2.5 Конструктивные расчеты
Определение диаметров штуцеров
Диаметр штуцера для разбавленного раствора
(2.33)
где Gн = 170000 кг/ч – производительность исходного раствора;
rн = 1064 кг/м3 – плотность исходного раствора при Хн = 10 %;
wн = 1 м/с – средняя скорость исходного раствора.
Принимаем dн = 200 мм
Диаметр штуцера для выхода упаренного раствора:
(2.34)
где Gк = Gн – W1 = 30,0 – 6,457 = 26,54 кг/с – расход упаренного раствора на выходе из 1-го корпуса;
wк = 1 м/с – скорость упаренного раствора на выходе из 1-го корпуса;
rк = 1085,5 кг/м3 – плотность упаренного раствора на выходе из 1-го
корпуса.
Принимаем dк = 200 мм
Диаметр штуцера для ввода греющего пара:
(2.35)
где wп = 40 м/с – скорость пара в паропроводе;
rп
= 5,13 кг/м3
– плотность пара в 1-м корпусе;
Принимаем dп = 200 мм
2.6 Определение гидравлического сопротивления аппарата
Расчёт производительности вакуум – насоса
Производительность вакуум насоса Gвозд определяется количеством воздуха, который необходимо удалять из барометрического конденсатора:
(2.36)
где 2,5×105 – количество газа, выделяющегося из 1-го кг воды;
0,01 – количество газа, подсасываемого в конденсатор через неплотности
на 1 кг. паров.
Тогда
(2.37)
где R = 8310 Дж/кмоль ×к – универсальная газовая постоянная;
М = 29 кг/кмоль – молекулярная масса воздуха;
tвозд – температура воздуха, 0С;
Рвозд – парциальное давление сухого воздуха в барометрическом конденсаторе, Па.
Температура воздуха:
давление
воздуха:
где Рп – давление сухого насыщенного пара при tвозд , Па.
При tвозд = 25,74 0С Рп = 0,0336 ×9,8×104 Па [ прил. 2, 11].
Тогда
Зная объёмную производительность воздуха Vвозд и остаточное давление в конденсаторе Рбк по [ прил. 2, 11] подбираем два вакуум – насоса типа ВВН – 50 с мощностью на валу Nн = 94 кВт.
Удельный расход энергии на тонну упариваемой воды, кВт×ч/т:
кВт×ч/т
Расчет центробежного насоса
Мощность на валу насоса, кВт:
где Q – производительность насоса, м3/с;
H – напор, развиваемый насосом, м;
ηН – КПД насоса, ηН = 0,4 – 0,9;
ηпер – КПД передачи, для центробежного насоса ηпер = 1,0.
Напор насоса:
(2.38)
где P1 – давление в емкости для исходного раствора ( атмосферное ), Па;
P2 – давление вторичного пара в первом корпусе, Па;
HГ – геометрическая высота подъема раствора, м;
HГ = 8 – 15 м;
hп – напор, теряемый на преодоление гидравлических сопротивлений ( трения и местных сопротивлений ) в трубопроводе и теплообменнике, м.
Потери напора
(2.39)
где
– потери напора соответственно в
трубопроводе и в теплообменнике, м.
Принимаем согласно рекомендаций [ 11 ]
=
0,2 ¸
1,5 м ;
W – скорость раствора, м/с, W = 0,5 ¸ 1,5 м/с;
l, d – длина и диаметр трубопровода, м; l = 10 ¸ 20 м;
l – коэффициент трения;
Sx – сумма коэффициентов местных сопротивлений.
Диаметр трубопровода из основного уравнения расхода:
(2.40)
м3/с
(2.41)
Принимаем d = 200 мм.
Для определения коэффициента трения l рассчитаем величину Rе:
(2.42)
где
rН,
mН
– плотность, кг/м3,
и вязкость, Па×с,
исходного раствора;
при концентрации Х = 10 % mН = 1,16 ×10-3 Па×с; [ 6 ]
rН = 1064 кг/м3
W – скорость раствора, м/с, W = 0,5 ¸ 1,5 м/с;
l, d – длина и диаметр трубопровода, м; l = 10 ¸ 20 м;
l – коэффициент трения;
Sx – сумма коэффициентов местных сопротивлений.
Для гладких труб при Re = 183448 l = 0,0175 [ 4, рис. 2.5 ].
Сумма коэффициентов местных сопротивлений Sx :
(2.39)
Коэффициенты местных сопротивлений равны [ 4, табл. XII ]:
x входа в трубопровод = 0,5;
x выхода из трубопровода = 1,0;
x колена с углом 900 = 0,55 ( для трубы d = 200 мм );
x вентиля прямоточного = 0,4 × 0,93 = 0, 372( для трубы d = 200 мм).
Примем потери напора в теплообменнике = 0,4 м и HГ = 1/2 × H аппарата плюс 2 м =8,25 + 2 = 10,25 м.
Тогда
По
[ 11, прил. 9 ] устанавливаем, что данным
подаче и напору больше всего соответствует
центробежный насос марки ЦНС 60-75, для
которого в оптимальных условиях работы
Q = 1,61 ×
10-2
м3/с,
Н = 75 м, η = 0,67.
Насос обеспечен электродвигателем А02 – 91 – 2 номинальной мощностью Nд = 19,5 кВт.
По мощности, потребляемой двигателем насоса NД, определяем удельный расход энергии:
