4. Расчет барометрического конденсатора

Для создания вакуума в выпарных установках обычно применяют конденсаторы смешения с барометрической трубой. В качестве охлаждающего агента используют воду, которая подается в конденсатор чаще всего при температуре окружающей среды (около 20 градусов). Смесь охлаждающей воды и конденсата стекает из конденсатора по барометрической трубе. Для поддержания постоянства вакуума в системе из конденсатора с помощью вакуум-насоса откачивают конденсирующиеся газы.

Расход охлаждающей воды G_B определяют из теплового баланса конденсатора:

G_B=W₂(I₂-c-t_K)/[c_B(t_KOH-t_нач)]_;

где I₂ - энтальпия паров в барометрическом конденсаторе, Дж/кг;

с_в - теплоемкость воды, Дж/кг°С;

t_нач - начальная температура воды поступающей в барометрический конденсатор, °С, принимаем t_нач равным 18-20°С;

t_кон - конечная температура смеси воды и конденсата, °С.

Разность температур между паром и жидкостью на выходе из конденсатора должна быть 3-5 градусов. Поэтому конечную температуру воды примем на 3 градуса ниже температуры конденсации паров в барометрическом конденсаторе:

t_кон = t_бк-3.0=61.5-3.0=58.5 °С

W₂ - количество вторичного пара, поступающий в барометрический конденсатор из 2-го корпуса.

G_b=1.064(2606500-4.19*10³*58.5)/[4.19*10³(58.5-20)]=15,58 kt/c.

Диаметр барометрического конденсатора определяют по формуле:

D_бк=(W₂/O,785 )⁰;⁵

где р_п - плотность вторичного пара, кг/м³[1,Приложение Б4, Б5];

_п - скорость паров в барометрическом конденсаторе, принимаем равной _п =20 м/с [3, с. 17].

D_бк =(1.064/0.785*20*0.13)^0,5=0.722 м.

По [1, приложению А10 ] подбираем конденсатор диаметром, равным D_бк =800mm.

Определяем скорость воды в барометрической трубе

=4(G_в+W₂)/( ),

В соответствии с нормалями, внутренний диаметр барометрической трубы

равен =300 мм.

=4(15,58+1.064)/(3.14*0,3²*800)=0.295 м/с.

Высоту барометрической трубы определяем из уравнения

где В - вакуум в барометрическом конденсаторе, Па;

- сумма коэффициентов местных сопротивлений;

- коэффициент трения в трубе;

Н_op - ориентировочная высота и диаметр барометрической трубы, м;

р - плотность воды, кг/м ;

0,5 — запас высоты на изменение барометрического давления.

где , - коэффициенты на входе в трубу и на выходе из нее.

=1.5

Коэффициент трения зависит от режима течения жидкости.

Определяем режим течения воды в барометрической трубе:

,

где р - плотность воды при t_кон=58.5 °С , кг/м³;

- вязкость воды при t_кон = 58.5 °С, Па*с. [3, с. 514].

Среднее значение шероховатости стенок труб с незначительной коррозией e=0,2 мм [3, с. 514]. Относительная шероховатость d/e=300/0,2=1500. По [3, с. 22] определяем коэффициент трения =0,023.

Таким образом:

= 8.26 м.

5. Расчет вакуум—насоса

Производительность вакуум-насоса L определяют расходом несконденсированных газов, которые необходимо удалять из барометрического конденсатора:

L=0,025*(W₂+ G_B)/1000+0,01 *W₂;

L= 0,025*(1.064+ 15,58)/1000+0,01 *1.064=11,056* кг/с.

Определяем объемную производительность вакуум-насоса:

V=R*(273 + t_в)*L/(M_B*P_B),

где R - универсальная газовая постоянная воздуха,

R=8310 Дж/кмоль-К;

М_в - молекулярная масса воздуха, М_в =29 кг/кмоль;

T_в - температура воздуха, °С;

Р_в - парциальное давление сухого воздуха в барометрическом конденсаторе, Па.

Температуру воздуха определяем по уравнению

t_в=t_H+4+0,l(t_к-t_H);

t_B= 20+4+0.1(58.5-20)=27.85°С. .

Давление воздуха равно:

Рв=Рбк-Рп,

где Р_п - давление сухого насыщенного пара при t_в=27,85°C;

Р_п =0,039 ат.

[1,Приложение Б4, Б5].

Р_в=(0,22-0,039)*98000=17738 Па.

V= 8310*(273 + 28.85)*11,056* /(29*17738)=0,0179 м³/с.=1,074м³/мин.

Подбираем вакуум-насос типа ВВН-1,5, n=2,1 кВт, производительностью 1,5 м³/мин, остаточное давление 110 мм рт.ст. [1,Приложение А11],