Выпарной аппарат

 

 

4. Расчёт производительности  вакуум-насоса

 

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

 кг/с (26)

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.

 кг/с

Объёмная производительность вакуум-насоса равна:

 

(27)

 

где R – универсальная газовая постоянная, Дж/(кмоль∙К); M_возд – молекулярная масса воздуха, кг/кмоль; t_возд – температура воздуха, °С; Р_возд – парциальное давление сухого воздуха в барометрическом конденсаторе, Па.

Температуру воздуха рассчитывают по уравнению:

 

 °С

 

Давление воздуха равно:

 

Р_возд = Р_бк – Р_п

 

где Р_п – давление сухого насыщенного пара (Па) при t_возд = 26,96 °С.

Р_возд = 0,305 ∙ 9,8 ∙ 10⁴ – 0,04 ∙ 9,8 ∙ 10⁴ = 2,6 ∙ 10⁴ Па

Тогда:

 м³/с (1,955 м³/мин)

Зная объёмную производительность V_возд и остаточное давление Р_бк, по ГОСТ 1867 – 57 подбираем вакуум-насос типа ВВН-3 мощностью на валу N = 6,5 кВт. [1]

 

 

5. Расчёт диаметров  трубопроводов и подбор штуцеров

 

Штуцера подбираются по внутреннему  диаметру трубопровода. Внутренний диаметр  трубопровода круглого сечения рассчитывают по формуле:

 

(28)

 

где Q – расход воды, м³/с; w – скорость движения жидкости, м/с.

Для жидкости при движении самотёком значение скорости выбирается в интервале от 0,5 до 1 м/с, для того чтобы обеспечить близкий к оптимальному диаметр трубопровода. При перекачке  жидкости насосами скорость во всасывающих  трубопроводах: w = 0,8 – 2,0 м/с; в нагнетательных трубопроводах: w = 1,5 – 3,0 м/с. Для паров при давлении большем чем 0,1 МПа скорость равна: w = 15 – 25 м/с.

Рассчитываем диаметр  трубопровода для подачи раствора из ёмкости в теплообменник-подогреватель:

 

 м³/с

 

где ρ_н = 1071 кг/м³ – плотность раствора Na₂SO₄ при 20 °С.

 м

По ОСТ 26 – 1404 – 76 (С. 175 [10]) подбираем штуцер с условным проходом D_у = 50 мм, условным давлением Р_у = 0.6 МПа, толщиной стенки S_т = и длиной штуцера H_т: 155; 215.

Рассчитываем диаметр  трубопровода для подачи раствора из теплообменника-подогревателя в  первый корпус выпарной установки:

 м³/с

w = 0,5 м/с – при движении жидкости самотёком.

 м

По ОСТ 26 – 1404 – 76 подбираем  штуцер с условным проходом D_у = 100 мм, условным давлением Р_у = 0,6 МПа, толщиной стенки S_т = 5 и длиной штуцера H_т: 155; 215.

Рассчитываем диаметр  трубопровода для подачи греющего пара в теплообменник-подогреватель. Расход греющего пара D = 0,83 кг/с.

 

 м³/с

 

где ρ_п = 2,1 кг/м³ – плотность греющего пара при 143,5 °С.

 м

По ОСТ 26 – 1404 – 76 подбираем  штуцер с условным проходом D_у = 200 мм, условным давлением Р_у = 0,6 МПа, толщиной стенки S_т = 6 и длиной штуцера H_т: 160; 220.

Рассчитываем диаметр  трубопровода для выхода конденсата из теплообменника-подогревателя:

 

 м³/с

 

где ρ_в = 923 кг/м³ – плотность воды при 143,5 °С.

 м

По ОСТ 26 – 1404 – 76 подбираем  штуцер с условным проходом D_у = 50 мм, условным давлением Р_у = 0,6 МПа, толщиной стенки S_т = 3 и длиной штуцера H_т: 155; 215.

Рассчитываем диаметр  трубопровода для выхода конденсата из третьего корпуса выпарной установки:

 

 м³/с

 

где ρ_к = 1323 кг/м³ – плотность раствора Na₂SO₄ в третьем корпусе выпарной установки.

 м

По ОСТ 26 – 1404 – 76 подбираем  штуцер с условным проходом D_у = 40 мм, условным давлением Р_у = 0,6 МПа, толщиной стенки S_т = 3 и длиной штуцера H_т: 155; 215 [10].

 

 

6. Расчёт насоса  для подачи исходной смеси

 

В данной установке необходимо подобрать насос для подачи исходного  раствора из ёмкости в теплообменник-подогреватель. Необходимо определить необходимый  напор и мощность при заданном расходе жидкости. Далее по этим характеристикам выбираем насос  конкретной марки.

а) Выбор трубопровода.

Для всасывающего и нагнетательного  трубопровода примем одинаковую скорость течения воды, равную 2 м/с. Тогда  диаметр будет определяться по формуле (24):

 

 

где Q – расход Na₂SO₄, равный Q = G/ρ = 3,333/1071 = 0,31 ∙ 10^-2 м³/с.

 м

Выбираем стальную трубу  наружным диаметром 48 мм, толщиной стенки 3 мм. Внутренний диаметр трубы d = 42 мм. Фактическая скорость раствора в трубе:

 

 

Примем, что трубопровод  стальной, коррозия незначительна.

б) Определение потерь на трение и местные сопротивления.

Находим критерий Рейнольдса:

 

 

 

где ρ = 1071 – плотность  раствора Na₂SO₄ при 20 °С; μ = 0,89 ∙ 10^-3 Па – вязкость раствора Na₂SO₄ при 20 °С.

То есть режим турбулентный. Абсолютную шероховатость трубопровода принимаем Δ = 2 ∙ 10^-4 м. Тогда относительная шероховатость трубы определяется по формуле:

 

(29)

 

В турбулентном потоке различают 3 зоны, для которых коэффициент  теплопроводности λ рассчитывают по разным формулам. Получим:

; ;

2100 < Re < 117600 (Re = 113147)

Таким образом, в трубопроводе имеет место смешанное трение, и расчёт λ следует проводить  по формуле:

 

(30)

 

Подставив, получим:

 Вт/(мЧК)

Определим сумму коэффициентов  местных сопротивлений отдельно для всасывающей и нагнетательной линий.

Для всасывающей линии:

1) Вход в трубу (принимаем  с острыми краями): ξ₁ = 0,5.

2) Прямоточные вентили:  для d = 0,03 м ξ = 0,85, для d = 0,05 м ξ = 0,79.

Экстраполяцией находим  для d = 0,042 м ξ = 0,814. Так как Re < 3 ∙ 10⁵, следовательно ξ умножаем на коэффициент k = 0,927, получаем ξ₂ = 0,75.

3) Отводы: плавный отвод  круглого сечения определяют  по формуле: ξ = А ∙ В. Коэффициент  А зависит от угла φ, на  который изменяется направление  потока в отводе: φ = 90 °С, следовательно  А = 1. Коэффициент В зависит  от отношения радиуса поворота  трубы R_о к внутреннему диаметру d: Примем , так как радиус поворота равен шести диаметрам трубы, следовательно В = 0,09. ξ₃ = 1 ∙ 0,09 = 0,09.

Сумма коэффициентов местных  сопротивлений во всасывающей линии:

 

 

Потерянный напор во всасывающей  линии находим по формуле: