Расчёт многокорпусной выпарной установки (стр. 9 из 14)
Вт/(м2∙К)Распределение полезной разности температур:
град 
градПроверка суммарной полезной разности температур:
градСравнение полезных разностей температур, полученных в четвертом и третьем приближениях, представлено в таблице 16:
Таблица 16Сравнение полезных разностей температур
| Параметр | Корпус | ||
| 1 | 2 | 3 | |
| Распределённые в четвертом приближении значения Δtп, °С | 17,56 | 18,1 | 20,2 |
| Распределённые в третьем приближении значения Δtп, °С | 18,24 | 17,92 | 19,68 |
Различия между полезными разностями температур по корпусам в первом и втором приближениях не превышают 5 %. Определяем поверхность теплопередачи выпарных аппаратов [1]:
м2 
м2 
м2По ГОСТ 11987 – 81 выбираем выпарной аппарат со следующими характеристиками:
2. Определение толщины тепловой изоляции
Толщину тепловой изоляции δи находят из равенства удельных тепловых потоков через слой изоляции от поверхности изоляции в окружающую среду:
(22)где αв – коэффициент теплоотдачи от внешней поверхности изоляционного материала в окружающую среду, Вт/(м2∙К) [6]:
tст2 – температура изоляции со стороны окружающей среды (воздуха); для аппаратов, работающих в закрытом помещении, выбирается в интервале 35 – 45 °С; tст1 – температура изоляции со стороны аппарата; ввиду незначительного термического сопротивления стенки аппарата по сравнению с термическим сопротивлением слоя изоляции tст1 принимают равной температуре греющего пара tг1;
tв – температура окружающей среды (воздуха), °С;
λи – коэффициент теплопроводности изоляционного материала, Вт/(м∙К).Выберем в качестве материала для тепловой изоляции совелит (85 % магнезии + 15 % асбеста), имеющий коэффициент теплопроводности λи = 0,09 Вт/(м∙К).
Вт/(м2∙К)Рассчитаем толщину тепловой изоляции для первого корпуса:
мПринимаем толщину тепловой изоляции 0,04 м и для других корпусов.
3. Расчёт барометрического конденсатора
Для создания вакуума в выпарных установках обычно применяют конденсаторы смешения с барометрической трубой. В качестве охлаждающего агента используют воду, которая подаётся в конденсатор чаще всего при температуре окружающей среды (около 20 °С). Смесь охлаждающей воды и конденсата выливается из конденсатора по барометрической трубе. Для поддержания постоянства вакуума в системе из конденсатора с помощью вакуум-насоса скачивают неконденсирующиеся газы.
Необходимо рассчитать расход охлаждающей воды, основные размеры (диаметр и высоту) барометрического конденсатора и барометрической трубы, производительность вакуум насоса.
3.1 Определение расхода охлаждающей воды
Расход охлаждающей воды Gв определяют из теплового баланса конденсатора:
(23)где Iбк – энтальпия паров в барометрическом конденсаторе, Дж/кг; tн – начальная температура охлаждающей воды, °С; tк – 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 tк на выходе из конденсатора принимают на 3 – 5 град ниже температуры конденсации паров:
°СТогда
кг/с3.2 Расчёт диаметра барометрического конденсатора
Диаметр барометрического конденсатора dбк определяют из уравнения расхода:
(24)где ρ – плотность паров, кг/м3; v – скорость паров, м/с.
При остаточном давлении в конденсаторе порядка 104 Па скорость паров v принимают 15 – 25 м/с:
мПо нормалям НИИХИММАШа подбираем конденсатор диаметром, равным расчётному или ближайшему большему. Определяем его основные размеры. Выбираем барометрический конденсатор диаметром dбк = 600 мм.
3.3 Расчёт высоты барометрической трубы
В соответствии с нормалями ОСТ 26716 – 73, внутренний диаметр барометрической трубы dбт равен 150 мм.
Скорость воды в барометрической трубе vв равна:
м/сВысоту барометрической трубы определяют по уравнению:
(25)где В – вакуум в барометрическом конденсаторе, Па; Σξ – сумма коэффициентов местных сопротивлений; λ – коэффициент трения в барометрической трубе; Нбт, dбт – высота и диаметр барометрической трубы, м; 0,5 – запас высоты на возможное изменение барометрического давления, м.
В = Ратм – Рбк = 9,8 ∙ 104 – 3 ∙ 104 = 6,8 ∙ 104 Па
Σξ = ξвх + ξвых = 0,5 + 1,0 = 1,5
где ξвх и ξвых – коэффициенты местных сопротивлений на входе в трубу и на выходе из неё.
Коэффициент трения λ зависит от режима течения жидкости. Определим режим течения воды в барометрической трубе:
Для гладких труб при Re = 855000 коэффициент трения λ равен:
Отсюда находим Нбт = 7,68 м. [1]
В таблице 17 представлены основные размеры барометрического конденсатора.
Таблица 17Основные размеры барометрического конденсатора
| Параметр | Значение, мм |
| Диаметр барометрического конденсатора, dБК | 600 |
| Толщина стенки аппарата, S | 5 |
| Расстояние от верхней полки до крышки аппарата, а | 1300 |
| Расстояние от нижней полки до днища аппарата, r | 1200 |
| Ширина полки, b | - |
| Расстояние между осями конденсатора и ловушки:К1К2 | 675- |
| Высота установки Н | 4550 |
| Ширина установки Т | 1400 |
| Диаметр ловушки D | 400 |
| Высота ловушки h | 1440 |
| Диаметр ловушки D1 | - |
| Высота ловушки h1 | - |
| Расстояние между полками:а1а2а3а4а5 | 260300360400430 |
| Основные проходы штуцеров:для входа пара (А)для входа воды (Б)для выхода парогазовой смеси (В)для барометрической трубы (Г)воздушник (С)для входа парогазовой смеси (И)для выхода парогазовой смеси (Ж)для барометрической трубы (Е) | 350125100150-1007050 |
4. Расчёт производительности вакуум-насоса
Производительность вакуум-насоса Gвозд определяется количеством газа (воздуха), который необходимо удалять из барометрического конденсатора:
кг/с (26)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.
кг/сОбъёмная производительность вакуум-насоса равна:
(27)где R – универсальная газовая постоянная, Дж/(кмоль∙К); Mвозд – молекулярная масса воздуха, кг/кмоль; tвозд – температура воздуха, °С; Рвозд – парциальное давление сухого воздуха в барометрическом конденсаторе, Па.
Температуру воздуха рассчитывают по уравнению:
°СДавление воздуха равно:
Рвозд = Рбк – Рп
где Рп – давление сухого насыщенного пара (Па) при tвозд = 26,96 °С.
Рвозд = 0,305 ∙ 9,8 ∙ 104 – 0,04 ∙ 9,8 ∙ 104 = 2,6 ∙ 104 Па
Тогда:
м3/с (1,955 м3/мин)Зная объёмную производительность Vвозд и остаточное давление Рбк, по ГОСТ 1867 – 57 подбираем вакуум-насос типа ВВН-3 мощностью на валу N = 6,5 кВт. [1]
5. Расчёт диаметров трубопроводов и подбор штуцеров
Штуцера подбираются по внутреннему диаметру трубопровода. Внутренний диаметр трубопровода круглого сечения рассчитывают по формуле:
(28)