4.1.3 Определение ориентировочной поверхности теплообмена и выбор подогревателя раствора

Проводим ориентировочный расчет поверхности теплопередачи. Для заданных теплоносителей принимаем минимальное ориентировочное значение коэффициента теплопередачи К, соответствующее турбулентному течению: К_ор = 800 Вт/(м² ∙К). При этом значение поверхности теплообмена составит[5]:

(4.1.7)

Выбираем теплообменник с близкой поверхностью, меньшей F_ор на 51%, F=19м² с диаметром кожуха 325 мм, d труб 20х2, n=1, кол-во труб 100 шт., длиной труб 3м[5].

4.2 Расчет барометрического конденсатора

4.2.1 Расход охлаждающей воды

Расход охлаждающей воды G_в определяем из теплового баланса конденсатора:

G_в=W·(I_б.н.-с_в·tк)/c_в·(t_к-t_н) (4.2.1)

I_б.н- энтальпия паров в барометрическом конденсаторе, Дж/кг; t_н- начальная температура охлаждающей воды, ºC; t_к- конечная температура смеси воды и конденсата, ºC.

G_в=2,085·(2581·10³-4,23·10³·42,4)/4,23·10³·(42,4-20)=58,30

4.2.2 Диаметр конденсатора

Диаметр барометрического конденсатора d_бк определяется из уравнения расхода:

d_бк= (4.2.2)

ρ - плотность паров, кг/ м³; ν- скорость паров, м/с. По справочной литературе ρ=0,067 кг/ м³ [5]

При остаточном давлении в конденсаторе порядка 10⁴ Па скорость паров ν=15-25 м/с. Принимаем ν=20 м/с. Тогда

d_бк=

Согласно приложению 4.6[3] подбираем барометрический конденсатор диаметром, равным 2000 мм.

4.2.3 Высота барометрической трубы

В соответствии с приложением 4.6 [3] внутренний диаметр барометрической трубы d_бт равен 400мм. Скорость трубы в барометрической трубе

ν= 4·(G_в+ W)/ ρ·π·d_бт²; (4.2.3)

ν=4·(58,30+2,3)/1000·3,14·0,4²=0,437 м/с.

Высота барометрической трубы

H_бт= (В/ ρ_в·g) + (1+∑ξ+λ·H_бт/ d_бт)·(ν_в²/2·g)+0,5, (4.2.4)

где В-вакуум в барометрическом конденсаторе, Па,

∑ξ-сумма коэффициентов местных сопротивлений,

λ- коэффициент трения в барометрической трубе,

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

В=Р_атм – Р_бк=9,81·10⁴-10⁴=8,81·10⁴ Па (4.2.5)

∑ξ= ξ_вх+ ξ_вых=0,5+1=1,5, (4.2.6)

где ξ_вх, ξ_вых- коэффициенты местных сопротивлений на входе в трубу и на выходе из нее.

Режим течения турбулентный, значит коэффициент трения λ=0,013.

H_бт=(8,81·10⁴/1000·9,8)+(1+1,5+0,013·H_бт/0,4)·(0,437²/2·9,8)+0,5;

Отсюда находим:

H_бт=9,52 м

4.3 Расчет центробежного насоса

Подберем насос для перекачивания раствора при температуре t=20°С из емкости в аппарат, работающий под избыточным давлением р=0,1 МПа. Расход раствора G=4,17 кг/с. Геометрическая высота подъема жидкости 5 м. Длина трубопровода на линии всасывания 3 м, на линии нагнетания 7 м. На линии нагнетания имеется 3 отвода под углом 90° с радиусом поворота и 3 прямоточных вентиля.

На всасывающем участке трубопровода установлено 2 прямоточных вентиля, и 1 отвод под углом 90° с радиусом поворота.

4.3.1 Выбор трубопровода

Для всасывающего и нагнетательного трубопровода примем одинаковую скорость течения жидкости, равную 2 м/с. Тогда диаметр равен:

d = (4∙Q/(π∙ω))^0,5, (4.3.1)

где Q - объемный расход жидкости, м³/с.

Q = G/ρ, (4.3.2)

где ρ =1083 кг/м³ – плотность 10-% раствора КОН.

Q = 4,17/1083 = 0,0039 м³/с.

d = (4∙0,0039/(3,14∙2))^0,5 = 0,046 м.

Выбираем стальную трубу наружным диаметром 60 мм, толщиной стенки 3 мм. Внутренний диаметр трубы d = 0,054 м. Фактическая скорость воды в трубе:

ω = 4∙Q/(π∙d²). (4.3.3)

ω = 4∙0,0039/3,14∙0,054² = 1,73 м/с.

Примем, что коррозия трубопровода незначительна.