4.2. Размеры сепарационного пространства

Сепарационное пространство в выпарном аппарате служит для предотвращения уноса вторичным паром капель упариваемого раствора, так как капли уносимого раствора попадая в межтрубное пространство следующего выпарного аппарата, увеличивают его термическое сопротивление, загрязняют конденсат пара. Унос так же уменьшает выход готового продукта. Величину уноса капель характеризуют объемным напряжением парового пространства Rv, представляющее отношение объемного потока вторичного пара на 1 м³ парового пространства.

4.2.1. Объем сепаратора:

(4.22)

где D_c-диаметр сепаратора, м (см. пункт; 4.1.9);

Н_с-высота сепаратора, м.

5,2,

4.2.2. Объем, требуемый для сепарации капель:

Вторичный пар из второго корпуса имеет температуру 48,6 ℃. При такой температуре его плотность составляет 𝜌_п = 0,0851 кг/м³ [1, стр. 43].

Зависимость максимально допустимого объемного напряжения парового пространства 𝑅п от рабочего давления R_п = 0,98 [8, с.731] при Р = 0,978 бар=0,978* Па.

, (4.23)

где W₂- количество выпариваемой воды во корпусе, кг/с;

𝜌_п—плотность вторичного пара во втором корпусе, кг/м³;

R_п--зависимость максимально допустимого объемного напряжения парового пространства от рабочего давления, .

=7,4

𝑉с < 𝑉тр ⇒ объем сепарационного пространства недостаточен. Для уменьшения нагрузки на него и обеспечения хорошей сепарации дополнительно установим брызгоотбойник и установим тангенциальный ввод.

4.2.3. Подбор брызгоотделителя.

Для более полного удаления капель раствора из вторичного пара установим на выходе из сепаратора циклонный брызгоотделитель.

Количество вторичного пара, приведенного к 1 ата:

*3600= *3600=10,3* м³/ч

*3600= *3600=12,2* м³/ч

где 𝜌_с − плотность водяного пара при давлении 1 ата.

Количества вторичного пара в обоих корпусах попадают в диапазон 9 · ÷ 14 · м³/ч. При таких значениях парового потока и диаметре сепаратора 1,6 м стандартный циклонный брызгоотделитель, в соответствии с таблицей, приведенной в [6, стр. 49], имеет следующие параметры:

Таблица 4.4. Значения параметров для циклонного брызгоуловителя

Диаметр корпуса брызгоотделителя 𝐷5	700мм
Диаметр выхлопной трубы 𝑑1	500мм
Расстояние до входа в трубу 𝐻5	1030мм
Высота цилиндрической части корпуса 𝐻6	850мм
Высота лепестков 𝐵	250мм
Высота цилиндрической части ниже лепестков 𝐶	500мм
Расстояние от конической части до выхлопной трубы 𝐾	300мм
Величина перекрывания лепестков 𝑙1	100мм
Ширина щелей на выходе 𝑙2	60мм
Количество щелей 𝑙	10

4.3 Тепловая изоляция аппарата

Задача расчета состоит в определении толщины слоя изоляции δ_из, наносимую на внешнюю поверхность аппарата.

Температура с внутренней стороны изоляции равна температуре греющего пара – t_внутр = 142,7 ^оС. Температура внешней среды принимается равной t_внеш = 20 ^оС. Также, для температуры самой стенки принимаем температуру, безопасную для обслуживающего персонала, t_ст = 40 ^оС. Материал изоляции – минеральная вата. Коэффициент теплопроводности λ_из = 0,05 Вт/(м ∙ К). Суммарный коэффициент теплоотдачи лучеиспусканием и конвекцией α рассчитывается по формуле [1, с.168]:

11,6

Толщина изоляции аппарата будет равна:

, м (4.24)

где Вт/(м ∙ К);

- суммарный коэффициент теплоотдачи лучеиспусканием и конвекцией ;

, , - температуры внутренней стороны изоляции, температура стенки и температура в помещении, где расположен аппарат ^○С.

Принимаем ближайшую большую стандартную величину тепловой изоляции, равную 25 мм.

Дальнейшие расчеты ведутся для первого корпуса выпарной установки.

4.4. Расчет и подбор штуцеров для материальных потоков

4.4.1. Штуцер для подачи исходного раствора

Плотность исходного раствора [1, с.33]:

ρ_н = 1000 кг/м³ при t₀ = 84 °С и a₀ = 8 %.

Объемный расход: V = S₀/ρ_н = 4,44 / 1000 = 0,004 м³/с

Принимаем ω = 1 м/с.

(4,25)

где V-объемный расход,м³/с;

ω-скорость потока, м/с.

Штуцер с условным проходом Dy = 80 мм, условным давлением Py до 0,6 Мпа, толщиной стенки Sт = 4 мм и длиной штуцера Hт = 155;215 мм [7, с. 175].

4.4.2 Штуцер для вывода упаренного раствора

Расход упаренного раствора: S_к1 = S₀ – W₁ = 4,44 – 1,7 = 2,74 кг/с

Плотность упаренного раствора [1, с.33]:

ρ_к1 = 1115 кг/м³ при t₁ = 104 °С и a₁ = 14 %

Объемный расход: V = S_к1/ρ_к1 = 2,74/1115 = 0,0039 м³/с

Принимаем ω = 1 м/с.

Штуцер с условным проходом Dy = 80 мм, условным давлением Py до 0,6 Мпа, толщиной стенки Sт = 4 мм и длиной штуцера Hт = 155;215 мм [7, с. 175].

4.4.3. Штуцер для ввода греющего пара

Расход греющего пара: кг/с (см. пункт 4.1.8)

Плотность греющего пара [1, с.43]: ρ_гр.п. = 1,966 кг/м³ при Т₁ = 142,7 °С.

Объемный расход: V = D₁/ρ_гр.п. = / 1,966 = 1,0956 м³/с

Принимаем ω = 40 м/с.

Штуцер с условным проходом Dy = 200 мм, условным давлением Py до 0,6 Мпа, толщиной стенки Sт = 6 мм и длиной штуцера Hт = 160;220 мм [7, с. 175].

4.4.4. Штуцер для вывода вторичного пара

Расход вторичного пара: 1,7 кг/с

Плотность вторичного пара [1, с.43]: ρ_вт.п. = 0,452 кг/м³ при θ₁ = 102,9 °С.

Объемный расход: V = W₁/ρ_вт.п. = 1,7 / 0,452 = 3,77 м³/с

Принимаем ω = 40 м/с.

Штуцер с условным проходом Dy = 300 мм, условным давлением Py до 0,6 Мпа, толщиной стенки Sт = 8 мм и длиной штуцера Hт = 160;220 мм [7, с. 175].

4.4.5. Штуцер для вывода конденсата

Расход конденсата: кг/с

Плотность конденсата [1, с.42]: ρ_гр.п. = 926,1 кг/м³ при Т₁ = 142,7 °С.

Объемный расход: V = D₁/ρ_п = / 926,1 = 0,002 м³/с

Принимаем ω = 1,0 м/с.

Штуцер с условным проходом Dy = 80 мм, условным давлением Py до 0,6 Мпа, толщиной стенки Sт = 4 мм и длиной штуцера Hт = 155;215 мм [7, с. 175].

4.4.6. Выбор стандартных штуцеров и соответствующих им фланцев

Штуцеры и фланцы подбираются по [6, с.175, с.213] и приведены в таблице 4.5. Графическое изображение штуцера и фланца и соответствующих им размеров приведено на Рис. 4.6.

Таблица 4.5. Выбор стандартных штуцеров и соответствующих им фланцев

Штуцер	Размеры, мм									n
	Dу	dт	Hт	Dф	DБ	D1	h	d
Подача исходного раствора	80	89	155	185	150	128	15	18	4
Вывод упаренного раствора	80	89	155	185	150	128	15	18	4
Ввод греющего пара	200	219	160	315	280	258	19	18	8
Вывод вторичного пара	300	325	190	435	395	365	20	23	12
Вывод конденсата	80	89	155	185	150	128	15	18	4

Рис. 4.6. Графическое изображение штуцера и фланца и соответствующих им размеров