Расчет барометрического конденсатора.

Для создания вакуума в выпарных установкax обычно применяют конденсаторы cмeшения с барометрической трубой. В качестве охлаждающего агента используют воду, которая подается в конденсатор чаще всего при температуре окружающей среды (около 20 ⁰С). 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.

Расход охлаждающей воды.

Расход охлаждающей воды G_в определяют из теплового баланса конденсатора:

G_в =

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

t _н - начальная температура охлаждающей воды, ⁰С; t _к - конечная температура смеси воды и конденсата, С.

t _к = t _б.к. – 3.0 = 80,1 – 3.0 = 77.1 ⁰С,

G_в = кг/с

5.2. Диаметр конденсатора.

Диаметр барометрического конденсатора определяют из уравнения расхода:

d_бк=

где ρ- плотность паров, кг/м³ ; υ- скорость паров, м/с .

При остаточном давлении в конденсаторе порядка 10⁴ Па скорость паров υ = 15-25 м/с. Тогда

d_бк= =1,153 м

По нормалям НИИХИММАШа подбираем конденсатор диаметром, равным расчетному или ближайшему большему. Определяем его основные размеры. Выбираем барометрический конденсатор диаметром d_бк = 1200 мм.

5.3. Высота барометрической трубы.

В соответствии с нормалями, внутренний диаметр барометрической трубы d_бт = 300 мм. Скорость воды в барометрической трубе:

υ = = = 0.197м/с.

Высота барометрической трубы:

Н_бт ,

где В – вакуум в барометрическом конденсаторе, Па;

∑ξ – сумма коэффициентов местных сопротивлений;

λ – коэффициент трения в барометрической трубе;

0.5 – запас высоты на возможное изменение барометрического давления, м.

В = Р_атм – Р_бк = 9.8·10⁴ – 4,793·10⁴ = 46,97·10⁴ Па,

∑ξ = ξ_вх + ξ_вых = 0.5 + 1.0 = 1.5,

где ξ_вх ,ξ_вых – коэффициенты местных сопротивлений на входе и выходе из нее.

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

Re = = = 116666.

Для гладких труб при Re = 111111 коэффициент трения:

λ = 0.316/ Re^0.25 = 0.316/116666^0.25 = 0.017,

Н_бт =48,4 м

6. Расчет производительности вакуум- насоса.

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

G_возд = 2.5 · 10^-5 (w₂ + G_в) + 0.01w_{1 ,}

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:

G_возд = 2.5 · 10^-5 (1,73 + 12,21) + 0.01 · 1,57 = 5,47·10^-3 кг/с.

Объёмная производительность вакуум-насоса равна:

V_возд =

Где R- универсальная газовая постоянная, Дж/(кмоль К); М_возд – молекулярная масса воздуха, кг/кмоль; t_возд – температура воздуха, ºС; 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) = 10 + 4 + 0.1(77,1 – 10) = 20,11 ºС.

Давление воздуха равно:

Р_возд = Р_бк – Р_п ,

Где Р_п – давление сухого насыщенного пара (Па) при t_возд = 20,11 ºС. Подставив, получим:

Р_возд = 1,82 · 10⁴ – 0,023 · 10⁴ = 1,79· 10⁴ Па.

Тогда

V_возд =

V_возд = 8310 (273 +20,11)5,47 · 10^-3 / (29 · 1,79· 10⁴) = 0.026 м³/с = 4,3 м³/мин.

Зная объёмную производительность V_возд и остаточное давление Р_бк, вакуум-насос типа ВВН-3 мощностью на валу N = 12,5 кВт.