Расчёт выпарной непрерывной установки

Dt₂ =4 град

t_ср  =87+2 =89 град

q^I =47247,2 Вт/м²

q^II = 45398 Вт/м²

q^I= q^II

      Расхождение между тепловыми нагрузками не превышает 3 % , расчет коэффициентов a₁ и a₂ на этом заканчиваем.

      Находим К₃ :

К₃ = 1/ (1/ 5369+ 3×10^-4 + 1/ 11349,5) = 1742,2 Вт/ (м²×К). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

3.2.1.3. Распределение полезной разности температур. 

      Распределение полезной разности температур :

Δt_п1=

23,8 град

Аналогично находим  Δt_п во втором и третьем корпусах

Δt_п2= 9,17×2,39=21,9 град               Δt_п3= 9,17×3,03=27,8 град                  

Проверка суммарной полезной разности температур :

SDt_п = 23,8+21,9+27,8= 73,47 град.

      Сравнение полезных разностей температур Dt_п , полученных во 2 - м и 1 - м приближениях, приведено ниже :  

 

      Различия  между полезными разностями температур по корпусам в 1 - м и      2 - м приближениях не превышают 5 % . 

3.2.1.4. Расчет поверхности теплопередачи выпарных аппаратов. 

      Теперь  рассчитаем поверхность теплопередачи  выпарных аппаратов :

F = Q / ( K Dt_п )

F₁ = 4770,5 / 1831,5×23,8 =109м²

                                                F₂ = 4338,6 / 1814,9×21,9=109 м²

F₃ = 5272,55 / 1742,2×27,8=109м²

                                              

      По  ГОСТ 11987-81 [6] выбираем выпарной аппарат со следующими характеристиками :

 

4. Определение толщины  тепловой изоляции . 

      Толщину тепловой изоляции d_и находят из равенства удельных тепловых потоков через слой изоляции от поверхности изоляции в окружающую среду :

a_в = ( t_ст2 - t_в ) = ( l_и/d_и) ( t_ст1 - t_ст2 )

где a_в = 9,3 + 0,058t_ст2  - коэффициент теплоотдачи от внешней поверхности изоляционного материала в окружающую среду, Вт/(м²×К) .

t_ст2 - температура изоляции со стороны окружающей среды (воздуха), ⁰ С (примем t_ст2=40⁰ С;)

t_ст1 - температура изоляции со стороны аппарата, ⁰ С ;

t_в - температура окружающей среды (воздуха), ⁰ С ;

l_и - коэффициент теплопроводности изоляционного материала, Вт/(м×К);

     Рассчитаем толщину тепловой изоляции для 1-го корпуса:

a_в = 9,3 + 0,058×40 = 11,6 Вт/( м²×К )

      В качестве материала для тепловой изоляции выберем совелит ( 85% магнезии и 15% асбеста ), имеющий коэффициент теплопроводности 0.09 Вт/( м×К )

     Тогда получим :

     d_и =

0,05 м

Принимаем толщину  тепловой изоляции 0.05 м и для других корпусов. 

5. Расчет барометрического  конденсатора. 

      Для создания вакуума в выпарных установках обычно применяют конденсаторы смешения с барометрической трубой. В кчестве охлаждающего агента используют воду, которая подается в конденсатор чаще всего при температуре окружающей среды (около 20 ⁰ 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. 
 
 

5.1. Расход охлаждающей  воды. 

Расход охлаждающей  воды G_в определяется из теплового баланса конденсатора:

где    I_б.к. - энтальпия паров в барометрическом конденсаторе Дж/кг;

      t_н - начальная температура охлаждающей воды ⁰ С;

      t_к - конечная температура смеси воды и конденсата ⁰ 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:

 t_к = t_б.к - 3.0 = 59,7 - 3 = 56,7град.

Тогда

G_в=

19,73 кг/с 

5.2. 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 составляет 15-25 м/с. Тогда :

d_бк=

0,404 м

      По  нормалям НИИХИММАШа ([1] Приложение 4.6) подбираем конденсатор диаметром, равным расчетному или большему. Выбираем барометрический конденсатор диаметром d_бк = 500 мм. 
 
 
 

5.3. Высота барометрической  трубы. 

     В соответствии с нормалями, внутренний диаметр барометрической трубы  d_бт равен 200 мм. Скорость воды в барометрической трубе:

м/с

      Высота  барометрической трубы :

где  В - вакуум в барометрическом конденсаторе Па ;

       - сумма  коэффициентов местных сопротивлений  ;

     l - коэффициент трения в барометрической трубе ;

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

В = Р_атм - Р_бк = 9.8×10⁴ – 2×10⁴ = 6,8×10⁴ Па;

åx = x_вх + x_вых = 0.5 + 1.0 = 1.5

где x_вх , x_вых - коэффициенты местных сопротивлений на входе и выходе из трубы.

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

     

      Для гладких труб при Re = коэффициент трения равен l = 0.0165

Отсюда находим  H_бт = 7,5 м. 

5.4. Расчет производительности  вакуум-насоса. 

      Производительность  вакуум-насоса G_возд   определяется количеством 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 не плотности, на  1 кг паров. Тогда

G_возд = 2.5×10^-5×(2,47 + 19,73) + 0.01×2,47 = 25,3×10^-3 кг/с

      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);

      М_возд - молекулярная масса воздуха, кг/кмоль;

      t_возд - температура воздуха ⁰ С;

      Р_возд - парциальное давление сухого воздуха в барометрическом  конденсаторе,  Па.

      t_возд = t_н + 4 + 0.1×(t_к - t_н) = 20 + 4 + 0.1×(56,7 - 20.0) = 28 град.

     Давление  воздуха равно :

     Р_возд = Р_бк - Р_п

где Р_п - давление сухого насыщенного пара (Па) при t_возд = 28 ⁰ С. Подставив  получим

Р_возд = 0,2·9,8×10⁴ -0,039·98100  =1,58×10⁴ Па;

Тогда

V_возд =

= 0,138 м³/с = 8,12 м³/мин