3.1. 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 при температуре окружающей среды (около 20 °С). Смесь охлаждающей воды и конденсата выливается из конденсатора по барометрической трубе. Для поддержания постоянства вакуума в системе из конденсатора с помощью вакуума – насоса откачивают неконденсирующие газы.

3.1.1. Расход охлаждающей воды

Расход охлаждающей воды G_в определяют из теплового баланса конденсатора:

(36)

где - энтальпия паров в барометрическом конденсаторе, Дж/кг; t_н - начальная температура охлаждающей воды, °С; t_k – 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 t_к на выходе из конденсатора примем на 3 град ниже температуры конденсации паров:

t_k = t _б.к - 3,0 = 59,57 - 3 = 56,57 °C.

t_H = 22 °C

I_БК = 2593,1 кДж/кг

с_В = 4,190 кДж/кг∙К

Тогда

3.1.2.Диаметр конденсатора

Диаметр барометрического конденсатора d_бк определяют из уравнения расхода:

(37)

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

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

ρ_П = 0,8 кг/м³

Подбираем конденсатор диаметром, равным расчетному или ближайшему большему. Определяем его основые размеры. Выбираем барометрический конденсатор диаметром

d_бк =500 мм.

3.1.3. Высота барометрической трубы.

В соответствии с нормалями, внутренний диаметр барометрической трубы d_бт равен 125 мм.

Скорость воды в барометрической трубе

(38)

Высота барометрической трубы

(39)

где B – вакуум в барометрическом, Па; ∑ξ – сумма коэффициентов местных сопротивлений; λ – коэффициентов трения в барометрической трубе; 0,5 – запас высоты на возможное изменение барометрического давления, м.

Па (40)

(41)

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

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

ρ_В = 1000 кг/м3 μ_В = 0,00054Па∙с

(42)

При Re = 66015 λ = 0,020

3.2. Расчет производительности вакуум – насоса.

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

G_ВОЗД = 2,5∙10^-5∙(w₃+G_B)+0,01∙w₃ (43)

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.

Объемная производительность вакуум – насоса равна:

(44)

где R – универсальнпя газовая постоянная, Дж/(кмоль К); М_возд - молекулярная масса воздуха, кг/моль; t_возд – температура воздуха, °С; P_возд - парциальное давление сухого воздуха в барометрическом конденсаторе, Па.

М_возд = 29 кг/моль

Температуру воздуха рассчитывают по уравнению

(45)

Давление воздуха равно:

(46)

где P_п –давление сухого насыщенного пара (Па) при t_возд = 26,8°C. Подставив, получим:

Тогда