Расчет барометрического конденсатора
Для создания вакуума в выпарных установках применяют обычно конденсаторы смешения с барометрической трубой. В качестве охлаждающего агента используют воду, которая подаётся в конденсатор чаще всего при температуре окружающей среды (около 20 ОC). Смесь охлаждающей воды и конденсата выливается из конденсатора по барометрической трубе. Для поддержания постоянства вакуума из конденсатора с помощью вакуум-насоса откачиваются неконденси-рующиеся газы.
Необходимо рассчитать расход охлаждающей воды, основные размеры барометрического конденсатора (диаметр и высота) и барометрической трубы, производительность вакуум-насоса.
Расход охлаждающей воды GВ определяется из теплового баланса конденсатора:
(49)
где JБК – энтальпия паров в барометрическом конденсаторе, Дж/кг;
сВ – теплоёмкость воды, Дж/кг . К;
tН – начальная температура охлаждающей воды, ОC;
tК – конечная температура смеси воды и конденсата, ОC.
Движущая сила теплопередачи на выходе из конденсатора должна быть 3 ¸ 5 0C, поэтому конечную температуру на выходе из конденсатора принимают на 3 ¸ 5 градусов ниже, чем температуру конденсации паров:
tК = tБК – 3. (50)
Диаметр конденсатора dБК, м, рассчитывают по уравнению:
(51)
где rП – плотность паров в барометрическом конденсаторе, кг/м3;
VП – скорость паров в барометрическом конденсаторе, м/с.
При остаточном давлении в конденсаторе 1 .104 ¸ 2 . 104 Па скорость паров VП принимают 15 ¸ 25 м/c. Полученный диаметр конденсатора округляют до стандартного размера в большую сторону и выбирают [2] размеры сечения тарелки. Высота конденсатора зависит от количества установленных тарелок и расстояния между ними. Расстояние между тарелками принимается равным 350 ¸550 мм.
Обычно количество тарелок равно 6¸7.
Расстояние между тарелками H рекомендуется брать одинаковым, а количество стекающей воды – равным сумме W3+GБ, кг/с.
|
Скорость воды в барометрической трубе VВ, м/с, равна
. (52)
Высота барометрической трубы определяется из уравнения:
, (53)
где В – вакуум в барометрическом конденсаторе, Па;
åz – сумма коэффициентов местных сопротивлений;
l – коэффициент трения в барометрической трубе;
HБТ, dБТ – высота и диаметр барометрической трубы, м;
rВ – плотность воды, кг/м3;
0,5 – запас высоты на возможное изменение барометрического давления, м.
B = PАТ – РБК , Па.
åz = z ВХ + z ВЫХ = 0,5 + 1,0 = 1,5.
К высоте барометрической трубы прибавляют 0,5¸1 м на случай увеличения атмосферного давления или колебания разряжения для предупреждения конденсатора от «захлебывания».
Коэффициент трения λ зависит от режима течения жидкости. Для гладких труб;
при : . При расчете барометрического конденсатора необходимо рассчитать диаметры патрубков для воды и для пара.
Расчет вакуум-насоса
Производительность вакуум-насоса , кг/с, определяется количеством газа (воздуха), который необходимо удалять из барометрического конденсатора:
|
где 2,5.10-5 – количество неконденсирующихся газов, выделяющихся из 1 кг воды, кг/с;
0,01 – количество газов, кг/с, подсасываемых через неплотности в конденсатор на 1 кг паров.
Температура отсасываемого воздуха ,0С, рассчитывается по уравнению:
tвоз = tН + 4 + 0,1 . (tК – tН). (55)
|
,
где: R – универсальная газовая постоянная, Дж/кг.К;
– давление насыщенного пара при tВОЗ , Па.
Диаметр воздушного патрубка dВП определяем по формуле:
|
где VВОЗ - скорость воздуха, м/с.
Рекомендуется принимать скорость воздуха равной 15 м/с.
Мощность, потребляемая вакуум-насосом , кВт рассчитывается по формуле:
|
где: - показатель политропы (для воздуха = 1,2 ¸ 1,25);
-механический КПД вакуум насоса, равный 0,75 ;
- давление нагнетания, Па, рекомендуется принимать в пределах Па;
, Па.
После конденсаторов смешения следует устанавливать водокольцевые или поршневые вакуум – насосы. Во втором случае после конденсатора необходимо обязательно ставить ловушку. Технические характеристики вакуум – насосов приведены в приложении К.
Список литературы
1. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии.–Л.: Химия, 1981. –560 с.
2. Лебедев П.Д., Щукин А.А. Теплоиспользующие установки промышленных предприятий (курсовое проектирование). – М: Энергия, 1970. – 409 с.
3. Основные процессы и аппараты химической технологии: пособие по проектированию/ Г.С. Борисов, В.П. Брыков, Ю.И. Дытнерский и др. Под ред. Ю.И. Дытнерского. 4-е изд., стереотип. – М: ООО ИД «Альянс», 2008. – 496 с.
4. Лащинский А.А., Толчинский А.Р. Справочник по конструированию. – М: Машгиз, 1963. – 617 с.
5. Дытнерский Ю.И. Процессы и аппараты химической технологии: Учебник для вузов. Изд. 3-е изд. В 2 кн. – М.: Химия, 2002. – 400 с.
6. Алексеев Н.Н. Методическое пособие и контрольные задания по курсам «Процессы и аппараты пищевых производств», «Процессы и аппараты химической технологии» для студентов заочного факультета. – Краснодар, 1967. – 140 с.
Приложение А
(обязательное)
Значение расчетного коэффициента
для конденсирующегося водяного пара
Рисунок А.1 - Температура первичного пара, 0С
Приложение Б
(обязательное)
Значение расчетного коэффициента
для растворов солей и щелочей
(B0¸B60 – концентрация)
Рисунок Б.1 − Температура кипения раствора
Приложение В
Форма титульного листа курсовой работы
(обязательное)
Министерство образования и науки Российской Федерации
Кубанский государственный технологический университет
Кафедра промышленной теплоэнергетики и ТЭС
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
к курсовой работе
по дисциплине: «Тепломассообменное оборудование предприятий»
на тему:
___________________________
(тема курсового проекта)