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 G_В определяется из теплового баланса конденсатора:

(49)

где J_БК – энтальпия паров в барометрическом конденсаторе, Дж/кг;

с_В – теплоёмкость воды, Дж/кг ^. К;

t_Н – начальная температура охлаждающей воды, ^ОC;

t_К – 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:

t_К = t_БК – 3. (50)

Диаметр конденсатора d_БК, м, рассчитывают по уравнению:

(51)

где r_П – плотность паров в барометрическом конденсаторе, кг/м³;

V_П – скорость паров в барометрическом конденсаторе, м/с.

При остаточном давлении в конденсаторе 1 ^.10⁴ ¸ 2 ^. 10⁴ Па скорость паров V_П 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+G_Б, кг/с.

Диаметр барометрической трубы d_БТ, м, выбирают согласно приложения И.

Скорость воды в барометрической трубе V_В, 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;

H_БТ, d_БТ – высота и диаметр барометрической трубы, м;

r_В – плотность воды, кг/м³;

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

B = P_АТ – Р_БК , 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:

(54)

,

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:

t_воз = t_Н + 4 + 0,1 ^. (t_К – t_Н). (55)

(56)

Объем отсасываемого воздуха V_ВОЗ, м³/с:

,

где: R – универсальная газовая постоянная, Дж/кг^.К;

– давление насыщенного пара при t_ВОЗ , Па.

Диаметр воздушного патрубка d_ВП определяем по формуле:

(57)

,

где V_ВОЗ - скорость воздуха, м/с.

Рекомендуется принимать скорость воздуха равной 15 м/с.

Мощность, потребляемая вакуум-насосом , кВт рассчитывается по формуле:

(32)

,

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)