Ontlugter

'n Ontlugter is 'n toestel wat gebruik word vir die verwydering van opgeloste gasse uit 'n vloeistof.

Ontlugters word algemeen gebruik om suurstof in ketelvoerwater vir stoomketels te verwyder. Dit is omdat suurstof in die water erge korrosie sal veroorsaak, veral by die hoë temperature in die stoomdrom. Opgeloste koolstofdioksied kombineer met water om koolsuur te vorm wat verdere korrosie kan veroorsaak.

Die meeste ontlugters is ontwerp om suurstof te verwyder tot vlakke van 7 dele per miljard per gewig of minder, sowel as om in wese koolstofdioksied uit te skakel. Om suurstofvlakke verder te verminder word hidrasien ook gewoonlik gedoseer wat soos volg met die oorblywende suurstof reageer.

${\ce {N2H4 + O2 -> N2 + 2H2O}}$

Uitleg

'n Tipiese uitleg van 'n industriële ontlugter.

Die figuur aan die regterkant wys hoe 'n tipiese ontlugter lyk. In die ontlugter word die vloeistof wat ontlug moet word aan die bokant ingevoer en gewoonlik stoom aan die onderkant van die plate. Die vloeistof sal afwaarts vloei terwyl die stoom opwaarts sal vloei. Wanneer die stoom in kontak kom met die vloeistof, sal 'n gedeelte van die stoom kondenseer om die vloeistof te verhit tot kookpunt by die ontlugter se druk en die opgeloste gasse sal uit die vloeistof ontsnap.

Aan die onderkant van die ontlugter is daar 'n versameldrom waarin die ontlugte vloeistof sal versamel waaruit dit gepomp sal word na die stoomdrom. Die versameldrom se doel is om te verseker dat daar altyd vloeistof na die pomp sal vloei sodat die pomp nie oorverhit en beskadig nie. Omdat die vloeistof in die versameldrom naby aan borrelpunt is, word ontlugters gewoonlik hoog geïnstalleer om seker te maak dat daar genoeg netto positiewe suighoogte vir die pompe is.

'n Ontlugter word gewoonlik bedryf teen 'n lae druk (10-100 kPa meterdruk) om seker te maak dat ontlugting effektief is. Hoe hoër die druk is, hoe meer gas kan in die vloeistof oplos en hoe laer die druk is hoe meer gas kan vrygestel word van die vloeistof.

Beginsel

Wanneer sjampanje wat onder druk is oopgemaak word, spuit dit soms uit die bottel. Dit word veral gesien wanneer renjaers op die podium mekaar natspuit met sjampanje.

Dit gebeur omdat die opgeloste gas in die vloeistof so vinnig uit die vloeistof en die bottel ontsnap dat sommige van die vloeistof meegesleur word. Dit gebeur oor drie redes:

1. Lae druk: Hoe laer die druk, hoe minder gas sal in 'n vloeistof oplos. Dus, wanneer 'n sjampanjebottel oopgemaak word, verminder die druk in die bottel oombliklik en stel gas vry uit die vloeistof.
2. Hoë temperatuur: Hoe warmer 'n vloeistof is, hoe minder gas kan oplos in die vloeistof. Dus, sjampanje, wat nie koud gemaak is nie, sal baie moontlik by die bottel uitkom wanneer die bottel oopgemaak is. Indien dit koud genoeg is, sal dit nie gebeur nie.
3. Turbulensie: Wanneer 'n vloeistof versteur word, byvoorbeeld wanneer dit geroer of geskud word, word opgeloste gasse ook vrygelaat. Dit is daarom dat renjaers die sjampanjebottel skud sodat die vloeistof kan uitspuit.

In 'n ontlugter word hierdie drie beginsels gebruik om soveel moontlik gas uit die vloeistof te verwyder:

1. Lae druk: Die druk in 'n ontlugter is gewoonlik so laag as moontlik. Dit moet net hoog genoeg wees om genoeg stoom te laat ventileer aan die bokant teen 'n stabiele tempo.
2. Hoë temperatuur: Stoom word in 'n ontlugter gebruik om die vloeistof te verhit tot borrelpunt, wat die hoogste moontlike temperatuur van 'n vloeistof is by 'n gegewe druk.
3. Turbulensie: Die stoom wat aan die onderkant van die ontlugter ingespuit word, vloei deur die vloeistof en veroorsaak dat die vloeistof versteur of geroer word. Dit sal verder veroorsaak dat opgeloste gas uit die vloeistof vrygestel sal word.

Ontwerp

Om seker te maak dat ontlugting effektief plaasvind moet daar altyd 'n bietjie stoom na die atmosfeer ventileer. Een van die volgende twee duimreëls word gebruik vir die ventileertempo:

1. Ventileertempo = 1% van die inkomende water
2. Ventileertempo = 14% van die inkomende stoom

Indien die ventileertempo baie hoër as hierdie riglyne is, word onnodig stoom vermors.

Bereken stoomvloei vanaf x

Massa- en energiebalans oor ontlugter.

Volgens die eerste ontwerpriglyn word die ventileertempo gegee as 'n fraksie (x ≈ 0.01) van die inkomende vloeistof vloei.

Bereken stoomvloei vanaf x en B

Indien die uitlaatvloei (B) gespesifiseer word, kan die ander strome bereken word deur van hierdie fraksie gebruik te maak:

$x={\frac {V}{A}}$

$V=xA$            (1)

Massabalans:

$A+S=B+V$            (2)

(1) in (2):

$A=B+xA-S$

$A-xA=B-S$

$A(1-x)=B-S$

$A={\frac {B-S}{1-x}}$            (3)

Energiebalans:

$h_{A}$	Entalpie van die inkomende water as 'n funksie van die temperatuur Tin van die water.
$h_{B}$	Entalpie van die uitgaande water. Omdat die binnekant van die versameldrom ongeveer by versadigde toestande is, is dit die entalpie van water by borrelpunt en druk, P. Dit kan van stoomtabelle afgelees word.
$h_{S}$	Enthalpie van die stoom wat inkom by temperatuur Tstm en druk Pstm. Gewoonlik word versadigde stoom gebruik.
$h_{V}$	Enthalpie van die stoom geventileer. Dit is versadigde stoom by druk P en kan van stoomtabelle afgelees word.

$Ah_{A}+Sh_{S}=Bh_{B}+Vh_{V}$            (4)

(1) & (3) in (4):

$Ah_{A}+Sh_{S}=Bh_{B}+Vh_{V}$

$Ah_{A}+Sh_{S}=Bh_{B}+xAh_{V}$

${\frac {B-S}{1-x}}h_{A}+Sh_{S}=Bh_{B}+x{\frac {B-S}{1-x}}h_{V}$

Maal elke term met $1-x$

$(B-S)h_{A}+(1-x)Sh_{S}=(1-x)Bh_{B}+(B-S)xh_{V}$

$Bh_{A}-Sh_{A}+Sh_{S}-Sxh_{S}=Bh_{B}-Bxh_{B}+Bxh_{V}-Sxh_{V}$

Skei "B" en "S" terme:

$Sh_{S}-Sh_{A}-Sxh_{S}+Sxh_{V}=Bh_{B}-Bxh_{B}+Bxh_{V}-Bh_{A}$

$S\left(h_{S}-h_{A}-xh_{S}+xh_{V}\right)=B\left(h_{B}-xh_{B}+xh_{V}-h_{A}\right)$

$S=B{h_{B}-xh_{B}+xh_{V}-h_{A} \over h_{S}-h_{A}-xh_{S}+xh_{V}}$

$S=B{x(h_{V}-h_{B})+h_{B}-h_{A} \over x(h_{V}-h_{S})+h_{S}-h_{A}}$

A kan bereken word uit (3):

$A={\frac {B-S}{1-x}}$

En V kan bereken word uit (2)

$V=A+S-B$

Bereken stoomvloei vanaf x en A

Indien die inlaatvloei (A) gespesifiseer word, kan die ander strome bereken word deur van x gebruik te maak:

$V=xA$            (1)

Massabalans

$A+S=B+V$            (2)

(1) in (2):

$A+S=B+xA$

$B=A-xA+S$            (3)

Energiebalans

$Ah_{A}+Sh_{S}=Bh_{B}+Vh_{V}$            (4)

(1) en (3) in (4):

$Ah_{A}+Sh_{S}=(A-xA+S)h_{B}+xAh_{V}$

$Ah_{A}+Sh_{S}=Ah_{B}-xAh_{B}+Sh_{B}+xAh_{V}$

Skei "B" en "S" terme:

$Sh_{S}-Sh_{B}=Ah_{B}-xAh_{B}+xAh_{V}-Ah_{A}$

$S(h_{S}-h_{B})=A(h_{B}-xh_{B}+xh_{V}-h_{A})$

$S=A{x(h_{V}-h_{B})+h_{B}-h_{A} \over h_{S}-h_{B}}$

V is reeds bereken in (1)ː

$V=xA$

En B kan bereken word uit (2)

ː$A+S=B+V\qquad \Rightarrow \qquad B=A+S-V$

Bereken stoomvloei vanaf z

Volgens die tweede (alternatiewe) ontwerpriglyn word die ventileertempo gegee as 'n massafraksie (z ≈ 0.14) van die inkomende stoom vloei.

S = f(z, B)

Indien die uitlaatvloei (B) gespesifiseer word, kan die ander strome bereken word deur van hierdie fraksie gebruik te maak:

$V=zS$            (1)

Massabalans

$A+S=B+V$            (2)

(1) in (2):

$A+S=B+zS$

$A=B+zS-S$            (3)

Energiebalans

$Ah_{A}+Sh_{S}=Bh_{B}+Vh_{V}$            (4)

(1) en (3) in (4):

$(B+zS-S)h_{A}+Sh_{S}=Bh_{B}+zSh_{V}$

$Bh_{A}+zSh_{A}-Sh_{A}+Sh_{S}=Bh_{B}+zSh_{V}$

Skei "B" en "S" terme:

$Bh_{A}-Bh_{B}=zSh_{V}-zSh_{A}+Sh_{A}-Sh_{S}$

$S=B{h_{A}-h_{B} \over z(h_{V}-h_{A})+h_{A}-h_{S}}$

V kan nou bereken word uit (1)ː

$V=zS$

En A kan bereken word uit (3)

$A=B+zS-S$

Tipiese bedryfstoestande

Die volgende tabel gee 'n voorbeeld van bedryftoestande in 'n ontlugter:

	Vloei t/h	Meterdruk kPa(g)	Absolute druk kPa(a)	Temperatuur °C	Entalpie kJ/kg	Fase
Atmosferiese druk	-	0	100	-	-	-
Stroom A	457.0	-	-	60	251.1	Onderverkoelde vloeistof
Stroom S	47.6	400	500	151.7	2748.0	Versadigde stoom
Stroom B	500	50	150	111.2	466.5	Versadigde vloeistof (by borrelpunt)
Stroom V	4.57	50	150	111.2	2693.8	Versadigde stoom (by doupunt)

Die verhouding van stoom geventileer tot inlaat vloeistof is dus 4.57/457 = 0.01 = 1%

Invloed van inlaat temperatuur

Die volgende tabel wys die invloed van die inlaattemperatuur op die stoomverbruik.

Temperatuur van inlaat	40	50	60	70	80
Uitlaat vloei B	500	500	500	500	500
Stoom vloei S	62.3	55.1	47.6	39.9	31.9
Ventileer vloeitempo V	4.42	4.49	4.57	4.65	4.73
Inlaatvloei A	442.2	449.4	457.0	464.8	472.8

Daarom is dit die moeite werd om die inlaatstroom eers te verhit met afvalhitte voor dit na die ontlugter gestuur word.

Kyk ook

• Hidrasien

Bronnelys

• Babcock & Wilcox Co. (2005). Steam: Its Generation and Use (41st uitg.). ISBN 0-9634570-0-4.
• Elliott, Thomas C.; Chen, Kao; Swanekamp, Robert (1998). Standard Handbook of Powerplant Engineering (2nd uitg.). McGraw-Hill. ISBN 978-0-07-019435-9.
• Kent, Robert Thurston, red. (1936). Kents' Mechanical Engineers' Handbook in two volumes (11th uitg.). John Wiley & Sons.