Барометрический конденсатор

Барометрический конденсатор смешения. Один схематический чертеж без штампа.
Расчёт.
Исходные данные:
- производительность по выпариваемому фугату 311,000 т/с=12960 = 3,6 кг/с;
- количество выпариваемой влаги в установке 257,200 т/с= 10720= 2,98 кг/с;
- обогрев осуществляется насыщенным водяным паром давлением Р1=0,5 МПа;
- давление в барометрическом конденсаторе Рбк=0,02 МПа;
- концентрация сухих веществ фугата – 6,06 %.
Поверхности теплообменного оборудования каждого корпуса принимаются равными. Распределении концентрации раствора по корпусам установки зависит от соотношения нагрузок по выпариваемой воде в каждом аппарате. В первом приближении на основании практических данных принимают, что производительность по выпариваемой воде распределяется между корпусами в соответствии с соотношением:
W1/ W2=1,0 : 1,1 тогда
W1= 1,0* W/(1,0+1,1)=1,0*2,98/2,1= 1,419 кг/с
W2=1,1* W/2,1 =1,556 кг/с где
W – количество выпариваемой влаги в установке, кг/с
W1 – количество выпариваемой влаги в первом корпусе , кг/с
W2 – количество выпариваемой влаги во втором корпусе , кг/с. Концентрации растворов в корпусах:
Х1 = G*Хn/(G-W1)=3,60*0,0606/(3,60-1,419)=10,0 % Х2 = G*Хn/(G-W1- W2)=3,60*0,0606/(3,60-1,419-1,556)=35 % где
Хn – концентрация сухих веществ фугата.
В выпарных установках обычно применяют два типа конденсаторов: смешения или поверхностные. В данном случае применяется конденсатор смешения. В качестве охлаждающего агента используем воду, которая подается в конденсатор с температурой 15ºС. Смесь охлаждающей воды и конденсата выливается из конденсатора по барометрической трубе. Для поддержания постоянства вакуума в системе из конденсатора с помощью вакуум-насоса откачиваются неконденсирующиеся газы.
Расход охлаждающей воды:
Gв= W2*(Iбк-св*tк)/ св(tк- tн), где,
Iбк – энтальпия паров в барометрическом конденсаторе 2608300 Дж/кг;
св – теплоёмкость воды 4,19*103 Дж/(кг*0С);
tн – начальная температура охлаждающей воды 150С;
tк – конечная температура смеси воды и конденсата 0С.
Разность температур между паром и жидкостью на выходе из конденсатора должна быть 3-5 град. Поэтому конечную температуру воды tк на выходе из конденсатора примем на 5 град ниже температуры конденсации паров: tк= tбк-5=60-5=550С.
Тогда Gв=1,57*(2608300-4,19*103*55)/4,19*103*(55-15)=22,08кг/с=79,488м3/ч=1907,7 м3/сут.
Общий объём жидкости выходящей из конденсатора:
Gв+кп= Gв+ W2=22,08+1,556=23,636 кг/с=85089 кг/ч=2042,15 м3/сут
Расчет конденсатора
Диаметр барометрического конденсатора Dбк определяем из уравнения расхода:
Dбк=√ 4* W2/(ρ*π*υ) = √4*1,556/(0,1301*3,14159*15)= 1,01 м., где
ρ – плотность паров при температуре конденсации, кг/м3
υ – скорость паров, м/с
При остаточном давлении в конденсаторе порядка 104 Па скорость паров υ =15-25 м/с
По нормалям НИИХИММАШа подбираем конденсатор диаметром, равным расчетному или ближайшему большему. Определяем его основные размеры. Выбираем барометрический конденсатор диаметром Dбк= 1000 мм. - толщина стенки аппарата 6 мм - расстояние от верхней полки до крышки аппарата 1300 мм. - расстояние от нижней полки до днища аппарата 1200 мм. - ширина полки 650 мм. - высота установки 5350 мм. - расстояние между полками от 1-й до 2-й 250 мм. от 2-й до 3-й 320 мм. от 3-й до 4-й 400 мм. от 4-й до 5-й 475 мм. от 5-й до 6-й 550 мм. - расстояние от нижнего штуцера до оси патрубка ввода пара 900 мм. - высота конусов 250 мм. - высота штуцера парогазовой смеси 100 мм. - высота штуцера выход барометрической воды 150 мм. - условные проходы штуцеров:
вход пара 400 мм.
вход воды 150 мм.
выход парогазовой смеси 100 мм
выход барометрической воды 250 мм.
Расчет барометрической трубы. Диаметр барометрической трубы
Dтр=√(4/π)*(( W2+ Gв)/ (ρв*ώв)) = √ (4/3,14)*((1,556+22,08)/(1000*0,5))=0,245 м. где
ρв – плотность воды, кг/м3
ώв - скорость воды в барометрической трубе 0,3-0,5, м/с., принимаем 0,5 м/с
Высота барометрической трубы:
Нбт=В/ ρв*g+(1+∑ ξ + λ* Нбт/ Dтр)*ώв2/2 g+0,5 где
В – вакуум в барометрическом конденсаторе, Па;
∑ ξ – сумма коэффициентов местных сопротивлений;
λ – коэффициент трения в трубе;
0,5 – запас высоты на возможное изменение барометрического давления, м.
В = Рат - Рбк= 9,8*104 – 2*104=7,8*104 Па;
∑ ξ = ξвх + ξвых = 0,5+1,0 = 1,5,
где ξвх, 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:
Re= ώв* Dтр*ρв/μв=0,5*0,245*1000/0,54*10-3=226852,
где μв- вязкость воды, Па*с.
Для гладких труб при Re=226852, коэффициент трения по формуле Блазиуса равен:
λ = 0,3164/ Re0,25= 0,3164/2268520,25= 0,014,
Нбт= 7,8*104/1000*9,8+(1+1,5+0,014* Нбт/0,245)*0,52/2*9,8+0,5 Нбт= 7,959+(2,5+0,057Нбт)*0,513 Нбт=7,959 + 1,282 + 0,029 Нбт Нбт=9,241/0,971=9,517 м.
Расчет производительности вакуум-насоса
Производительность вакуум-насоса Gвозд определяется количеством воздуха, который необходимо удалять из барометрического конденсатора
Gвозд = 2,5*10-5*(W2+ Gв)+0,01 *W2 = 2,5*10-5*(1,556+22,08)+0,01*1,556 = 16,2*10-3кг/с
Объемная производительность вакуум-насоса равна
Vвозд=R*(273+tвозд)* Gвозд/(Мвозд*Рвозд),
где R – универсальная газовая постоянная, Дж/(кмоль*К);
Мвозд – молекулярная масса воздуха, кг/кмоль;
Рвозд – парциальное давление сухого воздуха в БК, Па;
tвозд – температура воздуха, 0С.
Температуру воздуха рассчитываем по уравнению:
tвозд= tн+4+0,1*( tк - tн)=15+4+0,1*(55-15)=23
0С Рвозд= Рбк-Рп = 2,0*104-0,289*104=1,71*104 Па где
Рп- давление сухого насыщенного пара (Па) при tвозд=23 0С.
Vвозд= 8310*(273+23)*16,2*10-3/29*1,71*104=0,08 м3/с= 4,9 м3/мин.
Зная объемную производительность по каталогу подбираем вакуум-насос ВВН 1-6, производительностью 6 м3/мин и мощностью на валу 12,5 кВт.