Необходимо рассчитать расход охлаждающей воды, основные размеры (диаметр и высоту) барометрического конденсатора и барометрической трубы, производительность вакуум насоса.

3.1 Определение расхода охлаждающей воды

Расход охлаждающей воды Gв определяют из теплового баланса конденсатора:

(23)

где Iбк – энтальпия паров в барометрическом конденсаторе, Дж/кг; tн – начальная температура охлаждающей воды, °С; tк – конечная температура смеси воды и конденсата, °С.

Разность температур между паром и жидкостью на выходе из конденсатора должна быть 3 – 5 град. Поэтому конечную температуру воды tк на выходе из конденсатора принимают на 3 – 5 град ниже температуры конденсации паров:

°С

Тогда

кг/с

3.2 Расчёт диаметра барометрического конденсатора

Диаметр барометрического конденсатора dбк определяют из уравнения расхода:

(24)

где ρ – плотность паров, кг/м3; v – скорость паров, м/с.

При остаточном давлении в конденсаторе порядка 104 Па скорость паров v принимают 15 – 25 м/с:

м

По нормалям НИИХИММАШа подбираем конденсатор диаметром, равным расчётному или ближайшему большему. Определяем его основные размеры. Выбираем барометрический конденсатор диаметром dбк = 600 мм.

3.3 Расчёт высоты барометрической трубы

В соответствии с нормалями ОСТ 26716 – 73, внутренний диаметр барометрической трубы dбт равен 150 мм.

Скорость воды в барометрической трубе vв равна:

м/с

Высоту барометрической трубы определяют по уравнению:

(25)

где В – вакуум в барометрическом конденсаторе, Па; Σξ – сумма коэффициентов местных сопротивлений; λ – коэффициент трения в барометрической трубе; Нбт, dбт – высота и диаметр барометрической трубы, м; 0,5 – запас высоты на возможное изменение барометрического давления, м.

В = Ратм – Рбк = 9,8 ∙ 104 – 3 ∙ 104 = 6,8 ∙ 104 Па

Σξ = ξвх + ξвых = 0,5 + 1,0 = 1,5

где ξвх и ξвых – коэффициенты местных сопротивлений на входе в трубу и на выходе из неё.

Коэффициент трения λ зависит от режима течения жидкости. Определим режим течения воды в барометрической трубе:

Для гладких труб при Re = 855000 коэффициент трения λ равен:

Отсюда находим Нбт = 7,68 м. [1]

В таблице 17 представлены основные размеры барометрического конденсатора.

Таблица 17 Основные размеры барометрического конденсатора

4. Расчёт производительности вакуум-насоса

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

кг/с (26)

где 2,5 ∙ 10-5 – количество газа, выделяющегося из 1 кг воды; 0,01 – количество газа, подсасываемого в конденсатор через неплотности на 1 кг паров.

кг/с

Объёмная производительность вакуум-насоса равна:

(27)

где R – универсальная газовая постоянная, Дж/(кмоль∙К); Mвозд – молекулярная масса воздуха, кг/кмоль; tвозд – температура воздуха, °С; Рвозд – парциальное давление сухого воздуха в барометрическом конденсаторе, Па.

Температуру воздуха рассчитывают по уравнению:

°С

Давление воздуха равно:

Рвозд = Рбк – Рп

где Рп – давление сухого насыщенного пара (Па) при tвозд = 26,96 °С.

Рвозд = 0,305 ∙ 9,8 ∙ 104 – 0,04 ∙ 9,8 ∙ 104 = 2,6 ∙ 104 Па

Тогда:

м3/с (1,955 м3/мин)

Зная объёмную производительность Vвозд и остаточное давление Рбк, по ГОСТ 1867 – 57 подбираем вакуум-насос типа ВВН-3 мощностью на валу N = 6,5 кВт. [1]

5. Расчёт диаметров трубопроводов и подбор штуцеров

Штуцера подбираются по внутреннему диаметру трубопровода. Внутренний диаметр трубопровода круглого сечения рассчитывают по формуле:

(28)