2.1 Определение толщины тепловой изоляции

Толщину тепловой изоляции δ находят 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), (23)

где α _в =9,3+0,058 t _ст2- коэффициент тепло отдачи от внешней поверхности изоляционного материала в окружающую среду, Вт/м² К;

t _ст2-температура изоляции со стороны окружающей среды, ⁰С;

t _ст1 - температура изоляции со стороны аппарата t _{ст1 =} t _г1, ⁰С;

t _в – температура окружающей среды, ⁰С.

λ_и -коэффициент теплопроводности изоляционного материала, Вт/м К.

α _в =9,3+0,058·40=11,62 Вт/м²∙К.

В качестве материала для тепловой изоляции выберем совелит (85% магнезии + 15% асбеста), имеющий коэффициент теплопроводности λ_и =0,09 Вт/м К.

Тогда получим

δ_и =0,09∙(259,70-40)/11,62∙(40-20)=0,085 м.

Принимаем толщину тепловой изоляции 0,09 м и для других корпусов.

3.1 Определение расхода охлаждающей воды

Для создания вакуума в выпарных установках обычно применяют конденсаторы смешения с барометрической трубой. В качестве охлаждающего агента используют воду, которая подаётся в конденсатор чаще всего 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 вакуум-насоса скачивают неконденсирующиеся газы.

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

Расход охлаждающей воды G_в определяют из теплового баланса конденсатора:

(24)

где I_бк – энтальпия паров в барометрическом конденсаторе, Дж/кг;

t_н – начальная температура охлаждающей воды, °С;

t_к – конечная температура смеси воды и конденсата, °С.

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

t_K= t_БК-4=92,190-4=88,19°С.

Тогда

GВ=10,043∙(2661,7-4,19∙88,19)/(4,19∙(88,19-20))=80,57 кг/с.

2. Расчет диаметра барометрического конденсатора

Диаметр барометрического конденсатора d_бк определяют из уравнения расхода:

(25)

где ρ – плотность паров, кг/м³;

v – скорость паров, м/с.

При остаточном давлении в конденсаторе порядка 10⁴ Па скорость паров v принимают 15 – 25 м/с:

d_БК=√4,19∙10,043/(0,098∙3,14∙25)=2,34 м.

По нормалям ХИММАШа подбираем конденсатор диаметром, равным расчётному или ближайшему большему [6, 7]. Определяем его основные размеры. Выбираем барометрический конденсатор диаметром d_бк =2000 мм.

3.3 Расчет высоты барометрической трубы

В соответствии с нормалями ОСТ 26716 – 73, внутренний диаметр барометрической трубы d_БТ равен 800 мм.

Скорость воды в барометрической трубе v_в равна:

v_в=4∙(G_в+w₂)/(ρ_в∙π∙d²_БТ)= 4∙(80,572+10,043)/(1000∙3,14∙0,8²)=0,18 м/с.

Высоту барометрической трубы определяют по уравнению:

(26)

где В – вакуум в барометрическом конденсаторе, Па;

Σξ – сумма коэффициентов местных сопротивлений;

λ – коэффициент трения в барометрической трубе; Н_бт,

d_бт – высота и диаметр барометрической трубы, м;

0,5 – запас высоты на возможное изменение барометрического давления, м.

В=Р_атм–Р_бк=10,13∙10⁴–7,78∙10⁴ =2,35∙10⁴ Па,

Σξ =ξ_вх+ξ_вых=0,5+1,0=1,5;

где ξ_вх и ξ_вых – коэффициенты местных сопротивлений на входе в трубу и на выходе из неё.

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

Re=v_в∙d_БТ∙ρ_в/μ_в=0,18∙0,8∙1000/0,00054=267206.

Для гладких труб при Re=267206 коэффициент трения λ=0,013 равен:

H_БТ=2,35∙10⁴/(1000∙9,81)+(1+1,5+0,013∙H_БТ /0,8)∙0,18/(2∙9,81)+0,5.

Отсюда находим Н_бк =8,8 м [10].