Вопрос № 235 Распределение примесей между водой и равновесным с ней насыщенным паром. Коэффициент распределения. Растворимость веществ в насыщенном паре.

Известны два пути перехода примесей из воды в пар: с капельным уносом кипящей воды и вследствие растворимости в паре.

Концентрация примесей в насыщенном паре характеризуется суммарным коэффициентом выноса , %:

.

где - влажность пара, %, характеризует содержание примесей, поступающих в насыщенный пар вместе с капельной влагой; - коэффициент распределения, %, характеризует содержание примесей в паре вследствие его растворяющей способности.

Двухфазная однокомпонентная система в зависимости от количественного состава фаз может представлять собой либо кипящую воду, содержащую пузырьки пара, либо влажный пар, содержащий капельки влаги, либо, наконец, кипящую воду, соприкасающуюся с насыщенным водяным паром. Независимо от того, какова структура двухфазной системы, вода и пар представляют собой два растворителя, имеющие одну и ту же химическую природу, но различные плотности и диэлектрические свойства, определяющие их способность растворять неорганические соединения.

Если двухфазная система находится в термодинамическом равновесии, содержащиеся в ней нелетучие примеси распределяются между фазами в соответствии с законом распределения растворенных веществ между двумя несмешивающимися растворителями. Количественно это равновесие характеризуется коэффициентом распределения , который выражают через активности растворенного вещества в паре и воде :

.

Для разбавленных растворов активности можно заменить соответствующими концентрациями растворенного вещества, тогда

.

Переход веществ из воды в пар в соответствии с распределением между несмешивающимися растворителями протекает в адиабатных условиях при постоянной температуре насыщения и соответствующем давлении(плотности).

Коэффициент распределения К_р зависит от давления и химических свойств веществ: , n – зависит от свойств вещества. К_р зависит от формы, в которой вещество находится в водном растворе: молекулярной или ионной. Наибольшей растворимостью обладают вещества, находящиеся в молекулярной форме, наименьшей – в ионной. По мере роста давления и температуры кипения плотность пара  и способность неорганического вещества переходит из воды в пар . Наибольшая растворимость у Fe₂O₃; Al₂O₃; CuO. Наименьшая растворимость: NaCl; Na₂SO₄; NaOH.

Вопрос № 236 Для чего осуществляют промывку пара в барабане котла?

Учитывая, однако, что чистота выдавае­мого пара определяется не водой, из которой он генерируется, а той водой, с которой он контактирует перед выходом в паровой объем, можно при данном качестве кипящей воды существенно уменьшить концентрацию приме­сей в паре в процессе его промывки, пропустив пар на последней стадии процесса через слой чистой воды, например конденсата или чистой питательной воды. Так реализуется барботажная промывка пара.

Сущность барботажной промывки пара со­стоит в следующем (рис. 15.10). Пусть из котловой воды высокого солесодержания с концентрацией образуется сухой пар с концентрацией . При этом в соответствии с растворяющей способностью пара для дан­ного вещества, зависящей только от парамет­ров, устанавливается равновесие, характери­зуемое коэффициентом распределения k₁ = = Cп1/Cк.в. Далее, проходя слой питательной воды с концентрацией С_ПВ (воды низкого солесодержания), пар приобретает концентра­цию, соответствующую новому равновесию,

Рис. 15.10. Принципиальная схема промывки пара.

В процессе установления нового равнове­сия часть растворенной в паре примеси пере­ходит в воду, так как При этом концентрация примеси в паре уменьшается, а в промывочной воде — увеличивается. При хорошем и достаточно длительном контакте обеих фаз в процессе промывки

Поскольку оба процесса (образование па­ра и его промывка) протекают при одном и том же давлении, то и так как Для достижения высокого эффекта промывки пар через промывочную воду пропускают мелкими струйками, напри­мер, через дырчатый щит. После промывки насыщенный пар подвергается повторной се­парации, и влажность пара доводится пример­но до уровня влажности его до промывки. В простейшем виде для промывки пара при­меняют дырчатый щит (рис. 15.11), на кото­рый подают промывочную воду. Для нормаль­ной работы необходимо, чтобы промывочная вода не «проваливалась» через отверстия дырчатого листа, что возможно при малых нагрузках. Это обеспечивается созданием определенной скорости пара (см. § 13.2).

Рис. 15.11. Паропромывочное устройство, отвечающему коэффициенту распределения

Промывку пара организуют в паровом объеме барабана (см. рис. 15.4). Необходи­мый уровень промывочной воды поддержи­вается верхней закраиной щита. Размеры промывочного устройства требуют, чтобы внутренний диаметр барабана был не менее 1600—1800 мм. В качестве промывочной воды применяют питательную воду. Количество во­ды, необходимой для промывки пара, зависит от паропроизводительности. В современных котлах вся питательная вода подается в раз­дающий короб, а ее избыток сливается через переливную щель в этом коробе непосредст­венно в водяной объем барабана, минуя про­мывку.