Vakuová technika Proudové vývěvy ejektory a jejich použití v praxi Autor: Bc. Ondřej Hudeček ÚVOD Podle normy DIN 28400 je vakuum definované:,,vakuum je stav plynu, který má menší hustotu než atmosféra na zemském povrchu. Jako vakuum tedy můžeme označit stav plynu, jehož tlak je nižší než tlak atmosférický. Vakuum je někdy také označováno jako podtlak. Existuje mnoho oborů ve kterých se využívá vakuum vč. automobilového průmyslu, petrochemického průmyslu, metalurgie atd. V této práci se nebudeme zabývat obory, které využívají vysokého vakua. Velmi vysoké vakuum (až 10-13 Torr) se využívá především ve výzkumu (např. v urychlovači částic v institutu CERN v Ženevě). Tvorba vakua Ke snížení atmosférického tlaku, tj. dosažení vakua, se používají buď mechanické nebo proudové vývěvy (ejektory). Mechanické vývěvy pracují na stejném principu jako kompresory. Prostor, ve kterým chceme získat podtlak, je připojen na stranu sání vývěvy. U proudové vývěvy jako zdroj primární energie slouží stlačený vzduch, tlak vody, nebo pára. Příslušné médium je přivedeno na trysku ejektoru. Ejektory dělíme na jednostupňové a vícestupňové a jednotlivé stupně se řadí za sebe. Při tlaku 0,5 MPa v trysce ejektoru lze dosáhnout vakua až 88 kpa. Stlačené médium je přivedeno do vstupního hrdla ejektoru (1). V zúženém průřezu trysky (2) se zvýší rychlost proudu např. vzduchu. V prostoru (3) se sníží tlak a hrdlem (4) je do komory (3) přisán vzduch. Hrdlem ejektoru (5) odchází proud vzduchu z trysky (1) a přisátým vzduchem do atmosféry viz obr. 1 [2]. Obr. 1: Jednostupňový ejektor [2]
Aplikace a některé příklady použití hrubého vakua a) Manipulátory: Používají se zejména tam, kde vlastnosti vytvořeného vakua slouží k uchopení předmětů. Vhodné k uchopení předmětů s hladkým povrchem, pevnou strukturou a rozměry s hmotností odpovídají možnostem vakua. Jako zdroj vakua se používají funkční bloky obsahující: vícestupňový ejektor, elektromagneticky ovládaný ventil přívodu vzduchu do trysky ejektoru, vakuový snímač jako zdroj signálu určující stav dosaženého vakua a další moduly (filtr nasávaného vzduchu, tlumiče hluku atd.).[2] Obr.k 2: Funkční blok zdroje vakua [2] Kompaktní tvar, rozměry a malá hmotnost umožňují montovat tyto funkční bloky jako zdroj vakua co nejblíže k místu použit v našem případě přísavce. Takové zapojení umožňuje krátké reakční doby mezi úchopem a povolením předmětu. Z důvodu úspory energie je vhodné používat větší přísavky a nižší hodnotu vakua, než malé rozměry přísavky a vyšší hodnoty vakua.
přísavka Obr 3: Vestavěný blok zdroje vakua [2] b) Petrochemie - vakuová destilace Dalším možným použitím nízkého vakua je v petrochemii při destilaci ropy. Vakuová destilace se používá k oddělení látek teplotně labilních, které by se při destilaci za normálního tlaku rozkládaly. Dále se tímto způsobem destilují látky o vysokém bodu varu a látek s malým poměrem bodu varu. S klesajícím tlakem se tento poměr zvyšuje a oddělení látek je účinnější. Destilace ropy je použita pro výrobu olejů (lehké, střední, těžké) a asfaltu [3]. Mazut získaný z atmosférické destilace (destilace za mírně zvýšeného tlaku) se dále rozděluje pomocí vakuové destilace. Schéma vakuové destilace je zobrazeno na obr. 4. Obr. 4: Typické schéma vakuové destilace mazutu [1].
Vakuová kolona pracuje za sníženého tlaku 2-10 kpa. Snížením tlaku se snižuje bod varu sloučenin v mazutu, takže lze při teplotách 360 400 C vydestilovat z ropy (mazutu) další látky.vakuovou destilací mazutu se získávají 2 3 boční vakuové destiláty. Horní částí kolony odcházejí páry vakuového plynového oleje s vodní párou a procházející výměníkem. Ve výměníku se tyto plyny vymění teplo s mazutem a jdou do kondenzátoru v němž při teplotě 30-50 C zkondenzuje plynový olej a část vody. Část zkondenzovaného vakuového plynového oleje se vrací jako zpětný tok na nejvyšší patro vakuové kolony. Zbytek nezkondenzovaných složek mazutu a vodní páry se odsává obvykle 3 stupňovým systémem parních ejektorů a barometrických kondenzátor, který udržují konstantní tlak 2-10 kpa. Spodem vakuové kolony se odčerpává vakuový zbytek (asfalt) [1]. c) Vakuová metalurgie Zabývá se zpracováním kovů (tavení, rafinace, spékaní atd.) ve vakuových pecích. Touto technologií lze podstatně zlepšit vlastnosti materiálů, například zvýšit jejich čistotu, snížit obsah plynů. K snížení obsahu plynu ve slitině budeme tavit slitinu v plazmové peci za sníženého tlaku. Vlastní proces tavení probíhá za tlaku 5 90 kpa, proces následného přetavení za tlaku 5-26,7 Pa. Proces tavení probíhá obvykle za příkonu 14 36 kw. d) Potravinářský průmysl automatické dojící linky Dříve se v těchto linkách dosahovalo vakua pomocí vodní vývěvy. Požadavkem byla dostatečná čerpací rychlostí, avšak podtlak v přísavkách nesměl být příliš velký, aby nedošlo k poranění zvířete. Nevýhodou těchto vývěv byla velká spotřeba vody. Z ekonomických důvodů jsou nahrazovány rotačními vývěvami. Podstata dojícího zařízení: Dojící zařízení nesmí zraňovat vemeno a znečisťovat mléko. Musí zajišťovat úplné vydojení během 4-5min, Činnost dojícího zařízení napodobuje sání telete. Pravidelně se střídá doba sání a doba stisku struku. Účel vývěvy: Vytváří podtlak asi 50 kpa Nejčastěji se používá kombinace dvou vývěv 1.vytváří podtlak pro dojení 2.vytváří podtlak pro dopravu mléka Sací potrubí vývěvy je opatřeno vzdušníkem, který zajišťuje rovnoměrný podtlak vývěvy.
Závěr: Tento text byl zaměřen na zařízení využívající hrubé vakuum. V současné době jsou využívaná v celé řadě technologických aplikacích. Vakuové pece jsou používány při výrobě a výzkumu nových materiálů s komerčně zajímavými vlastnostmi, pro odstranění materiálového pnutí po tvářecích procesech, pro kapilární pájení nebo odplynění povrchu matriálů. Zcela běžně jsou v provozech zavedeny vakuové destilace nebo filtrace a stejně tak se moderní strojírenské provozy neobejdou bez automatických montážních linek, kde jsou jako uchopovací prvky využívány podtlakové přísavky. Použitá literatura: [ 1 ] Blažek J, Rábal V. Základy zpracování a využití ropy 2, vyd. Vysoká škola chemickotechnologická v Praze, Praha 2006, ISBN 80 7080-619-2. [ 2 ] SMC training [online]. 2007 [cit. 2010-11-17]. Vakuum. Dostupné z WWW: <http://2009.oc.smc-cee.com/cz/pdf/lg2_vakuum.pdf>. [ 3 ] Vakuová destilace. In Wikipedia : the free encyclopedia [online]. St. Petersburg (Florida) : Wikipedia Foundation, 12.7. 2009, last modified on 24. 10. 2010 [cit. 2010-11-17]. Dostupné z WWW: <http://cs.wikipedia.org/wiki/vakuov%c3%a1_destilace>.