Блок создания и поддержания вакуума.

 

Для создания вакуума в выпарных установках обычно применяют конденсаторы смешения с барометрической трубой. В качестве охлаждающего агента используют воду, которая подаётся в конденсатор при температуре окружающей среды (г. Стерлитамак t = 20⁰C). Смесь охлаждающей воды и конденсата выливается из конденсатора по барометрической трубе. Для поддержания постоянства вакуума в системе из конденсатора с помощью вакуум-насоса откачивают неконденсирующиеся газы.

 

Расчёт барометрического конденсатора смешения.

 

Расход охлаждающей воды G в.

Gв определяют из теплового баланса конденсатора:

 

Gв=W₃(h_бк-c_вt_к)/c_в(t_k-t_н),

 

где h_бк – энтальпия паров в барометрическом конденсаторе; t_н = 20⁰С - начальная температура охлаждающей воды;

C_в =4,19 кДж/кг;

t_к – конечная температура смеси воды и конденсата;

 Р_бк = 7000 Па = 0,0714 ат, то по (2, стр. 23) t_бк = 38,7 ⁰С и h_бк = 2572,2 кДж/кг.

Разность температур между паром и жидкостью на выходе из конденсатора должна быть 3 – 5 ⁰С. Поэтому конечную температуру воды t_к на выходе из конденсатора примем на 4 градуса ниже температуры конденсации паров: t_к = t_бк-4= 38,7-4=34,7⁰С.

Тогда Gв= 3716,5(2572,2-4,19*34,7)/4,19(38,7-20) = =115110кг/ч = 31,98 кг/с.

Диаметр конденсатора.

Определяют по уравнению расхода:

 

d_бк = (4W₃/(rpv))^1/2

 

r=,4782 кгм3 – плотность паров (2, стр. 23).

При остаточном давлении к конденсаторе порядка 10⁴ Па скорость паров v=15 – 25 м/с.

Тогда d_бк = (4*3716,4/3600(0,04782*3,14*20))^1/2 = 1,17м.

По (4, стр. 41) подбираем конденсатор:

¨ d_бк = 1200мм;

¨ Высота цилиндрической части 4,90м

¨ Диаметры штуцеров условные:

Ø  Для входа вторичного пара 450мм;

Ø  Для входа охлаждающей воды 250мм;

Ø  Для барометрической трубы 250мм;

Ø  Для выхода парогазовой смеси 200мм.

 

Высота барометрической трубы.

Диаметр барометрической трубы d_бт = 250мм.

Скорость воды в барометрической трубе:

 

v = 4(Gв + W₃)/(rpd_бт²) = 4(31,98+1,03)/(1000*3,14*0,25²)= =0,67м/с.

 

Высота барометрической трубы:

 

Н_бт=В/r_вg + (1+Sx+l Н_бт/ d_бт)v²/2g + 0,5,

 

где В – вакуум в барометрическом конденсаторе;

Sx - сумма коэффициентов местных сопротивлений;

 l - коэффициент трения в барометрической трубе;

0,5 – запас высоты на возможное изменение барометрического давления.

В = Ратм - Рбк = 98000 – 7000 = 91000 Па;

Sx = xвх+xвых =0,5 +1,0 =1,5, где xвх, xвых – коэффициенты местных сопротивлений на входе в трубу и выходе из неё (3, стр. 494).

Коэффициент трения l зависит от режима течения жидкости. Определим режим:

 

Re = d_бтv/n_в = 0,25*0,67/0,81*10^-6 = 206790,

 

 где n_в = 0,81*10^-6 м²/с при t_к = 34,7⁰С (3, стр. 512).

При Re = 206790 коэффициент трения определяется по формуле Никурадзе:

l = 0,0032 + 0,221*Re^-0,237=0,015

Т. о., Н_бт=91000/1000*9,81 + (1+1,55 Н_бт/ 0,25)0,67²/2*9,81 + 0,5=9,833+0,00137 Н_бт

Н_бт=9,8 м.

 

Барометрический ящик.

Барометрический ящик, заполненный водой и сообщающийся с атмосферой, является гидравлическим затвором для барометрической трубы. Объём воды в ящике должен обеспечивать заполнение барометрической трубы при пуске установки. Следовательно, объём ящика должен быть не менее объёма барометрической трубы, а форма ящика может быть произвольной:

V₃ >= pd_бт²Н_бт /4>=3,14*0,25²*9,8/4 = 0,48 м³.

 

Расчёт производительности вакуум-насоса.

Производительность вакуум-насоса G_возд определяется количеством газа (воздуха), который необходимо удалять из барометрического конденсатора:

 

G_возд =2,5*10^-5(Gв + W₃)+0,01W₃= 2,5*10^-5 (31,98+1,03) +0,01*1,03 = 11,1*10^-3кг/с

 

Объёмная производительность вакуум-насоса равна:

 

V_возд = R(273+t_возд) G_возд/(M_воздP_возд), где R = 8314 Дж/(кмоль*К)- универсальная газовая постоянная;

 

M_возд = 29 кг/кмоль – молекулярная масса воздуха;

t_возд - температура воздуха:

 t_возд= t_н +4+0,1*(t_к – t_н) = 20 + 4 + 0,1* 14,7 = 25,5⁰С;

Р_возд- парциальное давление сухого воздуха в барометрическом конденсаторе:

 Р_возд = Р_бк –Р_п = 7000-3355 = 3645 Па, где давление сухого насыщенного пара Р_п = 0,03426 ат = 3355 Па при температуре 25,5⁰С (2, стр. 17).

Тогда V_возд = 8314(273+25,5) 1,1*10^-3/(29*3645)=0,026 м³/с =1,55 м³/мин

Зная объёмную производительность и остаточное давление, по каталогу (7, стр. 188) подбираем вакуум-насос типа ВВН-3 с мощностью на валу N = 6,5 кВт.

 

Расчет и выбор вспомогательного оборудования выпарной установки.

 

Конденсатоотводчики.

 

Для отвода конденсата, образующегося при работе теплообменных аппаратов, в зависимости от давления пара, применяют различные виды устройств.