Расход охлаждающей воды определяют из теплового баланса конденсатора:
где –расход вторичного пара, кг/с;
–энтальпия паров в барометрическом конденсаторе, Дж/кг;
–теплоемкость воды,
–конечная температура смеси воды и конденсата, ;
–начальная температура охлаждающей воды, , по заданию
По [2] находим при :
Разность температур между паром и жидкостью на выходе из конденсатора должна быть , поэтому принимаем .Теплоемкость воды принимаем равной
Диаметр барометрического конденсатора определяем из уравнения расхода:
где –плотность паров, кг/м3;
–скорость паров, м/с. Принимаем
Плотность паров определяем по паровой таблице из [2]:
Рассчитаем диаметр барометрического конденсатора по формуле (60):
Выбираем конденсатор с диаметром, равным расчётному, или ближайшему большему по [1]:
Барометрический конденсатор:
внутренний диаметр
условный проход штуцера для барометрической трубы
Найдем скорость воды в барометрической трубе:
где – плотность воды, кг/м3,
Высоту трубы определяем по формуле:
где –вакуум в барометрическом конденсаторе, Па,
–сумма коэффициентов местных сопротивлений;
–коэффициент трения в барометрическом конденсаторе;
–запас высоты на возможное изменение барометрического давления, м.
Сумма коэффициентов местных сопротивлений
где –коэффициенты местных сопротивлений на входе в трубу и на выходе из нее.
Найдем критерий Рейнольдса (формула (44)). Для этого определим динамический коэффициент вязкости воды при конечной температуре смеси воды и конденсата по формуле (30):
|
По [1] находим, что при таком коэффициент трения равняется .
Подставляя найденные значения в формулу () получаем:
Откуда
Расчет производительности вакуум-насоса
Производительность вакуум-насоса определяется количеством газа (воздуха), который необходимо удалять из барометрического конденсатора:
где –количество газа, выделяющегося из 1 кг воды;
01 – количество газа, подсасываемого в конденсатор через неплотности, на 1 кг паров.
Объемная производительность вакуум-насоса равна:
где –универсальная газовая постоянная ;
–молекулярная масса воздуха M = 29 кг/кмоль;
–температура воздуха, ;
–парциальное давление сухого воздуха в барометрическом конденсаторе, Па.
Температуру воздуха рассчитывают по уравнению:
Давление воздуха равно:
где –давление сухого насыщенного пара при
–давление в барометрическом конденсаторе, нашли в 3.2–
Методом интерполяции по формуле (6) найдем давление сухого насыщенного пара
Рассчитаем давление воздуха по формуле (67)
Объемная производительность вакуум-насоса по формуле (65)равна:
Зная объемную производительность и остаточное давление по [1] выбираем вакуум-насос типа ВВН-6 мощностью на валу 12.5 кВт.
Выводы по проекту
Для осуществления процесса выпаривания раствора MgSO4 выбраны следующие аппараты:
1. Выпарной аппарат с естественной циркуляцией и вынесенной греющей камерой (тип 1, исполнение 2) с площадью теплообмена 560 м2
|
2. Для охлаждения концентрированного раствора используется цепь из 3 теплообменных аппаратов типа «труба в трубе», каждый с площадью теплообмена 0,20 м2
3. Для подогрева исходного раствора используется комплекс из теплообменных аппаратов типа «труба в трубе», каждый с площадью теплообмена 4,05 м2
4. Для создания вакуума в сепараторе выпарного аппарата используются барометрический конденсатор диаметром 1000 мм и длинной трубы м и водокольцевой вакуум-насос ВВН-6 мощностью 12.5 кВт и производительностью 5.01 м3/мин.
На основе выбранных аппаратов представлена технологическая схема процесса выпаривания.