5. Блок создания и поддержания вакуума

Последний корпус многокорпусной установки (по ходу движения раствора) работает под вакуумом, создание которого обеспечивается конденсацией вторичных паров в конденсаторе. Разрежение, устанавливаемое в нем, распространяется на корпуса выпарной установки, соединенные паропроводами. Поддерживается вакуум с помощью вакуум-насоса. В выпарных установках чаще других применяются противоточные смесительные конденсаторы (конденсаторы смешения).

5.1. Расчет барометрического конденсатора смешения

Необходимо установить основные теплотехнические параметры работы конденсатора.

Температурный режим, полное и парциальное давление пара и газа в смеси устанавливают исходя из расчетных данных последнего корпуса выпарной установки.

Температуру пара на входе в конденсатор определяют с учетом гидравлической депрессии δ_г, в соединительном паропроводе по формуле:

θ = θ₂ - δ_г (5.1)

где θ₂-температура вторичных паров во втором корпусе, °С;

δ_г -гидравлическая депрессия, °С

θ =45,4 - 1,6 = 43,8 °С

Начальная температура оборотной воды = 14 °С

Конечную температуру смеси, состоящую из отработанной воды и конденсата, на выходе из конденсатора принимают равной:

= θ – (2 3) = 43,8 – 2,5 = 41,3 °С

Т.к. полученное значение меньше 50°С, то = 41,3 °С.

Температуру неконденсирующейся парогазовой смеси на выходе из конденсатора рассчитывают по формуле:

t_г = + 4 + 0,1*( ) (5.2)

где начальная температура оборотной воды, °С;

- конечная температуру смеси, °С.

t_г = 14 + 4 + 0,1 *(41,3 - 14) = 22,5°С

Рабочее давление в конденсаторе при θ=43,8: Р_к = 0,1047 бар.

Парциальное давление конденсируемого пара при t_г: Р_п = 0,0274 бар.[2,с. 536]

Парциальное давление неконденсирующегося газа определяют, согласно закону Дальтона, по формуле:

Р_г = Р_к – Р_п = 0,1047 – 0,0274 = 0,0773 бар = 7730 Па

Плотность воды при : ρ_в = 877,1 кг/м³.

Теплоемкость воды для средней температуры 28,7 °С: с_в = 3,83 кДж/(кг*К);

Энтальпия конденсируемого пара (считая его сухим насыщенным) определяется по температуре θ: i_п = 2308 кДж/кг.

Расход охлаждающей воды определяют из уравнения теплового баланса конденсатора:

(5.3)

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

, кДж/кг;

начальная температура оборотной воды, °С;

- конечная температуру смеси, °С;

теплоемкость воды для средней температуры кДж/(кг*К).

Плотность паров при θ: ρ_п = 0,0708 кг/м³.

В зависимости от расхода пара, по Рис. 5.1 [1, с. 24] определяется диаметр конденсатора. Для расхода пара кг/с диаметр конденсатора – 1010 мм.

Рис. 5.1. Зависимость диаметра конденсатора от расхода вторичного пара.

Выбираем [1, с. 25] барометрический конденсатор.

• Внутренний диаметр – 1200мм

• Высота – 4,9 м

• Штуцер для входа пара – 450мм

• Штуцер для входа воды – 250мм

• Штуцер для барометрической трубы – 250мм

• Штуцер для выхода парогаз.смеси – 200мм

Выбранному конденсатору соответствует барометрическая труба с диаметром d_б.т. = 250 мм. Тогда скорость воды в барометрической трубе:

, м/с (5.4),

где G_в -суммарный объемный расход охлаждающей воды, кг/с;

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

ρ_в – плотность воды при температуре t_в”, кг/м³;

d_б.т.-диаметр барометрической трубы, м.

Скорость воды в барометрической трубе не превышает 1 м/с, значит выбранный диаметр трубы подходит.

Высота барометрической трубы определяется столбом жидкости, уравновешивающим разницу между атмосферным Р_а и рабочим в конденсаторе Р_к давлениями с учетом гидравлических потерь, возникающих при движении в ней жидкости со скоростью .

Кинематическая вязкость воды при : υ_в = 0,479 ∙ 10^-6 м²/с. [2, с. 537]

Критерий Рейнольдса:

(5.8)

где скорость воды в барометрической трубе, м/с;

-диаметр барометрической трубы, м;

υ_в- кинематическая вязкость воды, м²/с.

Так как значение критерия Рейнольдса находится в области турбулентного режима течения, то коэффициент гидравлического сопротивления находим по формуле Никурадзе:

Высота барометрической трубы:

(5.5)

где Р_атм атмосферное давление, 1,01 бар;

- рабочее давление в конденсаторе при θ: Р_к = бар;

- плотность воды при температуре t_в”, кг/м³;

м/с²;

λ_г – коэффициент гидравлического сопротивления;

- высота барометрической трубы принята 10 м;

-диаметр барометрической трубы, м;

-сумма коэффициентов местных сопротивлений: ξ_вх = 0,5, ξ_вых = 1;

скорость воды в барометрической трубе, м/с.

Слагаемое 0,5 добавляют с целью избежать затопления (снизу) конденсатора при колебании (повышении) атмосферного давления.

Расчет по уравнению требует его решения относительно искомой величины Н. Однако опыт показывает, что это делать не обязательно ввиду малого значения второго слагаемого по сравнению с первым. В правой части уравнения Н может быт принята равной 10 м. Полученный при этом результат практически не отличается от точного решения уравнения.

Барометрический ящик, заполненный водой и сообщающийся с атмосферой, является гидравлическим затвором для барометрической трубы. Объем воды в ящике должен обеспечивать заполнение барометрической трубы при пуске установки. Следовательно, объем ящика должен быть не менее объема барометрической трубы.

(5.6)

где - высота барометрической трубы, м;

-диаметр барометрической трубы, м.

Форма барометрического ящика может быть произвольной.