5.1. Расход охлаждающей воды.

Расход охлаждающей воды G_в определяют из теплового баланса конденсатора:

G_в = w₂(І_б.к - с_вt _к)/( с_в (t _к - t _н),

где І_б.к - энтальпия паров в барометрическом конденсаторе, Дж/кг;

t _н - начальная температура охлаждающей воды, ⁰С; t _к - конечная температура смеси воды и конденсата, С.

t _к = t _б.к. – 3.0 = 51 – 3.0 = 48.0 ⁰С,

G_в = 0.548(2592.8 ·10³ – 4186.8·48)/4168.8(48-21) = 6.66 кг/с.

5.2. Диаметр конденсатора.

Диаметр барометрического конденсатора определяют из уравнения расхода:

d_бк = (4 w₂/ρπυ)^1/2,

где ρ- плотность паров, кг/м³ ; υ- скорость паров, м/с .

При остаточном давлении в конденсаторе порядка 10⁴ Па скорость паров υ = 15-25 м/с. Тогда

d_бк = (4·0.548/0.0869·3.14·15)^1/2 = 0.732 м.

По нормалям НИИХИММАШа подбираем конденсатор диаметром, равным расчетному или ближайшему большему. Определяем его основные размеры. Выбираем барометрический конденсатор диаметром d_бк = 800 мм.

5.3. Высота барометрической трубы.

В соответствии с нормалями, внутренний диаметр барометрической трубы d_бт = 200 мм. Скорость воды в барометрической трубе:

υ = 4(G_в + w₂)/( ρπ d_бт²) = 4(6.66 + 0.548)/(1000·3.14·0.2²) = 0.195 м/с.

Высота барометрической трубы:

Н_бт = В/ρ_вg + ( 1 + ∑ξ + λН_бт/ d_бт )υ_в²/2g + 0.5,

где В – вакуум в барометрическом конденсаторе, Па;

∑ξ – сумма коэффициентов местных сопротивлений;

λ – коэффициент трения в барометрической трубе;

0.5 – запас высоты на возможное изменение барометрического давления, м.

В = Р_атм – Р_бк = 9.8·10⁴ – 1.29·10⁴ = 85.1 кПа,

∑ξ = ξ_вх + ξ_вых = 0.5 + 1.0 = 1.5,

где ξ_вх ,ξ_вых – коэффициенты местных сопротивлений на входе и выходе из нее.

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

Re = υ_в d_бтρ_в/μ_в = 0.457·0.2·1000/0.54·10^-3 = 169 000.

Для гладких труб при Re = 114400 коэффициент трения:

λ = 0.316/ Re^0.25 = 0.316/169000^0.25 = 0.0155,

Н_бт = 85.1·10³/1000·9.81 + (1 + 1.5 + 0.0155 Н_бт/0.200)·0.195/2·9.81 = = 8.68 м.

6. Расчет производительности вакуум- насоса.

Расчёт производительности вакуум-насоса G_возд определяется количеством газа (воздуха), который необходимо удалять из барометрического конденсатора:

G_возд = 2.5 · 10^-5 (w₂ + G_в) + 0.01w_{2 ,}

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. Тогда:

G_возд = 2.5 · 10^-5 (0.548 + 6.66) + 0.01 · 0.548 = 7.28·10^-3 кг/с.

Объёмная производительность вакуум-насоса равна:

V_возд = R (273 + t_возд )G_возд / (М_воздР_возд),

Где R- универсальная газовая постоянная, Дж/(кмоль К); М_возд – молекулярная масса воздуха, кг/кмоль; t_возд – температура воздуха, ºС; Р_возд – парциальное давление сухого воздуха в барометрическом конденсаторе, Па.

Температуру воздуха рассчитывают по уравнению:

t_возд = t_н + 4 + 0.1(t_к – t_н) = 21 + 4 + 0.1(51 – 21) = 28 ºС.

Давление воздуха равно:

Р_возд = Р_бк – Р_п ,

Где Р_п – давление сухого насыщенного пара (Па) при t_возд = 28 ºС. Подставив, получим:

Р_возд = 12.94 · 10³ – 3.8 · 10³ = 9.14· 10³ Па.

Тогда

V_возд = 8310 (273 +28)7.28 · 10^-3 / (29 · 9.14· 10³) = 0.0687 м³/с = 4.12м³/мин.

Зная объёмную производительность V_возд и остаточное давление Р_бк, вакуум-насос типа ВВН-3 мощностью на валу N = 6.5 кВт.