8. Расчет и выбор вспомогательного оборудования

8.1. Определение толщины тепловой изоляции

Толщину тепловой изоляции находим из равенства удельных тепловых потоков через слой изоляции от поверхности изоляции в окружающую среду.

α_в×(t_ст2 – t_в) = (λ_и / δ _и)×(t_ст1 – t_ст2), (42)

где α_в = 9,3 + 0,058×t_ст2 – коэффициент теплоотдачи от внешней поверхности изоляционного материала в окружающую среду, Вт/ м²×K [1];

t_ст2 – температура изоляции со стороны окружающей среды (воздуха), ^oC;

t_ст1 – температура изоляции со стороны аппарата, ⁰С; ввиду незначительного термического сопротивления стенки аппарата по сравнению с термическим сопротивлением слоя изоляции t_ст1 принимают равной температуре греющего пара.

t_в – температура воздуха [1], ^oC;

λ_и – коэффициент теплопроводности изоляционного материала, Вт/ м ×K [18];

Для аппаратов, работающих в закрытом помещении, t_ст2 выбирают винтервале 35-45 ⁰С [1].

Толщина тепловой изоляции для первого корпуса:

α_в = 9,3 + 0,058×40 = 11,6 Вт/ м² ×K

В качестве материала для тепловой изоляции выбраем совелит (85% магнезии + 15% асбеста), имеющий коэффициент теплопроводности λ_и = 0,098 Вт/ м×K

(43)

м

Принимаем толщину тепловой изоляции 0,046 м и для других корпусов.

8.2. 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 (~ 20 ^oC). Смесь охлаждающей воды и конденсата выливается из конденсатора по барометрической трубе. Для поддержания постоянства вакуума в системе из конденсатора с помощью вакуум-насоса откачивают неконденсирующиеся газы.

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

8.2.1. Расход охлаждающей воды

Расход охлаждающей воды G_в определяют из теплового баланса конденсатора:

(44)

где I_бк –энтальпия паров в барометрическом конденсаторе, Дж/кг [5]; t_н – начальная температура охлаждающей воды, ^oC; t_к – конечная температура смеси воды и конденсата, ^oC.

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

t_к = t_бк – 3,0 = 59,7 – 3,0 = 56,7 ^oC

кг/с

8.2.2. Диаметр конденсатора

Диаметр барометрического конденсатора d_бк определяем из уравнения расхода:

(45)

где ρ – плотность паров, кг/ м³ ; υ – скорость паров, м/с [1].

При остаточном давлении в конденсаторе порядка 10⁴ Па скорость паров υ = 15 – 25 м/с [1].

d_бк = м

По ОСТ – 26716 – 73 [1] подбираем конденсатор диаметром, равный расчетному или ближайшему большему. Определяем его основные размеры. Выбраем барометрический конденсатор диаметром d_бк = 800мм.

8.2.3. Высота барометрической трубы

В соответствии с нормалями ОСТ – 26716 –73 [1], внутренний диаметр барометрической трубы d_бт равен 200 мм. Скорость воды в барометрической трубе:

(46)

м/с

Высота барометрической трубы

(47)

где В – вакуум в барометрическом конденсаторе, Па; Σξ – сумма коэффициентов местных сопротивлений; λ - коэффициент трения в барометрической трубе; 0,5 – запас высоты на возможные изменения барометрического давления, м.

В = Р_атм – Р_бк ; (48)

В = 9,8×10⁴ – 2×10⁴ = 7,8×10⁴ Па;

Σξ = ξ_вх + ξ_вых (49)

где ξ_вх , ξ_вых - коэффициенты местных сопротивлений на входе в трубу и на выходе из нее.

Σξ = 0,5 + 1,0 = 1,5

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

Re = ρ_в×d_бт×υ /µ_в (50)

Re =2,178×0,2×1000/(0,54×10^-3) = 806667

Для гладких труб при Re = 806667 коэффициент трения λ = 0,0128 [5].

Отсюда Н_бт = 8,68 м