Ejektori nalaze široku primenu u procesima mešanja tečnosti i gasova, u oblasti hemijiskih tehnologija i mnogim drugim granama tehnike.

Sva ejektorska mešanja gasova i tečnosti mogu da se podele u dve grupe.

U prvu grupu: spadaju ejektori od kojih se zahteva usisavanje što veće količine gasa po jedinici protoka tečnosti, pri čemu je rastvaranje gasa u tečnosti nebitno.

Ovakvi procesi se upotrebljavaju u ozonatorskim, hloratorskim i drugim uređajima, zatim za kompresiju gasova pomoću tečnosti i u ventilaciji.

U drugu grupu: spadaju ejektori od kojih se zahteva rastvaranje gasova i potpuno zasićenje rastvora. Ovakvi procesi se zahtevaju u flotaciji, aeraciji, zatim pri čišćenju tečnosti od naftinih proizvoda i drugim procesima.

Rastvorljivost gasova u tečnostima određuje se zakonom Henrija koji glasi

m = k·p·Q.

gde su:

  • m – masa rastvorenog gasa,
  • k – konstanta rastvorljivosti, koja zavisi od vrste gasa i od temperature i vrste tečnosti,
  • p – pritisak,
  • Q – zapremina tečnosti.

Iz formule se vidi da količina gasa koja se može rastvoriti u tečnost je u linearnoj zavisnosti od koeficijenta k, pritiska p i količine tečnosti Q, što znači da u određenoj zapremini tečnosti količina rastvorenog gasa može da se poveća, snižavanjem temperature ili povećanjem pritiska tečnosti i obratno.

Brzina rastvaranja (prenosa mase) zavisi od mehanizma prenosa materije između tečnosti i gasova. U nepokretnoj sredini mehanizam prenosa mase je spor i obavlja se molekularnom difuzijom. U pokretnoj sredini u strujnom protoku prenos mase se intevizira, a u turbulentnoj struji zbog uticaj pulzacije nastaje turbulentna difuzija. Uslovi rada u kojima se postiže burno turbulentno strujanje ostvaruju se u ejektorima, pa iz tih razloga ejektori predstavljaju najpovoljnije uređaje za rastvaranje gasova u tečnostima.

Rastvorljivost vazduha u vodi obično ne prelazi nekoliko zapreminskih procenata. Pa se zapreminski koeficijent usisavanja kreće u granicama

q =Q2/Q1 = 0,1 – 0,15

gde su:

  • Q2 – zapreminski protok usisavanog gasa,
  • Q1 – zapreminski protok pogonske tečnosti.

Princip rada ejektorskog uređaja:

Tečnost pod pritiskom p, prolaskom kroz mlaznicu ejektora, vrši transformaciju pritisne energije u kinetičku (brzinsku) energiju. Tečnost, koja sa velikom brzinom ulazi u komoru ejektora, hvata i povlači sa sobom, u komori prisutan gas, formirajući pri tome potpuno finu homogenu mešavinu. Usled različitih brzina strujanja, između tečnosti i usisanog gasa, dolazi do razbijanja oba fluida u najsitnije čestice. Ovako razbijeni i usitnjeni fluidi imaju veliku aktivnu površinu dodira, koja im omogućuje, vrlo brzu međusobnu izmenu energija (mehaničke, hemijske i toplotne i vrlo brzu apsorciju usisanih gasova).

apsorberi01Sl.12.1 Jednokratan prolaz tečnosti otvorena cirkulacija
apsorberi02Sl.12.2 Zatvorena kružna cirkulacija sa mogućnošću hlađenja

Na putu strujnog toka kroz ejektor, u burnoj turbulentnoj struji dolazi do relativno brzog rastvaranja gasova i zasićenja rastvora. Mešavina fluida (tečnost sa rastvorenim gasom i nerastvoren gas) odolazi u rezervor u kojem se vrši izdvajanje nerastvorenog gasa.

Najjednostavniji uređaj za rastvaranje gasova prikazan je na Sl.12.1. Rastvaranje gasa u tečnostima vrši se u jednom prolazu.

Na.Sl.12.2 i Sl.2.3 prikazani su uređaji sa zatvorenom kružnom cirkulacijom u kojima se, sa istom pumpom, postižu viši pritisci p3 pri kojima se vrši rastvaranje gasova (vidi dijagram 12.1 i 12.2).

Na Sl.12.2 rastvaranje gasa obavlja se pod pritiskim p3, koji je viši od pritiska p3 na Sl.11.1, jer pogonska tečnost ulazi u ejektor sa pritiskom p3 + pp, pa je i pritisak na izlazu iz ejektora p3, za iste uslove rada viši (vidi dijagram 12.1 i 12.2). Rastvorljivost gasa može se povećati hlađenjem mešavine gas-tečnost, po izlasku iz ejektora.

12.1
Q2/Q3 (m3vazduha / m3protoka pumpe za Sl.12.1 i Sl.12.2)
12.2
Q2/Q3 (m3vazduha / m3protoka pumpe za Sl.12.3)

Na Sl.12.3 prikazan je uređaj u kojem se gas rastvara u potisnom cevovodu ejektora i rezervoaru 1 pod pritiskom p3, a potom nakon prolaska kroz pumpu rastvaranje se obavlja u potisnom cevovodu pumpe i u rezervoaru 2 pod pritiskom p3 + pp.

Kako je količina gasa, koji se ejektorom usisava i rastvara (q0 = Q2/Q1 = 0,1–0,15) mala, može se u prvom približavanju smatrati da u cirkulaciji struji samo jednofazn fluid tj. tečnost.

Uređaji izvedeni prema Sl.12.2 i Sl.13.3 omogćuju bitno poboljšanje stepena iskorišćenja u odnosu na pumpe i ejektore sa jednokratnim prolazom (Sl.12.1) Povećanje stepena iskorišćenja proporcionalno povećava količinu rastvorenog gasa. Količina rastvorenog gasa prema Sl.12.2 i Sl.12.3 može biti više puta veća od količine rastvorenog gasa prema Sl.12.1. Proces može da se obavlja šaržno i kontinuirano. U kontinuiranom procesu tečnost i gas uvode istovremeno kako je to na Sl.12.2 i Sl.12.3 prikazano.

Na dijagramima 12.1 data je zavisnost odnosa pritisaka p3/pp od odnosa zapreminskih protoka usisanog vazduha i protoka pumpe Q2/Qp. Dijagrami važe za usisavanje vazduha iz atmosfere, a pritisci p3 i pp dati su u bar.

Na dijagramu 12.2 data je orjentaciona kriva zavisnosti odnosa pritisaka od odnosa protoka. Obzirom da je usisana količina vazduha mala zanemarena je, pa Q2 predstavlja samo protok tečnosti.

Maksimalni odnos manometarskih pritisaka p3/pp (bar/bar) koji se može postići pri protoku Q2 = 0 iznosi:

  • za povezivanje prema šemi Sl.12.1 p3/pp = 0,7
  • za povezivanje prema šemi Sl.12.2 p3/pp = 2,5
  • za povezivanje prema šemi Sl.12.3 p3/pp = 3,5

U praktično interesantnom i najčešćem dijapazonu primene koeficijent usisavanja q = 0,1– 0,15 dovoljan je za obezbeđenje vaduha (gasa) za potpuno zasićenje tečnosti.

Primer 12.1

Koliko se, prema šemi na Sl.12.1 i Sl.12.2 može usisati atmosferskog vazduha (pvaz = 1 baraps) sa pumpom pp = 5 bar i protoka Qp = 10 m3/h i ubaciti u rezervoar u kojem vlada pritisak p3 = 2 bar?

Rešenje: Za odnos pritisaka p3/pp= 2/5 = 0,4 iz dijagrama 12.1 očitava se:

  • za instalaciju prema Sl.12.1 Q2/Qp = 0,3, i
    Q2 = 0,3·Qp = 0,3·10 = 3 m3vazduha / m3vode,
  • za instalaciju prema Sl.12.2 Q2/Qp = 0,6 i
    Q2 = 0,6·Qp = 0,6·10 = 6 m3vazduha / m3vode.
apsorberi04
Sl.12.3 Zatvorena kružna cirkulacija sa mogućnošću hlađenja