СПОСОБ УДАЛЕНИЯ ОСТАТОЧНОЙ ПРИМЕСИ ИЗ ПОЛОСТИ Российский патент 1997 года по МПК F26B5/04 

Изобретение относится к области очистки в вакууме, где первоначально жидкая примесь кристаллизуется в процессе вакуумирования, и может быть использовано при удалении таких примесей из полости холодильных и криогенных систем.

Известен способ удаления жидкофазной примеси из непрогреваемой полости путем ее вакуумной откачки с постоянной скоростью, где величину скорости откачки выбирают такой, чтобы к моменту полного испарения примеси ее температура достигла температуры кристаллизации [1]
Удаление примеси известным способом осуществляется продолжительное время, когда начальная температура жидкофазной примеси не больше температуры своей кристаллизации на 5.10 К. Для соблюдения условия удаления только жидкофазной примеси, температура которой непрерывно уменьшается в процессе испарения, необходим малый темп понижения ее температуры в процессе откачки. Темп понижения температуры примеси зависит от соотношения между теплопритоком к ней и теплоотводом от нее. Чем теплоотвод от примеси больше теплопритока к ней, тем больше темп понижения ее температуры. В рассматриваемом случае теплоприток и испаряющейся примеси, обусловленный разностью температур между примесью и контактирующим с ней материалом, мал (ΔT < 5...10 K). Следовательно, должен быть мал и теплоотвод от примеси, хотя он и несколько больше теплопритока по абсолютной величине. Теплоотвод, характеризующийся теплотой испарения примеси, прямо пропорционален скорости откачки. Поэтому и скорость откачки также мала при удалении жидкофазной примеси известным способом. Малая скорость откачки непрогреваемой полости обусловливает продолжительное время удаления из нее жидкофазной примеси.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ вакуумирования теплоизоляционной полости криогенных сосудов и трубопроводов путем их откачки с постоянной скоростью, где обеспечивают отношение скорости откачки к объему откачиваемой полости не менее 0,5 с^-1 [2]
В практике пусконаладочных работ с теплоизоляционной полостью криогенных сосудов и трубопроводов, монтируемых на открытой площадке, сталкиваются со случаями, когда в полости накопилась вода, присутствие которой в работающей полости недопустимо. Необходимо очистить полость от примеси путем ее удаления. В рассматриваемом способе для скорейшей очистки полости ориентируют на максимальную скорость откачки. Откачка с максимальной скоростью (максимальный теплоотвод) приведет к быстрой кристаллизации первоначальной жидкофазной примеси, и в дальнейшем будет откачиваться сублимирующаяся примесь. Однако установлено, что, чем больше скорость откачки полости, содержащей сублимирующуюся примесь, тем больше время удаления этой примеси. Поэтому, используя максимальную скорость откачки полости, получают продолжительное время удаления из нее остаточной примеси.

Задачей изобретения является уменьшение длительности удаления остаточной примеси из полости.

Поставленная задача достигается тем, что в известном способе удаления остаточной примеси из емкости, преимущественно непрогреваемой, в котором процесс эвакуации паров ведут с постоянной скоростью, согласно изобретению эвакуацию производят со скоростью, определяемой из выражения:

где K коэффициент теплопередачи и капельной примеси от стенок емкости, Вт/(м²•K);
F_о площадь контакта примеси со стенкой емкости, м²;
плотность паров капельной примеси в процессе ее испарения, кг/м²;
T_о температура окружающей среды. K;
r теплота испарения капельной примеси, Дж/(г);
T_кр температура кристаллизации капельной примеси. K,
C теплоемкость капельной примеси, Дж/(моль K).

Данный способ, по мнению авторов, отвечает критерию "новизна", так как рекомендуемая величина скорости откачки занимает промежуточное положение между двумя рассмотренными скоростями в известных способах очистки.

Принципиальное отличие предлагаемого способа удаления остаточной примеси из полости, где первоначально жидкая примесь кристаллизируется в процессе вакуумирования, от используемого в настоящее время способа заключается в том, что параметр режима (скорость откачки полости) в способе удаления, определенный по- новому, обеспечивает получение совершенно нового свойства - уменьшение длительности удаления остаточной примеси из полости.

На чертеже показана экспериментальная зависимость процесса удаления остаточной водной примеси, которая кристаллизовалась во время вакуумирования, в координатах "время удаления скорость откачки полости" (каждая точка на графике соответствует полному удалению остаточной воды заданного начального объема).

В результате рассмотрения известных способов удаления остаточной примеси имеем два предельных по времени случая удаления. При малой скорости откачки удаляется только жидкофазная примесь, причем чем меньше скорость, тем больше время удаления. При высокой скорости откачки остаточная примесь меняет свое агрегатное состояние в процессе очистки (кристаллизуется), и удаляется уже твердофазная примесь, причем, чем больше скорость, тем больше время удаления.

Очевидно, что в рассматриваемом способе удаления остаточной примеси из полости, где первоначально жидкофазная примесь кристаллизуется в процессе вакуумирования, должен существовать оптимум величины скорости откачки полости, при котором примесь удалится за наименьшее время. Для нахождения указанного оптимума на экспериментальном стенде был проведен ряд экспериментов (см. акт испытаний). Из полученной экспериментальной зависимости (см. чертеж) следует, что оптимум скорости откачки при удалении из нее остаточной примеси, которая кристаллизуется в процессе своего удаления, существует. Зная, что всегда существует некоторая погрешность в экспериментально определенной величине, можно рекомендовать без значительного увеличения времени удаления величину
Откачка полости с данной величиной скорости откачки позволит удалить остаточную примесь из полости за наименьшее время.

Способ осуществляется следующим образом.

Зная состав удаляемой примеси и условия откачки, моделируют процесс ее удаления из полости. Устанавливают скорость откачки полости, равной величине
Производят удаление остаточной примеси с установленной постоянной скоростью откачки полости.

Использование предлагаемого способа удаления остаточной примеси из полости с постоянной скоростью откачки, где первоначально жидкофазная примесь кристаллизуется в процессе вакуумирования, обеспечивает по сравнению с существующими способами следующие преимущества:
наименьшее время удаления остаточной примеси из полости;
меньшую используемую скорость откачки, а следовательно, и меньшую потребляемую электроэнергию вакуумного насоса, по сравнению с откачкой с максимально возможной скоростью;
меньшее время удаления остаточной примеси из полости, когда начальная температура жидкофазной примеси не больше температуры своей кристаллизации на 5.10 K, по сравнению с удалением только жидкофазной примеси.

Использование: в способах удаления остаточной примеси из полостей. Сущность изобретения: способ удаления остаточной примеси из полости позволяет удалить остаточную примесь из полости, где первоначально жидкофазная примесь кристаллизуется в процессе вакуумирования, при постоянной скорости откачки за меньшее время, поскольку величина скорости определяется выражением: , Данная величина скорости откачки полости является оптимальной. При скорости откачки большей или меньшей оптимальной время процесса удаления остаточной примеси из полости увеличивается. Производят удаление остаточной примеси с установленной скоростью откачки полости. 1 ил.

Способ удаления остаточной примеси из полости, преимущественно непрогреваемой, в котором процесс эвакуации паров ведут с постоянной скоростью, отличающийся тем, что эвакуацию производят, исключая кристаллизацию капельной примеси, причем скорость откачки определяют из выражения

где К коэффициент теплопередачи к капельной примеси от стенок емкости, Вт/(м²•К);
F₀ площадь контакта примеси со стенкой емкости, м²;
плотность паров капельной примеси в процессе ее испарения, кг/м³;
r теплота испарения капельной примеси, Дж/г;
Т₀ температура окружающей среды, К;
Т_кр температура кристаллизации капельной примеси, К;
С теплоемкость капельной примеси, Дж/(моль•К).