Расчет барометрического конденсатора выпарной установки
1. Определяем расход охлаждающей воды из теплового баланса конденсатора при противоточном движении вторичных паров (нижний ввод) и охлаждающей воды (верхний ввод):
где Тк = Твп – ΔТгд – (1…3º) = 20 – 1 – 2 = 17 ºС – конечная температура смеси охлаждающей воды и конденсата, уходящей из конденсатора (задается ниже температуры конденсации паров: на 1…3 °С в противоточных конденсаторах и на 5…6 °С - в прямоточных [11]); Св = 4190 Дж/(кг∙К) – удельная теплоемкость охлаждающей воды; Тн = 20 °С – принятая температура охлаждающей воды, подаваемой в конденсатор.
2. Вычисляем диаметр барометрического конденсатора [3, с.178]:
где vп = (15…25) м/с – скорость паров в конденсаторе; ρвп = 0,396 кг/м3 – плотность вторичных паров в барометрическом конденсаторе при температуре конденсации Тконд = Твп – ΔТгд = 20 – 1 = 19ºС [5, c. 589].
В соответствии с нормалями НИИХИММАШа (табл. П2.6) принимаем диаметр барометрического конденсатора Dбк = 500 мм.
3. Находим диаметр барометрической трубы конденсатора:
где ρв = 1000 кг/м3 – плотность воды при температуре Тк = 17,2 °С; vв = (0,2…1) м/с – рекомендуемая скорость течения воды в барометрической трубе.
Принимаем диаметр трубы конденсатора dт = 125 мм.
4. Определяем высоту барометрической трубы конденсатора:
Hт = (105 – рконд.)/9810 + ∆hк = (105 – 3110)/9810 + 0,5 ≈ 10,16 м,
где Рконд.= 9810 Па – давление конденсирующихся вторичных паров в барометрическом конденсаторе при температуре конденсации Тконд.= 19 ºС; ∆hк = (0,5…1,0) м – поправка для компенсации колебаний уровня жидкости в гидрозатворе.
5. Находим необходимое число ступеней конденсации:
– принимаем напор воды на тарелках (высоту бортов) hв = 0,04 м, а диаметр отверстий сита dс = 0,008 м;
– начальная скорость истечения воды через отверстие сита при коэффициенте скорости φ = 0,96
vп = φ (2g hв)0,5 = 0,96∙(2∙9,81∙0,04)0,5 = 0,26 м/с;
– расход через отверстие при коэффициенте сжатия струи ε = 0,64
– количество отверстий на тарелке
n = Gв /(ρв gк) = 0,60∙/(1000∙8,3∙10-6) ≈ 72;
– минимальное число ступеней конденсации
(9)
где а1 = 220 мм – расстояние между первой и второй тарелками (полками) конденсатора согласно нормали НИИХИММАШа (табл. П2.6) для принятого диаметра барометрического конденсатора Dк = 500 мм.
Учитывая, что за ступень конденсации принимаются две смежные тарелки, устанавливаем 4 тарелки, расстояние между которыми принимаем согласно указанной нормали: а1 = 220 мм; а2 = 260 мм; а3 = 320 мм.
6. Определяем полную высоту барометрического конденсатора:
Нбк = Н + Нт + ∆hк = 4 300 + 8700 + 300 = 13 300 мм,
где ∆hк = (0,2…0,5) м – расстояние от нижнего конца барометрической трубы до дна емкости (гидрозатвора).
7. Рассчитываем производительность вакуум-насоса [3, с.179]:
– количество газа, которое необходимо удалять из конденсата
Gвозд.= 2,5∙10-5(W + Gв) + 0,01 W = 2,5∙10-5(0,014 + 0,60) + 0,01∙0,014 =
= 1,5∙10-4 кг/с,
где 2,5∙10 -5 – количество газа, выделяющегося из 1 кг воды; 0,01 – количество газа, подсасываемого по неплотностям в конденсатор, на 1 кг паров;
– температура воздуха:
Tвозд = Tн + 4 + 0,1(Tк – Tн) = 9 + 4 + 0,1( 17-9 ) = 12,2 °С;
– парциальное давление воздуха (при парциальном давлении водяных паров рп = 3190 Па, отвечающем температуре Tвозд = 27,78 °С):
pвозд = pконд. – рп = 3100 – 1459 = 1641 Па;
– требуемая объемная производительность вакуум-насоса:
Vвозд. = R (273 + T возд) G возд /(M возд p возд) = 8 314(273 + 12,2)х
х 1,5∙10-4/(29∙16410) = 0,0032 м3/с = 0,19 м3/мин;
8. Подбираем марку вакуум-насоса:
– при данной производительности и вычисленном значении парциального давления воздуха pвозд = 1641 Па ≈ 14 мм рт. ст. целесообразно выбрать для откачки воздуха из конденсатора водокольцевой насос типоразмера ВВН-25, обеспечивающий остаточное давление на уровне 110 мм рт. ст. при производительности 0,75 м3/мин (табл. П2.7).