6.1. Расчёт барометрического конденсатора смешения.

6.1.1. Расход охлаждающей воды Gв.

Gв определяют из теплового баланса конденсатора:

Gв=W3(hбк-cвtк)/cв(tk-tн),

где hбк – энтальпия паров в барометрическом конденсаторе; tн = 200С - начальная температура охлаждающей воды;

Cв =4,19 кДж/кг;

tк – конечная температура смеси воды и конденсата ;

Рбк = 7000 Па = 0,0714 ат, то по (2, стр. 23) tбк = 38,7 0С и hбк = 2572,2 кДж/кг.

Разность температур между паром и жидкостью на выходе из конденсатора должна быть 3 – 5 0С. Поэтому конечную температуру воды tк на выходе из конденсатора примем на 4 градуса ниже температуры конденсации паров: tк = tбк-4= 38,7-4=34,70С.

Тогда Gв= 3716,5(2572,2-4,19*34,7)/4,19(38,7-20) = =115110кг/ч = 31,98 кг/с.

6.1.2. Диаметр конденсатора.

Определяют по уравнению расхода:

dбк = (4W3/(rpv))1/2

r= 0,04782 кг/м3 – плотность паров (2, стр. 23).

При остаточном давлении к конденсаторе порядка 104 Па скорость паров v=15 – 25 м/с.

Тогда dбк = (4*3716,4/3600(0,04782*3,14*20))1/2 = 1,17м.

По (4, стр. 41) подбираем конденсатор:

¨ dбк = 1200мм;

¨ Высота цилиндрической части 4,90м

¨ Диаметры штуцеров условные:

Ø Для входа вторичного пара 450мм;

Ø Для входа охлаждающей воды 250мм;

Ø Для барометрической трубы 250мм;

Ø Для выхода парогазовой смеси 200мм.

6.1.3. Высота барометрической трубы.

Диаметр барометрической трубы dбт = 250мм.

Скорость воды в барометрической трубе:

v = 4(Gв + W3)/(rpdбт2) = 4(31,98+1,03)/(1000*3,14*0,252)= =0,67м/с.

Высота барометрической трубы:

Нбт=В/rвg + (1+Sx+l Нбт/ dбт)v2/2g + 0,5 ,

где В – вакуум в барометрическом конденсаторе;

Sx - сумма коэффициентов местных сопротивлений;

l - коэффициент трения в барометрической трубе;

0,5 – запас высоты на возможное изменение барометрического давления.

В = Ратм - Рбк = 98000 – 7000 = 91000 Па;

Sx = xвх+xвых =0,5 +1,0 =1,5, где xвх, xвых – коэффициенты местных сопротивлений на входе в трубу и выходе из неё (3, стр. 494).

Коэффициент трения l зависит от режима течения жидкости. Определим режим:

Re = dбтv/nв = 0,25*0,67/0,81*10-6 = 206790 ,

где nв = 0,81*10-6 м2/с при tк = 34,70С (3, стр. 512).

При Re = 206790 коэффициент трения определяется по формуле Никурадзе:

l = 0,0032 + 0,221*Re-0,237=0,015

Т. о., Нбт=91000/1000*9,81 + (1+1,55 Нбт/ 0,25)0,672/2*9,81 + 0,5=9,833+0,00137 Нбт

Нбт=9,8 м.

6.1.4. Барометрический ящик.

Барометрический ящик, заполненный водой и сообщающийся с атмосферой, является гидравлическим затвором для барометрической трубы. Объём воды в ящике должен обеспечивать заполнение барометрической трубы при пуске установки. Следовательно, объём ящика должен быть не менее объёма барометрической трубы, а форма ящика может быть произвольной:

V3 >= pdбт2Нбт /4>=3,14*0,252*9,8/4 = 0,48 м3.

6.2. Расчёт производительности вакуум-насоса.

Производительность вакуум-насоса Gвозд определяется количеством газа (воздуха), который необходимо удалять из барометрического конденсатора:

Gвозд =2,5*10-5(Gв + W3)+0,01W3= 2,5*10-5 (31,98+1,03) +0,01*1,03 = 11,1*10-3кг/с

Объёмная производительность вакуум-насоса равна:

Vвозд = R(273+tвозд) Gвозд/(MвоздPвозд), где R = 8314 Дж/(кмоль*К)- универсальная газовая постоянная;

Mвозд = 29 кг/кмоль – молекулярная масса воздуха;

tвозд - температура воздуха:

tвозд= tн +4+0,1*( tк – tн) = 20 + 4 + 0,1* 14,7 = 25,50С;

Рвозд- парциальное давление сухого воздуха в барометрическом конденсаторе:

Рвозд = Рбк –Рп = 7000-3355 = 3645 Па, где давление сухого насыщенного пара Рп = 0,03426 ат = 3355 Па при температуре 25,50С (2, стр. 17).

Тогда Vвозд = 8314(273+25,5) 1,1*10-3/(29*3645)=0,026 м3/с =1,55 м3/мин

Зная объёмную производительность и остаточное давление, по каталогу (7, стр. 188) подбираем вакуум-насос типа ВВН-3 с мощностью на валу N = 6,5 кВт.

7. Расчет и выбор вспомогательного оборудования выпарной установки.

7.1. Конденсатоотводчики.

Для отвода конденсата, образующегося при работе теплообменных аппаратов, в зависимости от давления пара, применяют различные виды устройств.

7.1.1. Конденсатоотводчик для отвода конденсата из теплообменника, обогревающего исходный раствор до температуры кипения.

Температура греющего пара на входе в теплообменник 1270С, следовательно, давление Р = 2,5160 ат = =0,247 МПа.

При данном давлении устойчиво работает конденсатороотводчик термодинамический муфтовый чугунный типа 45ч12нж.

Ø Расчётное количество конденсата после теплообменника:

Расход греющего пара Gрасч = 2774 кг/ч, тогда G = 1,2Gрасч = 3,3 т/ч.

Ø Давление пара перед конденсатоотводчиком:

Р1 = 0,95*Р = 1,44 ати.

Ø Давление пара после конденсотоотводчика:

Р2 = 0,5* Р1 = 0,72 ати.

Ø Условная пропускная способность:

KVy = G/(A*DP0,5), где DP = 0,72ат = 0,07МПа – перепад давления на конденсатоотводчике;

А = 0,67 – коэффициент, учитывающий температуру конденсата и перепад давлений на конденсатоотводчике (11, стр.6).

KVy = 3,3/(0,67*0,720,5) = 6 т/ч.

Ø Подбор конденсатоотводчиков типа 45ч12нж по (11, стр. 7):

Установим 3 одинаковых конденсатоотводчика с условной пропускной способностью KVy = 2; диаметр условного прохода равен 40мм; размеры L=170мм, L1= 22мм, Hmax=89мм, H1= 42,5мм, Do=111,5мм.

7.1.2. Конденсатоотводчик для отвода конденсата из первого корпуса выпарной установки.

Температура греющего пара на входе в аппарат 1500С, следовательно, давление Р = 4,85 ат =0,476 МПа.

При данном давлении устойчиво работает конденсатороотводчик термодинамический муфтовый чугунный типа 45ч12нж.

Ø Расчётное количество конденсата после теплообменника:

Расход греющего пара Gрасч = 6596 кг/ч, тогда G = 1,2Gрасч = 7,9 т/ч.

Ø Давление пара перед конденсатоотводчиком:

Р1 = 0,95*Р = 3,61 ати.

Ø Давление пара после конденсотоотводчика:

Р2 = 0,5* Р1 = 1,81 ати.

Ø Условная пропускная способность:

Ø

KVy = G/(A*DP0,5), где DP = 1,8 ат = 0,18 МПа – перепад давления на конденсатоотводчике;

А = 0,55 – коэффициент, учитывающий температуру конденсата и перепад давлений на конденсатоотводчике (11, стр.6).

KVy = 4,61/(0,55*0,180,5) = 6,2 т/ч.

Ø Подбор конденсатоотводчика типа 45ч12нж по (11, стр. 7):

Установим 2 одинаковых конденсатоотводчика с условной пропускной способностью KVy = 2 и один с условной пропускной способностью KVy = 2,5.

При KVy = 2 диаметр условного прохода равен 40мм; размеры L=170мм, L1= 22мм, Hmax=89мм, H1= 42,5мм, Do=111,5мм.

При KVy = 2,5 диаметр условного прохода равен 50мм; размеры L=200мм, L1= 24мм, Hmax=103мм, H1= 60мм, Do=115мм.

7.1.3. Конденсатоотводчик для отвода конденсата из второго корпуса выпарной установки.