Выпарной аппарат

2.7 Подпрограмма 7

1. Распределение  полезной разности температур  по корпусам

           

          

            

          

Суммарная полезная разность температур

  

2. Поверхность  теплообмена выпарного аппарата

         

         

         

         

3. Число греющих  трубок

         
 

Таблица 7 

 

По результатам  компьютерной проверки выбираем стандартный  выпарной аппарат  типоразмер 122 – 2856 – 04 с поверхностью теплообмена 250 м² 

2.8  РАСЧЕТ БАРОМЕТРИЧЕСКОГО  КОНДЕНСАТОРА

   Для создания вакуума в выпарных установках  применяют конденсаторы смешения с барометрической трубой. В качестве охлаждающего агента используют воду, которая подается в конденсатор  при температуре окружающей среды (12°С). 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.

Необходимо рассчитать расход охлаждающей воды, основные размеры (диаметр и высоту) барометрического конденсатора и барометрической  трубы, производительность вакуум-насоса.

2.8.1 Расход охлаждающей  воды

  Расход охлаждающей воды G_в определяют из теплового баланса конденсатора:

                     

где I_б.к.—энтальпия паров в барометрическом конденсаторе, Дж/кг; t_н— начальная температура охлаждающей воды, °С;  t_к — конечная температура смеси воды и конденсата, °С.   

Разность температур между паром и жидкостью на выходе из конденсатора должна быть 3—5 град. Поэтому конечную температуру воды t_к на выходе из конденсатора примем на 3 град ниже температуры конденсации паров:

        I_б.к.=2608,3 Дж/кг                    W₃ = 8979.8 кг/ч = 2,49 кг/ч

         

t_к=t_б.к.-3,0=53,6-3,0=50,6 °С.

               

2.8.2 Диаметр конденсатора

Диаметр барометрического конденсатора d_бк определяют из уравнения расхода:

где r—плотность паров, кг/м³; V—скорость паров, м/с (При остаточном давлении в конденсаторе порядка 10⁴ Па скорость паров V=15-25 м/с, принимаем V=20м/с).

По нормалям НИИХИММАШа  подбираем конденсатор  диаметром, равным

расчетному или  ближайшему большему. Выбираем барометрический конденсатор диаметром d_б.к.=1600 мм.

2.8.3. Высота барометрической  трубы                              

В соответствии с нормалями , внутренний диаметр  барометрической трубы d_б.к. равен 250 мм.

Скорость воды в барометрической трубе                 

           

Высота барометрической  трубы

 

где В—вакуум в барометрическом конденсаторе, Па;åx—сумма коэффициентов местных сопротивлений;  l— коэффициент трения в барометрической трубе; 0,5 — запас высоты на возможное изменение барометрического давления

                

åx- сумма коэффициентов местных сопротивлений

            åx= x_вых+x_вх=0,5+1,0=1,5

где  x_вых, x_вх — коэффициенты местных сопротивлений на входе в трубу и на выходе из нее.

      Коэффициент трения l зависит от режима течения жидкости. Определим режим течения воды в барометрической трубе: 

Для гладких  труб при Rе=320833,3 коэффициент тренияl =0,017 Подставив значения, получим:

 

Отсюда находим H_б.т.=8,575 м.» 8,6 м

2.9 РАСЧЕТ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ  ВАКУУМ-НАСОСА

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

                                  

где 2,5.10-⁵ — количество газа, выделяющегося из 1 кг воды; 0,01 — количество газа, подсасываемого в конденсатор через неплотности, на 1 кг паров. Тогда

                 

Объемная производительность вакуум-насоса равна:

            V_возд =R(273+t_возд )G_возд /(М_возд Р_возд )                                                     

где R—универсальная газовая постоянная, Дж/(кмоль.К); M_возд—молекулярная масса воздуха, кг/кмоль; t_возд — температура воздуха, °С; Р_возд — парциальное давление сухого воздуха в барометрическом конденсаторе, Па.

 Температуру воздуха рассчитывают по уравнению

                    t_возд=t_н+4+0.1(t_к-t_н)=20+4+0.1(56,7-12)=28,5°C

Давление воздуха  равно         Р_возд=Р_б.к.-Р_п   

где Р_п — давление сухого насыщенного пара (Па) при t_возд=12 °С. Подставив, получим:

                

Тогда                 

Зная объемную производительность V_возд и остаточное давление Р_б.к., по каталогу,  подбираем вакуум-насос типа ВВН-12 мощностью на валу N=20 кВт

 

2.10 Расчет центробежного  насоса.

1. Массовый расход

              М = 30000/3600 = 8,34 кг/с

2. Объемный расход

              V =M/r = 8.34/1094 =0.00762 м³

3. Скорость раствора

             w = V/f =0.00762/(0.785´0.081) = 0.12 м/с

4. Критерий Рейнольдца

               

l = 0.2 мм

d/l = 90/0.2 = 450 и Re = 8575,5  находим l = 0,025 

 

Общее гидравлическое сопративление трубопровода

 

 

Мощность насоса

Выбираем насос  Х2 – 25 с мощностью 1,1 кВт  тип электродвигателя АОЛ – 12 – 2  
 

2.11 Теплоизоляция аппарата.

d_из находим из равенства удельных тепловых потоков через слой изоляции в окружающую среду.

a_в – коэффициент теплоотдачи от внешней поверхности изоляции материала в окружающую среду, Вт/м²К

t_ст2 – температура изоляции со стороны окружающей среды(воздуха) в материала 35 – 45 °С.

t_ст1 – температура изоляции со стороны аппарата, t_ст1 = t_{греющего пара}

t_в – температура окружающей среды

l_из – коэффициент теплопроводности изоляционного материала, Вт/мК

  В качестве  изоляционного материала выберем  совелит (85% магнезии + 15% асбест) l_из = 0,09 Вт/мК

 

2.12 Расчет теплообменника

   1. Определение  тепловой нагрузки:  

   2. Определение конечной температуры  конденсата греющего пара : она  будет примерно равна температур  греющего пара на входе и  составит »178,9°С

   3. Определение  среднелогарифмической разности температур:

   Dt_ср.лог= [(160,91—20)—(179—178,9)]/ln (140,91/0,1) =17,9 °С.

   4. Ориентировочный выбор теплообменника. Решение вопроса о том, какой  теплоноситель направить в трубное  пространство, обусловлено его температурой, давлением, коррозионной активностью, способностью загрязнять Поверхности теплообмена, расходом и др.