Выпарной аппарат

:justify;text-indent:35pt;line-height:18pt">  Вт/м²

Как видим, q^’ ≠ q^”. Для второго приближения примем Δt₁ = 2,5 град.

 Вт/(м²∙К)

Тогда получим:

 град

 град

 Вт/(м²∙К)

 Вт/м²

 Вт/м²

Как видим, q^’ ≈ q^”. Так как расхождение между тепловыми нагрузками не превышает 3%, на этом расчёт коэффициентов α₁ и α₂ заканчиваем и находим К₃:

 Вт/(м²∙К)

Распределение полезной разности температур:

 град

 град

Проверка суммарной полезной разности температур:

 

 град

 

Сравнение полезных разностей  температур, полученных в четвертом  и третьем приближениях, представлено в таблице 16:

 

Таблица 16 Сравнение полезных разностей температур

 

Различия между полезными  разностями температур по корпусам в  первом и втором приближениях не превышают 5 %. Определяем поверхность теплопередачи  выпарных аппаратов [1]:

 м²

 м²

 м²

По ГОСТ 11987 – 81 выбираем выпарной аппарат со следующими характеристиками:

 

 

2. Определение  толщины тепловой изоляции

 

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

 

(22)

 

где α_в – коэффициент теплоотдачи от внешней поверхности изоляционного материала в окружающую среду, Вт/(м²∙К) [6]:

t_ст2 – температура изоляции со стороны окружающей среды (воздуха); для аппаратов, работающих в закрытом помещении, выбирается в интервале 35 – 45 °С; t_ст1 – температура изоляции со стороны аппарата; ввиду незначительного термического сопротивления стенки аппарата по сравнению с термическим сопротивлением слоя изоляции t_ст1 принимают равной температуре греющего пара t_г1;

t_в – температура окружающей среды (воздуха), °С;

λ_и – коэффициент теплопроводности изоляционного материала, Вт/(м∙К). Выберем в качестве материала для тепловой изоляции совелит (85 % магнезии + 15 % асбеста), имеющий коэффициент теплопроводности λ_и = 0,09 Вт/(м∙К).

 Вт/(м²∙К)

Рассчитаем толщину тепловой изоляции для первого корпуса:

 

 м

 

Принимаем толщину тепловой изоляции 0,04 м и для других корпусов.

 

3. Расчёт барометрического  конденсатора

 

Для создания вакуума в  выпарных установках обычно применяют  конденсаторы смешения с барометрической  трубой. В качестве охлаждающего агента используют воду, которая подаётся в конденсатор чаще всего при  температуре окружающей среды (около 20 °С). Смесь охлаждающей воды и  конденсата выливается из конденсатора по барометрической трубе. Для поддержания  постоянства вакуума в системе  из конденсатора с помощью вакуум-насоса скачивают неконденсирующиеся газы.

Необходимо рассчитать расход охлаждающей воды, основные размеры (диаметр и высоту) барометрического конденсатора и барометрической  трубы, производительность вакуум насоса.

 

3.1 Определение  расхода охлаждающей воды

 

Расход охлаждающей воды G_в определяют из теплового баланса конденсатора:

 

(23)

 

где I_бк – энтальпия паров в барометрическом конденсаторе, Дж/кг; t_н – начальная температура охлаждающей воды, °С; t_к – конечная температура смеси воды и конденсата, °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 принимают на 3 – 5 град ниже температуры конденсации паров:

 

 °С

 

Тогда

 кг/с

 

3.2 Расчёт диаметра  барометрического конденсатора

 

Диаметр барометрического конденсатора d_бк определяют из уравнения расхода:

 

(24)

 

где ρ – плотность паров, кг/м³; v – скорость паров, м/с.

При остаточном давлении в  конденсаторе порядка 10⁴ Па скорость паров v принимают 15 – 25 м/с:

 м

По нормалям НИИХИММАШа подбираем  конденсатор диаметром, равным расчётному или ближайшему большему. Определяем его основные размеры. Выбираем барометрический  конденсатор диаметром d_бк = 600 мм.

 

3.3 Расчёт высоты  барометрической трубы

 

В соответствии с нормалями  ОСТ 26716 – 73, внутренний диаметр барометрической  трубы d_бт равен 150 мм.

Скорость воды в барометрической  трубе v_в равна:

 

 

 м/с

 

Высоту барометрической  трубы определяют по уравнению:

 

(25)

 

где В – вакуум в барометрическом  конденсаторе, Па; Σξ – сумма коэффициентов  местных сопротивлений; λ – коэффициент  трения в барометрической трубе; Н_бт, d_бт – высота и диаметр барометрической трубы, м; 0,5 – запас высоты на возможное изменение барометрического давления, м.

 

В = Р_атм – Р_бк = 9,8 ∙ 10⁴ – 3 ∙ 10⁴ = 6,8 ∙ 10⁴ Па

Σξ = ξ_вх + ξ_вых = 0,5 + 1,0 = 1,5

 

где ξ_вх и ξ_вых – 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:

 

 

Для гладких труб при Re = 855000 коэффициент трения λ равен:

Отсюда находим Н_бт = 7,68 м. [1]

В таблице 17 представлены основные размеры барометрического конденсатора.

 

Таблица 17 Основные размеры барометрического конденсатора