, причем парциальное давление удаляемых газов в подводимом к деаэратору паре должно быть ми­нимальным;

д) способ обработки деаэрируемой воды, особенно на последних ступенях дегазации, должен обеспечивать многократную обработку ее паром и максимальное развитие поверхности контакта фаз;

е) в деаэраторе должны быть предусмотрены условия для уда­ления мельчайших газовых пузырьков, возникающих при нагре­вании воды или падении давления;

ж) для обеспечения глубокой дегазации и, особенно, для эффек­тивного протекания процессов термического разложения гидрокарбонатов и других термически нестойких соединений необходимо перед последней ступенью деаэрации выдерживать воду при температуре, близкой к температуре насыщения;

з) обработка воды в последней ступени дегазации должна по возможности осуществляться при температуре более высокой, чем температура насыщения, соответствующая давлению в паровом пространстве деаэратора, что обеспечивает дополнительную дегаза­цию воды за счет эффекта вскипания;

и) в деаэраторе должна быть исключена возможность повторного заражения воды кислородом и углекислотой.