2020-01-15
248
3.1 Расчёт выпарного аппарата.
3.1.1. Материальный баланс процесса выпаривания.
Основные уравнения материального баланса:
(1)
(2)
где 
- массовые расходы начального и концентрированного раствора, кг/с;
хнач, хкон – массовые доли растворенного вещества в начальном и концентрированном растворе;
W – массовый расход выпаренной воды, кг/с:
кг/с
3.1.2. Определение температур и давлений в узловых точках технологической схемы.
3.1.2.1 Определение давления и температуры в выпарном аппарате Р1, t1
Абсолютное давление в сепараторе выпарного аппарата:
(3)
где Ратм – атмосферное давление, ат;
Рвак – вакуум в аппарате, ат.
ат
По давлению Р1 найдем температуру вторичного пара в сепараторе t1, °С;
/ 3, Табл. LVII /
t1=89.3 °С
3.1.2.2. Определение давления и температуры вторичного пара в барометрическом конденсаторе Р0, t0
|
|
|
.
Зададимся значением гидравлической депрессии из промежутка 0.5-1.5 °С:
Dtгидросопр.=1 °С
Температура вторичного пара в барометрическом конденсаторе t0, °С:
t0= t1-Dtгидросопр. (4)
t0= 89.3-1=88.3 °С
Давление вторичного пара в барометрическом конденсаторе Р0, ат, по температуре t0 / 2, табл. LVII /
Р0=0.674 ат
Найдём конечную температуру в сепараторе.
Переведём значение давления Р1 в Па:
Р1=0.65 ат=0.674 9.81 104=6.609 104 Па
Воспользуемся формулой (Приложение 2 п.5)
=89.168 °С
3.1.2.3. Определение давления в среднем слое выпариваемого раствора Рср.
Оптимальная высота уровня Нопт
Нопт=(0.26+0.0014(rр-rв)) Нтр (6)
Где (rр-rв) – разность плотностей раствора и воды соответственно при температуре кипения, если температура кипения неизвестна то можно взять при t=20°С /2, с.252/
Нтр – рабочая высота труб, м
Плотность раствора rр, и воды rв при температуре t=20 °С, и концентрации Xкон (Приложение 2, п.1)
rв=962.681 кг/м3
rр=1013 кг/м3
Примем Нтр=6 м, тогда
Нопт=(0.26+0.0014(1.047 104-997.34)) 6=1.974 м
(6)
Па
Температуру кипения на середине кипятильных труб при Рср
(Приложение 2. П.5)
91.834 °С
3.1.2.4 Определение давления греющего пара.
Зададимся полезной разностью температур Dtполезн.³25 °С
Dtполезн.=30 °С
Найдем температуру конденсации греющего пара tконд.гр.п, °С:
|
|
|
tконд.гр.п.= tкип+ Dtполезн. (7)
tконд.гр.п.= 91.834+30=124,168 °С
По температуре конденсации греющего пара найдём давление греющего пара Ргр.п, ат / 2, табл. LVI /
Ргр.п=2,2256 ат
3.1.3 Тепловой баланс выпарного аппарата.
Уравнение теплового баланса выпарного аппарата:
Q = Qнагр+ Qисп+ Qпот (8)
где Q – расход теплоты на выпаривание, Вт;
Qнагр – расход теплоты на нагрев раствора до температуры кипения, Вт;
Qисп– расход теплоты на упаривание раствора до конечной концентрации, Вт;
Qпот – расход теплоты на компенсацию потерь в окружающую среду, Вт;
3.1.3.1. Расход теплоты на компенсацию потерь в окружающую среду
Расход теплоты на компенсацию потерь в окружающую среду Qпот при расчёте выпарных аппаратов принимается 3-5% от суммы (Qнагр+ Qисп)
/ 2, с 247 /. Следовательно:
Q = 1.05 (Qнагр+ Qисп)
Температуру исходного раствора tнач, поступающего в выпарной аппарат из теплообменника примем на 2.5°С меньше tкон:
tнач= tкон-2.5
tнач=89.168-2.5=86.668 °С
3.1.3.2 Расход теплоты на нагрев:
Qнагр= Gнач снач (tкон-tнач) (10)
где Gнач – производительность по разбавленному раствору
снач – удельная теплоёмкость раствора при tнач и начальной концентрации Хнач, Дж/(кг К) (Приложение 2, п.3)
снач=4.141 103 Дж/(кг К)
Qнагр= 4.5 4.141 103 (89.168-86.668)=4.658 104 Вт
3.1.3.3 Расход теплоты на испарение:
Qисп=W×(i”вт.п - св×tкон) (11)
где iвт.п – удельная энтальпия вторичного пара на выходе из аппарата при температуре t1, из таблицы / 2, табл.LVI /, кДж/кг;
св – удельная теплоёмкость воды при tкон, (Приложение 2, п.3) Дж/(кг К)
iвт.п =2656 кДж/кг,
св=4213 Дж/(кг К)
Qисп=3.336×(2656×103 - 4213×89.168)=7.611×106 Вт
3.1.4. Расчёт поверхности теплообмена выпарного аппарата.
Для расчёта поверхности теплообмена выпарного аппарата запишем уравнение теплопередачи:
Q=K F Dtполезн. (12)
где К – коэффициент теплопередачи Вт/(м2 К)
F – площадь поверхности теплообмена, м2;
Коэффициент теплопередачи К найдем из выражения:
(13)
где aкип – коэффициент теплоотдачи кипящего раствора, Вт/(м2 К)
aконд - коэффициент теплоотдачи конденсирующегося пара, Вт/(м2 К)
∑rст – сумма термических сопротивлений всех слоёв, из которых состоит стенка, включая слои загрязнений, (м2 К)/Вт
Для расчётов коэффициент теплоотдачи aконд, aкип воспользуемся методом итераций.
Примем температуру наружной стенки трубы tст1 меньшей чем tконд.гр.п. и равной:
tст1=121.21 °С
При конденсации греющего пара на пучке вертикальных труб, выражение для коэффициента теплоотдачи имеет следующий вид / 2, формула 4.52(а) /:
(14)
где Н – высота труб, м
Dt – разность температур конденсаций греющего пара tконд.гр.п. и температуры стенки t1, с;
Значение функции Аt найдём при температуре tконд.гр.п. / 2, табл. 4.6 /
At=7278
Dt = tконд.гр.п..- tст1 (15)
Dt =124.168-121.21=2.958 °С
Н=Нтр=6 м
Вт/(м2 К)
Количество теплоты q1, передаваемое от конденсирующегося пара к стеке, найдём по формуле:
q1=aконд(tконд.гр.п..- tст1) (16)
q1=7233 2.958=2.14 104 Вт
Так как процесс теплопередачи является установившемся, то количество теплоты q1 равно количеству теплоты qст, которое передаётся от наружной стенки трубы с температурой tст1 к внутренней, с температурой tст2.
|
|
|
(17)
Суммарное термическое сопротивление стенки найдём по формуле:
(18)
где d - толщина стенки трубы, м;
lст - коэффициент теплопроводности трубы, Вт/(м К)
rзагр1, rзагр2 – термическое сопротивление слоев загрязнения с наружной и внутренней сторон стенки соответственно, м2 К/Вт
Определим значения величин rзагр1, rзагр2 / 2, табл. ХХХI /
rзагр1=1/5800=1.724 10-4 м2 К/Вт
rзагр2=1/1860=5.376 10-4 м2 К/Вт
Коэффициент теплопроводности lст для стали равен:
lст=46.5 Вт/(м К)
Толщину стенки трубы примем:
d=0.002 м
м2 К/Вт
Температуру tст2 найдём из формулы (17)
tст2= tст1-q1 ∑rст
tст2=121,21-2.14 104.289 10-4=103.475 °С
Коэффициент теплоотдачи кипящего раствора / 2, формула 4.62 /
(19)
где b – безразмерная функция;
n - кинематическая вязкость раствора, м2/с
s - поверхностное натяжение раствора Н/м
DТкип – разность температур tст2 и температуры кипения раствора
tкип, К;
Значение безразмерной функции b / 2,формула 4.62 а /:
(20)
где rп – плотность пара, кг/м3;
Плотность раствора rр рассчитываем при температуре кипения tкип и конечной концентрации хкон (Приложение 2, п.1):
rр=1.013 103 кг/м3
Плотность пара rп найдём при температуре кипения tкип / 2, табл. LVI /
rп=0.4147 кг/м3
Кинематическая вязкость раствора n:
n=mр/rр (21)
где mр – динамическая вязкость раствора, Па с
Динамическая вязкость раствора при температуре tкип (Приложение 2, п. 2):
mр=3.87 10-4 Па с
n=3.87 10-4/1.013 103 =3.82 10-7 м2/с
Поверхностное натяжение s при температуре tкип определяем для воды, т.к. концентрация MgCl2 достаточно мала /2; табл XXXIX/
|
|
|
s=0,05995 Н/м
Коэффициент теплопроводности l для раствора при tкип и хкон (Приложение 2, п.4), Вт/(м К):
l=0.662 Вт/(м2.К)
Вт/м2 К
Количество теплоты q2, передаваемое от внутренней стенки к раствору:
q2=aкип (tст2- tкип) (22)
q2=2.238 103 (103.475-94.168)=2.083 104 Вт
Определим значение выражения:
 |
и если Е< 0.05 то расчёт коэффициентов теплоотдачи выполнен верно.
Е=(2.14 104-2.083 104)/ 2.083 104=0.027
Тогда:
Вт/(м2 К)
(23)
м2
3.1.4 Выбор выпарного аппарата по каталогу.
Произведём выбор аппарата по каталогу / 3, приложение 4.2 /. Для этого найденную площадь поверхности теплообмена следует увеличить на 10-20 %, для обеспечения запаса производительности.
Fв.п.=1.2 F
Fв.п.=1.2 358.774=430.493 м2
где Fв.п. – площадь выпарного аппарата с учётом запаса производительности, м2;
Выберем выпарной аппарат с естественной циркуляцией и соосной греющей камерой. Наиболее подходящим вариантом данного аппарата является аппарат с площадью теплопередачи 450 м2;
Таблица 1. Основные размеры выпарного аппарата (по ГОСТ 11987-81)
| F, м2 | D, мм не менее | D1, мм не более
| D2, мм не более
| Н, мм Не более
| М, кг не более
|
| l= 6000 мм | |||||
| 450 | 1600 | 4000 | 1000 | 18000 | 31500 |
F – номинальная поверхность теплообмена;
D – диаметр греющей камеры;
D1 – диаметр сепаратора;
D2 – диаметр циркуляционной трубы;
Н – высота аппарата;
М – масса аппарата;
3.2. Ориентировочный расчет теплообменного аппарата для подогрева исходного раствора перед подачей в выпарной аппарат.
 |
3.2.1. Определение средних температур теплоносителей.
Рис. 1 Температурная схема
где t’нач – начальная температура исходного раствора (по заданию)
Dtбол, Dtмен – большая и меньшая разность температур соответственно, °С; tнач – температура исходного раствора после подогревателя, °С;
Dtб = tконд.гр.п – t’нач (24)
Dtб = 124,168 – 35 = 89.168 °С
Dtм = tконд.гр.п – tнач (25)
Dtм = 124,168 – 86.668 = 37.5 °С
Значение средней движущей силы рассчитывается по формуле:
(26)
°С
Средняя температура раствора:
tср.р = tконд.гр.п – Dtср (27)
tср.р =124.168 –59.65=64.518 °С
3.2.2. Тепловой баланс подогревателя.
Расход теплоты на подогрев исходного раствора от температуры t’нач до температуры tнач найдем по формуле (10), приняв значение теплоёмкости раствора при температуре и концентрации Хнач (Приложение 2, п.3)
Q=4.5 4.141 103 (86.668-35)=9.628 105 Вт
Расход греющего пара Gгр.п. найдём по формуле:
(28)
где r – удельная теплота парообразования, Дж/кг;
c - степень сухости пара;
c=0.95
Удельная теплота парообразования при температуре tконд.гр.п. / 2, табл. LVI /:
r=2205x103 Дж/кг
кг/с
3.2.3. Ориентировочный расчет подогревателя.
Зададимся ориентировочным коэффициентом теплопередачи от конденсирующегося пара к жидкости / 2, табл. 4.8 /:
Кор=850 Вт/(м2 К)
Рассчитаем ориентировочную площадь теплообмена по формуле (23);
м2
Для обеспечения интенсивного теплообмена необходимо обеспечить турбулентный режим течения, он достигается при Re более 10000. Зададимся:
Re=10000
Скорость течения раствора в аппарате с диаметром труб d=20 мм рассчитаем
по формуле:
(29)
где wтр – скорость течения раствора в трубном пространстве м/с;
dэкв – эквивалентный диаметр, м;
Значения коэффициентов вязкости раствора mр и плотности rр возьмём при температуре tср.р.и концентрации Хнач (Приложение 2, п.1,п.2)
м/с
Проходное сечение трубного пространства Sтр, м2:
(30)
м2
Для того, чтобы подобрать наиболее подходящий вариант подогревателя необходимо произвести уточнённый расчёт нескольких близких аппаратов. Примем диаметр труб d=25 мм:
м/с
м2
3.2.4. Параметры теплоносителей необходимые для уточнённого расчёта подогревателя
| Параметр | Горячий | Холодный |
| Название Теплоносителя | Водяной пар | Водный р-р MgCl2 |
| Тепловой процесс | конденсация | нагревание |
| Расход, кг/с | 0,45977 | 4,5 |
| Температуры: | ||
| Конденсации / начальная | 124,168 | 35 |
| Конечная | 86,668 | |
| Средняя | 64,518 | |
| Плотность, кг/м3 | 937,6 | 994 |
| Вязкость, Па*с | 0,000222 | 0,000469 |
| Теплопроводность, Вт/м*К | 0,677 | 0,672 |
| Теплоёмкость, Дж/кг*К | 4193 | |
| Коэф. Объёмн. Расшир., 1/К | 0,000551 | |
| Производные по температуре: | ||
| Вязкости | -0,0000022049 | -0,000006293 |
| Теплопроводности | -0,0004803 | 0,0009253 |
| теплоёмкости | 3,69 | |
| Теплота конденсации, Дж/кг | 2205000 | |
3.2.5 Ориентировочный выбор подогревателя.
Для обеспечения турбулентного режима номинальная площадь проходного сечения должна быть меньше рассчитанной. Коэффициент теплоотдачи от конденсирующегося пара не зависит от режима течения в межтрубном пространстве, следовательно, необязательно рассчитывать скорость движения пара и проходное сечение межтрубного пространства
Выбор теплообменных аппаратов производится по проходному сечению трубного пространства / 3, табл. 2.3 /.
3.2.6. Параметры подогревателя необходимые для уточнённого расчёта.
| Параметр / № аппарата | 20 мм | 25 мм |
| Тип | Кожухотрубчатый | Кожухотрубчатый |
| Положение | Горизонтальный | Горизонтальный |
| Перегородки в м-тр простр-ве | Есть | Есть |
| Расположение труб | шахматное | шахматное |
| Кол-во труб | 166 | 100 |
| Рядов труб | 14 | 10 |
| Ходов | 2 | 2 |
| Внут. Диам. Кожуха, мм | 400 | 400 |
| Трубы, мм | 20*2 | 25*2,5 |
| Проходное сечение трубного простр., м2 | 0,017 | 0,017 |
| Проходное сечение межтрубного простр., м2 | 0,03 | 0,025 |
| Термич. Сопрот. Загрязнений | 0,00071 | 0,00071 |
| Теплопров. Мат-ла труб, Вт/м*К | 46,5 | 46,5 |
3.2.7. Уточнённый расчет подогревателя на ЭВМ.
По данным п. 3.2.4.-3.2.6. Произведём уточнённый расчёт подогревателя результаты расчёта представлены в (приложении 3).
3.2.8. Расчёт гидравлического сопротивления кожухотрубчатых теплообменников
Скорость жидкости в трубах:
(31)
Скорость раствора для обоих подогревателей wтр, м/с:
м/с
Коэффициент трения l рассчитывается по формуле / 3, ф-ла. 2.31 /:
(32)
где е – относительная шероховатость труб;
е=D/dэкв (33)
где D - высота выступов шероховатостей (в расчётах можно принять D=0.2 мм)
Тогда относительная шероховатость труб для первого и второго теплообменника соответственно:
е1=0.2/(20-4)=0.0125
е2=0.2/(25-4)=0.0095
Коэффициент трения для первого теплообменника l1:
Коэффициент трения для второго теплообменника l2:
Диаметр штуцеров в распределительной камере dтр.ш=150 мм / 3, табл. 2.6 / (для каждого теплообменника, скорость в штуцерах wтр.ш, м/с:
м/с
Формула для определения гидравлического сопротивления в трубном пространстве Dртр, Па / 3, ф-ла. 2.35 /:
(34)
Гидравлического сопротивления в трубном пространстве для первого теплообменника Dртр1:
= 709.98 Па
Гидравлического сопротивления в трубном пространстве для второго теплообменника Dртр2:
= 597.12 Па
Число рядов труб омываемых теплоносителем в межтрубном пространстве m приближенно принимается / 3, ф-ла. 2.34 /:
(35)
где n – количество труб
Для первого теплообменника m1:
Для второго теплообменника m2:
Число сегментных перегородок для первого теплообменника Х1 / 3, табл. 2.7/:
Х1=6
Число сегментных перегородок для второго теплообменника Х2:
Х2=10
Диаметр штуцеров к кожуху dмтр.ш / 3, табл. 2.6 /:
dмтр.ш=150 мм
Скорость потока в штуцерах (для каждого из теплообменников) по ф-ле. (31):
м/с
Скорость жидкости в наиболее узком сечении межтрубного пространства для первого теплообменника Sм.тр=0.017 м2:
м/с
Скорость жидкости в наиболее узком сечении межтрубного пространства для второго теплообменника Sм.тр=0.025 м2:
м/с
Значение Re межтрубного пространства:
(36)
Значение Re межтрубного пространства для первого теплообменника:
Значение Re межтрубного пространства для второго теплообменника:
Гидравлическое сопротивление межтрубного пространства Dрмтр, Па / 3, ф-ла. 2.36 /:
(37)
Гидравлическое сопротивление межтрубного пространства для первого теплообменника Dрмтр1, Па:
=18.338 Па
Гидравлическое сопротивление межтрубного пространства для второго теплообменника Dрмтр1,2:
= 13.05 Па
3.2.9. Выбор аппарата по каталогу.
Проанализировав данные уточнённого расчёта, а также расчёт гидравлического сопротивления, мы видим, что оба теплообменника одинаково хорошо подходят (расходы теплоносителей одинаковы, гидравлические сопротивления различаются незначительно).На мой взгляд более предпочтителен аппарат №1, так как его габариты меньше, чем у аппарата №2. Следует так же отметить, что любой из этих аппаратов обеспечит необходимую площадь теплообмена с учётом запаса.
Таблица 2. Параметры кожухотрубчатого теплообменника
| D, мм | d, мм | Число ходов | n, шт. | Np | F, м2 | Sтр.,м2 |
| l=2 м | ||||||
| 400 | 20 | 2 | 166 | 14 | 21 | 0.017 |
3.3. Расчёт холодильника упаренного раствора.
3.3.1. Определение средних температур теплоносителей.
Рис. 2 Температурная схема движения теплоносителей при противотоке
tкон,t’кон – температура упаренного раствора до и после холодильника, °С;
tнач.в,tкон.в – температура охлаждающей воды до и после холодильника, °С;
Конечную температуру воды и упаренного раствора выбираем самостоятельно, причём t’кон следует принять из интервала 40-30 °С.
По формулам (24-26) определяем:
Dtб = 89.168 – 35 = 54.168 °С
Dtм = 40 – 13 = 27 °С
°С
Среднюю температуру воды найдём как среднее арифметическое tвод.ср., °С:
tвод.ср= (tнач.в+tкон.в)/2 (38)
tвод.ср= (13+35)/2=24 °С
Средняя температура раствора tср.р, °С:
tср.р= tвод.ср+Dtср (39)
tср.р=24 + 39.02 = 63.02 °С
3.3.2. Тепловой баланс холодильника.
Количество теплоты, которое необходимо отвести от раствора для его охлаждения:
Q= Gкон скон (tкон-t’кон) (40)
где Gкон – расход упаренного раствора кг/с;
скон – удельная теплоёмкость раствора при tср.р. и Хкон, Дж(кг К)
Удельная теплоёмкость раствора скон раствора при tср.р. и Хкон
(Приложение 2, п.3):
скон=3937 Дж(кг К)
Расход упаренного раствора Gкон,кг/с по формуле (2):
Gкон=1.164 кг/с
Q=1.164 3937 (89.168-40)=2.253 105 Вт
Так как вся отводимая от раствора теплота передаётся охлаждающей воде, то её расход можно найти по формуле:
(41)
где Gвод – расход охлаждающей воды, кг/с;
свод – теплоемкость воды при температуре tвод.ср.,Дж/(кг К)
Удельная теплоемкость воды при температуре tвод.ср (Приложение 2 п.3):
свод=4187 Дж/(кг К)
кг/с
3.3.3. Ориентировочный расчёт холодильника.
Зададимся ориентировочным коэффициентом теплопередачи от жидкости к жидкости / 2, табл. 4.8 /:
Кор=1000 Вт/(м2 К)
Рассчитаем ориентировочную площадь теплообмена по формуле (23);
м2
Рассчитаем скорость течения раствора wтр по трубному пространству холодильника с диаметром труб d=20 мм и площадь сечения Sтр трубного пространства, необходимые для обеспечения турбулентного режима течения раствора по формулам (29, 30).
Плотность раствора rр и коэффициент динамической вязкости mр при tср.р. и Хкон (Приложение 2, п.1, п.2)
rр=1018 кг/м3
mр=4.606 10-4 Па с
м/с
м2
Рассчитаем скорость течения в воды межтрубном wмежтр и площадь сечения Sмежтр межтрубного пространства, необходимые для обеспечения турбулентного режима.
(42)
Плотность воды rв и коэффициент динамической вязкости mв при tвод.ср. (Приложение 2, п.1,п.2)
rв=996.467 кг/м3
mв=9.082 10-4 Па с
Эквивалентный диаметр при поперечном обтекании равен наружному диаметру трубы d.
м/с
(43)
м2
3.3.4. Выбор холодильника упаренного раствора.
Для обеспечения турбулентного режима номинальные площади проходных сечений трубного и межтрубного пространств должны быть меньше рассчитанных. Исходя из площади теплообмена и величин полученных проходных сечений мы должны выбрать теплообменник с наиболее подходящими параметрами, проанализировав данные расчёта делаем вывод, что для обеспечения требуемых параметров, необходимо использовать два, последовательно соединённых одноходовых аппарата. По каталогу / 3, табл. 2.3 /
Таблица 3. Параметры кожухотрубчатого теплообменника
| D, мм | d, мм | Число ходов | n, шт. | Np | F, м2 | Sтр.,м2 | Sмежтр.,м2 |
| L=3 м | |||||||
| 159 | 20 | 1 | 19 | 5 | 3.5 | 0.004 | 0.005 |
3.4. Расчёт барометрического конденсатора
3.4.1 Расход охлаждающей воды.
Расход охлаждающей воды Gв определим из теплового баланса конденсатора:
(44)
где iб.к. - интальпия паров в барометрическом конденсаторе, Дж/кг;
tн – начальная температура охлаждающей воды, °С;
tк – конечная температура смеси охлаждающей воды и конденсата, °С;
Разность температур между паром и жидкостью на выходе из конденсатора должна быть 3-5 градусов. Поэтому температуру воды tк на выходе из конденсатора примем на 4 градуса ниже температуры конденсации паров t0:
tk=t0–4
tk = 88.3 – 4 =84,3 °С
Энтальпия паров в барометрическом конденсаторе iб.к, при температуре t0 / 2, табл LVI /:
iб.к,=2658.94 103 Дж/кг;
Среднюю температуру воды найдём по формуле (38):
tср.в.=(84.3+13)/2=48.65 °С
Удельная теплоёмкость воды св при температуре tср.в. (Приложение 2, п.3):
св=4186 Дж.(кг К)
кг/с
3.4.2. Диаметр барометрического конденсатора
Диаметр барометрического конденсатора определим из уравнения расхода:
(45)
где r - плотность паров, кг/м3;
u - скорость паров, м/с.
При остаточном давлении в конденсаторе порядка 104 Па скорость паров u=15-25 м/с
Возьмём:
u=21 м/с
Плотность паров r при температуре t0 / 2, табл. LVI /
r=0.317 кг/м3
м
3.4.3. Выбор барометрического конденсатора.
Выбираем конденсатор с диаметром, равным расчётному, или ближайшему большему / 3, приложение 4.6 /.
Барометрический конденсатор: внутренний диаметр dб.к.=800 мм
Условный проход штуцера для барометрической трубы dб.т=200 мм
3.4.3. Высота барометрической трубы
Скорость воды в барометрической трубе равна:
(46)
Плотность воды rв при температуре tк (Приложение 2, п.1):
rв=969.545 кг/м3
Высота барометрической трубы / 3, формула 4.24 /:
(47)
где В – вакуум в барометрическом конденсаторе, Па;
Sx - сумма коэффициентов местных сопротивлений;
l тр - коэффициент трения в барометрической трубе;
0,5 – запас высоты на возможное изменение барометрического давления, м.
Вакуум в барометрическом конденсаторе В, Па;
В=Ратм - Р0 (48)
В=(1 - 0.674) 9.81 104 = 3.198 104 Па
Сумма коэффициентов местных сопротивлений Sx:
(49)
где xвх, xвых - коэффициенты местных сопротивлений на входе в трубу и на выходе из нее.
Коэффициент трения lтр зависит от режима течения жидкости, определим режим течения воды в барометрической трубе:
(50)
Коэффициент динамической вязкости воды mв при tk (Приложение 2, п.2)
mв=3.384 10-4 Па с
При таком значении Re, коэффициент трения lтр равен / 2, рис 1.5 /.
l=0,0132
По формуле (47):
Откуда находим высоту барометрической трубы:
3.5. Расчет производительности вакуум-насоса.
Производительность вакуум-насоса Gвозд, кг/с определяется количеством газа (воздуха), который необходимо удалять из барометрического конденсатора:
Gвозд = 2.5 10-5(W+ Gв) + 0,01W (51)
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.
Gвозд = 2.5 10-5 (3.336+ 25.776) + 0.01 3.336=0.034 кг/с
Объемная производительность вакуум-насоса равна:
(52)
где R – универсальная газовая постоянная, Дж/кмоль×К;
Мвозд - молекулярная масса воздуха, кг/моль;
Твозд – температура воздуха, К;
Рвозд – парциальное давление сухого насыщенного пара (Па) в барометрическом конденсаторе при tвозд.
Температуру воздуха рассчитывают по формуле / 3, с. 179 /:
tвозд = tн + 4 +0,1(tк – tн) (53)
tвозд= 13 + 4 + 0,1(84.3 – 13) = 24.13 °С
Давление воздуха Рвозд. равно:
Рвозд=Р0 - Рп (54)
где Рп – давление сухого насыщенного пара при температуре tвозд / 2, табл LVI /
Рп=0.03082 ат
Рвозд=(0.674-0.03082) 9.81 104=6.31 104 Па
Объемная производительность вакуум-насоса равна:
м3/с = 2.75 м3/мин
Зная объемную производительность Vвозд и остаточное давление Р0 по таблице / 3, приложение 4.7 / выбираем вакуум-насос:
Таблица 4. Характеристика вакуум-насоса типа ВВН
.
| Типоразмер | Остаточное давление, Мм.рт.ст | Производи-тельность, м3/мин | Мощность на валу, КВт |
| ВВН-3 | 75 | 3 | 6.5 |
