Двухкорпусная вакуум-выпарная установка производительностью 4,2 кг/с

;

. 

      Давление  пара в барометрическом конденсаторе  

 

что соответствует  заданному значению Р_бк. 
 
 
 
 
 

      По  давлениям паров находим их температуры  и энтальпии: 

 

      Поскольку для определения t_кип мы используем t_вт.п над раствором, гидродинамическую депрессию считать не нужно.

      Гидростатическая  депрессия обусловлена разность давлений в среднем слое кипящего раствора и на его поверхности. Давление в среднем слое кипящего раствора Р_ср каждого корпуса определяется по уравнению 

       

, 

где Н - высота кипятильных труб в аппарате, 4 м; - плотность кипящего раствора, кг/м³; - паронаполнение (объемная доля пара в кипящем растворе), 0,5 м³/м³.

       Плотность растворов по корпусам можно рассчитать по следующей зависимости: 

       

,

       где x – средняя концентрация продукта в корпусе. 

;

;

 кг/м³;

 кг/м³. 

       Давление  в среднем слое кипятильных труб корпусов (в Па) равны: 

;

  . 

       Этим  давлениям соответствуют следующие  температуры кипения и теплоты испарения растворителя  

 

        ;  ;

        ;  . 

       Определим гидростатическую депрессию по корпусам (в ^оС) 

;

. 

       Сумма гидростатических депрессий 

. 

       Определим температурные депрессии по корпусам 

      

.

;

. 

Сумма температурных  депрессий 

. 
 

       Температуры кипения растворов в корпусах 

.

;

. 

       Полезная  разность температур 

;

. 

   4.4. Определение тепловых нагрузок. 

       Расход  греющего пара в 1-й корпус D, производительность каждого корпуса по выпаренной воде W, тепловые нагрузки по корпусам Q и удельный расход греющего пара d определяются по следующим уравнениям: 

кДж/с;

кг/с;

кг/кг;

Дж/с = 4065,0 кДж/с.

 

5. . Расчёт коэффициентов теплопередачи

 

       Коэффициенты  теплопередачи в корпусах выпарной установки можно рассчитать по следующей эмпирической зависимости 

      

,

     где х - средняя концентрация раствора в корпусах, %. 
 

       ;

       . 

       Рассчитываем  поверхность теплопередачи выпарных аппаратов по формуле  

      

       ;

       . 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

   5. Расчет вспомогательного оборудования.

   5.1. Расчет барометрического конденсатора 

      Для создания вакуума в выпарных установках обычно применяют конденсаторы смешения с барометрической трубой. В качестве охлаждающего агента используют воду, которая подается 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 откачивают неконденсирующиеся газы.

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

   5.1.1. Расход охлаждающей воды 

      Расход  охлаждающей воды Gв определяют из теплового баланса конденсатора: 

      

.

      t_к=58 - 3 = 55ºС;

      t₁= t_н = 10ºC;

       кг/с 

      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; (t_к = t_бк – 3).

      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 примем на 3 град ниже температуры конденсации паров. 

   5.1.2. Диаметр конденсатора

      Диаметр барометрического конденсатора d_бк определяют из уравнения расхода 

      

,

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

кг/м³ при t_бк=58ºС;

м/с

м/с.

      Принимаем согласно ГОСТу диаметр барометрического конденсатора

d_бк = 1000 мм. 

   5.1.3. Высота барометрической трубы. 

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

м/с 

      Высота  барометрической трубы 

,  

где B - вакуум в барометрическом конденсаторе, - сумма коэффициентов местных сопротивлений, - коэффициент трения в барометрической трубе;   0,5 - запас высоты на возможное изменение барометрического давления, м. 

где и  - коэффициенты местных сопротивлений на входе в трубу и на выходе из неё.

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

.

           ;

           .

       Для гладких труб

          

.

           ;

           м. 

   5.2. Расчет производительности вакуум-насоса. 

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

кг/с, 

где - количество газа, выделяющегося из 1 кг воды; 0,01 - количество газа, подсасываемого в конденсатор через неплотности, на 1 кг паров.

      Объемная  производительность вакуум-насоса равна

 

, 

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 

 
 
 
 

      Давление  воздуха равно 

           ,

где P_п – давление сухого насыщенного пара (Па) при t_возд. 

           . 

      Зная  объемную производительность V_возд и остаточное давление, подбираем вакуум – насос типа ВВН – 6 мощностью N = 12,5 кВт. Остаточное давление 38 мм рт. ст. 

   5.3. Расчет теплообменника. 

      Необходимую поверхность теплопередачи определяем из основного уравнения теплопередачи: 

.

x₁ = 1,05;

 Коэффициент теплопередачи принимаем  равным К=1000Вт/(м²·К),  

Дж. 

         – среднелогарифмическая  разница температур, рассчитывается по формуле:

       

.

;

;

;

м².

 

         6. Техническая характеристика установки 

По ГОСТ 11987-81 выбрали выпарной аппарат со следующими характеристиками: