Расчет барометрического конденсатора выпарной установки

1. Определяем расход охлаждающей воды из теплового баланса конденсатора при противоточном движении вторичных паров (нижний ввод) и охлаждающей воды (верхний ввод):

где Т_к = Т_вп – ΔТ_гд – (1…3º) = 20 – 1 – 2 = 17 ºС – конечная температура смеси охлаждающей воды и конденсата, уходящей из конденсатора (задается ниже температуры конденсации паров: на 1…3 °С в противоточных конденсаторах и на 5…6 °С - в прямоточных [11]); С_в = 4190 Дж/(кг∙К) – удельная теплоемкость охлаждающей воды; Т_н = 20 °С – принятая температура охлаждающей воды, подаваемой в конденсатор.

2. Вычисляем диаметр барометрического конденсатора [3, с.178]:

где v_п = (15…25) м/с – скорость паров в конденсаторе; ρ_вп = 0,396 кг/м³ – плотность вторичных паров в барометрическом конденсаторе при температуре конденсации Т_конд = Т_вп – ΔТ_гд = 20 – 1 = 19ºС [5, c. 589].

В соответствии с нормалями НИИХИММАШа (табл. П2.6) принимаем диаметр барометрического конденсатора D_бк = 500 мм.

3. Находим диаметр барометрической трубы конденсатора:

где ρ_в = 1000 кг/м³ – плотность воды при температуре Т_к = 17,2 °С; v_в = (0,2…1) м/с – рекомендуемая скорость течения воды в барометрической трубе.

Принимаем диаметр трубы конденсатора d_т = 125 мм.

4. Определяем высоту барометрической трубы конденсатора:

H_т = (10⁵ – р_конд.)/9810 + ∆h_к = (10⁵ – 3110)/9810 + 0,5 ≈ 10,16 м,

где Р_конд.= 9810 Па – давление конденсирующихся вторичных паров в барометрическом конденсаторе при температуре конденсации Т_конд.= 19 ºС; ∆h_к = (0,5…1,0) м – поправка для компенсации колебаний уровня жидкости в гидрозатворе.

5. Находим необходимое число ступеней конденсации:

– принимаем напор воды на тарелках (высоту бортов) h_в = 0,04 м, а диаметр отверстий сита d_с = 0,008 м;

– начальная скорость истечения воды через отверстие сита при коэффициенте скорости φ = 0,96

v_п = φ (2g h_в)^0,5 = 0,96∙(2∙9,81∙0,04)^0,5 = 0,26 м/с;

– расход через отверстие при коэффициенте сжатия струи ε = 0,64

– количество отверстий на тарелке

n = G_в /(ρ_в g_к) = 0,60∙/(1000∙8,3∙10^-6) ≈ 72;

– минимальное число ступеней конденсации

(9)

где а₁ = 220 мм – расстояние между первой и второй тарелками (полками) конденсатора согласно нормали НИИХИММАШа (табл. П2.6) для принятого диаметра барометрического конденсатора D_к = 500 мм.

Учитывая, что за ступень конденсации принимаются две смежные тарелки, устанавливаем 4 тарелки, расстояние между которыми принимаем согласно указанной нормали: а₁ = 220 мм; а₂ = 260 мм; а₃ = 320 мм.

6. Определяем полную высоту барометрического конденсатора:

Н_бк = Н + Н_т + ∆h_к = 4 300 + 8700 + 300 = 13 300 мм,

где ∆h_к = (0,2…0,5) м – расстояние от нижнего конца барометрической трубы до дна емкости (гидрозатвора).

7. Рассчитываем производительность вакуум-насоса [3, с.179]:

– количество газа, которое необходимо удалять из конденсата

G_возд.= 2,5∙10^-5(W + G_в) + 0,01 W = 2,5∙10^-5(0,014 + 0,60) + 0,01∙0,014 =

= 1,5∙10^-4 кг/с,

где 2,5∙10 ^-5 – количество газа, выделяющегося из 1 кг воды; 0,01 – количество газа, подсасываемого по неплотностям в конденсатор, на 1 кг паров;

– температура воздуха:

T_возд = T_н + 4 + 0,1(T_к – T_н) = 9 + 4 + 0,1( 17-9 ) = 12,2 °С;

– парциальное давление воздуха (при парциальном давлении водяных паров р_п = 3190 Па, отвечающем температуре T_возд = 27,78 °С):

p_возд = p_конд. – р_п = 3100 – 1459 = 1641 Па;

– требуемая объемная производительность вакуум-насоса:

V_возд. = R (273 + T _возд) G _возд /(M _возд p _возд) = 8 314(273 + 12,2)^х

^х 1,5∙10^-4/(29∙16410) = 0,0032 м³/с = 0,19 м³/мин;

8. Подбираем марку вакуум-насоса:

– при данной производительности и вычисленном значении парциального давления воздуха p_возд = 1641 Па ≈ 14 мм рт. ст. целесообразно выбрать для откачки воздуха из конденсатора водокольцевой насос типоразмера ВВН-25, обеспечивающий остаточное давление на уровне 110 мм рт. ст. при производительности 0,75 м³/мин (табл. П2.7).