Определяем скорость воды в барометрической трубе

ω=4(G_в+W₂)/(πd²ρ).

В соответствии с нормалями, внутренний диаметр барометрической трубы d_тр= 300 мм.

Ω = 4(14,6+2,8)/(3,14∙0,3²∙1000) = 0,25 м/с.

Высоту барометрической трубы определяем из уравнения

H_бтр=B/ρg+(1+Σξ+λ∙H_ор/d)ω²/2g+0,5,

где В − вакуум в барометрическом конденсаторе, Па; Σξ − сумма коэффициентов местных сопротивлений; λ − коэффициент трения в трубе; H_ор− ориентировочная высота и диаметр барометрической трубы, м; ρ − плотность воды, кг/м³; 0,5 − запас высоты на изменение барометрического давления.

Σξ=ξ_вх+ξ_вых,

где ξ_вх, ξ_вых− коэффициенты на входе в трубу и на выходе из нее.

Σξ=0,5+1,0=1,5.

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

,

где ρ – плотность воды при t_кон=58,5^оС, кг/м³; μ – вязкость воды приt_кон=58,5^оС, Па∙с. [3,512, 514].

Среднее значение шероховатости стенок труб с незначительной коррозией е=0,2 мм [3, 512]. Относительная шероховатостьd/e=300/0,2=1500. По [3,22] определяем коэффициент трения λ=0,019.

Подставив указанные значения в (2.4), получим

Н_бтр=7,6∙10⁴/1000∙9,8+(1+1,5+0,019- Н_ор/0,3)0,25²/2∙9,8+0,5=8,3 м.

Расчет вакуум-насоса

Производительность вакуум-насоса L определяют расходом несконденсированных газов, которые необходимо удалять из барометрического конденсатора

L=0,025(W₂+ G_в)/1000+0,01W₂;

L=0,025(14,6+2,8)/1000+0,01∙2,8=32,35∙10^-3кг/с.

Определяем объемную производительность вакуум-насоса

V=R(273+t_в)L/(M_вP_в),

где R – универсальная газовая постоянная воздуха,

R=8310 Дж/кмоль∙К; M_в− молекулярная масса воздуха,

M_в=29 кг/кмоль; t_в− температура воздуха, °С; P_в− парциальное давление сухого воздуха в барометрическом конденсаторе, Па.

Температуру воздуха определяем по уравнению

t_в= t_н+4+0,l(t_к- t_н);

t_в=20+4+0,l(58,5-20)=27,85°C.

Давление воздуха равно

Р_в=Р_бк-Р_п,

где Р_п – давление сухого насыщенного пара при t_в=27,85°C, Р_п =0,039 атм. (приложения А20,АБ1).

Р_в=0,22∙98000-0,039∙98000=17738 Па.

V=8310(273+27,85)∙32,35∙10^-3/(29∙l7738)=0,157 м³/c=9,4 м³/мин.

Подбираем вакуум-насос типа ВВН-12, N=20 кВт, производительностью 12 м³/мин, остаточное давление 23мм. рт. ст. (приложение Б11)

Расчет трубопроводов

Диаметры трубопроводов рассчитываем по уравнению массового расхода

M=ωρf,

где М − массовый расход потока, кг/с; ω − средняя скорость потока, м/с [3, 17]; f − площадь поперечного сечения потока, м²; ρ – плотность потока, кг/м³.

Для трубопровода круглого сечения уравнение принимает вид

M=0,785d²ωρ.

Тогда диаметр трубопровода определяем по уравнению

d=(M/0,785ωρ)^0,5

Диаметр штуцера для подачи греющего пара в 1-й корпус

d_гр1=(2,84/0,785∙15∙1,3)^0,5=0,43 м.

Диаметр штуцера для выхода вторичного пара из 1-го корпуса

d_вт1=(2,7/0,785∙18∙0,52)^0,5=0,6 м.

Диаметр штуцера для выхода конденсата

d_{конденсат}=(2,84/0,785∙0,5∙1000)^0,5=0,085 м.

Диаметр штуцера для подачи раствора в 1-й корпус

d_р-ра1=(7,0/0,785∙1,5∙1037)^0,5=0,075 м.

Диаметр штуцера для выхода раствора из 1-го корпуса

d_упр-ра1=((7,0-2,7)/0,785∙0,5∙1046)^0,5=0,102 м.

По приложению Б16 подбираем стандартные диаметры штуцеров

d_гр1=426х11 мм;d_вт1=630х15 мм;d_{конденсат}=89х4,5 мм;

d_р-ра1=89х4,5 мм;d_упр-ра1=108х4 мм.