Розрахунок допоміжного обладнання.

Основна мета даного розрахунку одно- чи багатокорпусної прямотечійної вакуум-випарної установки є розрахунок і підбір допоміжного обладнання – барометричного конденсатора, вакуум-насосу та насосу для подачі вихідного розчину.

3.3.1. Розрахунок барометричного конденсатора.

Підбір конденсатора проводять на основі розрахунків витрати охолоджуючої води та основних розмірів (діаметр і висота) барометричної труби.

3.3.1.1. Витрату охолоджуючої води визначають з рівняння теплового балансу конденсатора [3]:

(3.42)

де I_б.к. – ентальпія парів в барометричному конденсаторі, Дж/кг; t_п – початкова температура охолоджуючої води, °С; t_к – кінцева температура суміші води і конденсату, °С, с_в- теплоємність води, Дж/кг, w_і- витрата вторинної пари з останнього корпусу, кг/с.

Параметри вторинної пари (I_б.к, Дж/кг і t, °С) _. визначають при тиску р_б.к, який задано в завданні. Так як температура суміші охолоджуючої води і конденсату t_к на виході з конденсатора на 3-5°С нижча температури конденсації, то t_к= t_б.к. – (3-5°С). Початкову температуру охолоджуючої води t_п приймають 20 °С.

3.3.1.2.Діаметр барометричного конденсатора d_бк визначають з рівняння витрати:

(3.43)

де ρ – густина парів, кг/м³; υ – швидкість парів, м/с. Швидкість пари у конденсаторі приймають υ=15-25 м/с.

За нормалями НИИХИММАШа [4], або додатку 3,6, вибираємо конденсатор, який відповідає розрахованим параметрам.

3.3.1.3.В даному конденсаторі окрім його основних розмірів необхідно визначити висоту барометричної труби. Діаметр барометричної труби d_бт згідно додатку 3,6 відомий, швидкість води в барометричній трубі:

(3.44)

Висота барометричної труби:

(3.45)

де В – вакуум в барометричному конденсаторі, Па; Σξ - сума коефіцієнтів місцевих опорів на вході в трубу і на виході з неї; λ- коефіцієнт тертя в барометричній трубі, який залежить від режиму руху рідини; 0.5 – запас висоти труби на можливі зміни тиску.

В=Р_атм –Р_бк

Σξ=ξ_вх+ξ_вих= 0.5+1.0=1.5

Формули для визначення коефіцієнта тертя λ залежать від режиму руху і шорсткості труби:

- при ламінарному режимі λ=А/Re, (3.46)

де А – коефіцієнт, який залежить від форми січення трубопроводу [2], Re – критерій Рейнольдса;

- при турбулентному режимі розрізняють три зони

а) λ= 0.316/(Re)^0,4, при 2320 <Re <10/е;

б)λ=0.11(е+68/Re)^0,25при10/е<Re<560/е; (3.47)

в) λ= 0.11е^0,25 при Re>560/е;

де е=Δ/d_е- відносна шорсткість труби, Δ – абсолютна шорсткість труби, яка залежить від терміну експлуатації і матеріалу труби, d_е-еквівалентний діаметр труби. [2]

Підставивши відповідні значення в формулу (3.45), визначають висоту барометричної труби Н_бт.

3.3.2. Підбір вакуум-насосу проводять на основі продуктивності повітря (газу) G_газу, який необхідно видаляти з барометричного конденсатора:

G_газу = 2.5·10^-5 (W_i + G_в) + 0.01w_i, (3.48)

де 2.5·10^-5 – кількість газу, яка виділяється з 1 кг випареної води; 0.01 – кількість газу, що підсмоктується в конденсатор через нещільності, на 1 кг парів.

Об’ємна продуктивність вакуум-насосу:

V_газу= R(273+t_газу) G_газу/(М_газуР_газу), (3.49)

де R – універсальна газова стала, Дж/(кмоль·К); М_газу – молекулярна маса газу (повітря), кг/кмоль; t_газу – температура газу (повітря), °С; Р_газу – парціальний тиск сухого газу (повітря) в барометричному конденсаторі, Па.

Температуру газу (повітря) розраховують по рівнянню:

t_газу=t_п+4+0,1(t_к+t_п) (3.50)

де t_п – початкова температура охолоджуючої води, °С; t_к – кінцева температура суміші води і конденсату, °С, (див. п.3.3.1.1).

Тиск газу (повітря):

Р_газу=Р_бк-Р_п (3.51)

Знаючи об’ємну продуктивність V_газу і тиск в барометричному конденсаторі Р_бк, по каталогу вибирають тип вакуум-насосу з необхідними параметрами [2, 3].

3.3.3. Розрахунок і підбір насосу для подачі вихідного розчину у випарну установку проводять за наступною схемою.

3.3.3.1. Вибір трубопроводів. Приймають швидкість руху розчину w для засмоктуючої (0,8-2,0 м/с) і нагнітальної (1,5-3,0 м/с) лінії насосу і визначають діаметри трубопроводів за формулою

(3.52)

де Q – об’ємна витрата рідини, м³/с; w- швидкість рідини, м/с.

Згідно стандартів підбирають нормалізований діаметр трубопроводу та повторно розраховують дійсну швидкість руху розчину [2].

3.3.3.2. Визначення втрат напору на тертя і місцеві опори.

Розраховують критерій Рейнольдса для засмоктуючої і нагнітальної лінії, відповідно.

, (3.53)

де w- швидкість розчину в трубопроводі, м/с; d_тр – діаметр трубопроводу, м; ρ- густина рідини, м³/с; μ – динамічний коефіцієнт в’язкості, мПа·с.

За визначеним значенням числа Рейнольдса та шорсткістю стінок труби, визначають коефіцієнт тертя λ, аналогічно п. 3.3.1.3. [2].

Визначають суму коефіцієнтів місцевих опорів Σξ на засмоктуючій і нагнітальній лініях згідно технологічної схеми.

3.3.3.3. Втрати напору на засмоктуючій і нагнітальній лініях розраховують згідно рівняння:

(3.54)

Загальні втрати напору: Σh_втр = h_вс + h_нагн

3.3.3.4. Необхідний напір насосу визначають за формулою:

Н = (р₂ – р₁)/(ρg) + Н_г + Σh_втр (3.55)

де р₂ і р₁ – тиск в ємності з якої перекачується рідина і тиск в ємності в яку подається рідина, відповідно; Н_г – геометрична висота підйому рідини, м.

3.3.3.5. Визначають корисну потужність насосу N_к, Вт на перекачування рідини:

N_к=ρgНQ, (3.56)

Потужність на валу N_в, Вт:

N_в= N_к /η_нη_пер, (3.57)

де η_н і η_пер к.к.д. насосу і передачі електродвигуна, відповідно.

Якщо к.к.д. насосу невідомий, можна приймати наступні значення η_н:

- для відцентрових насосів малої і середньої подачі η_н = 0,4-0,7;

- для відцентрових насосів великої подачі η_н = 0,7-0,9;

- для осьових насосів η_н = 0,7-0,9;

- для поршневих насосів η_н = 0,65-0,85;

К.к.д. передачі електродвигуна приймають в межах η_пер=0.93-0.98.

3.3.3.5. За визначеними значеннями напору Н (м), потужності N_в(кВт) і заданої продуктивності Q (м³/с) по додатку 1.1. [2], або табл. 3.1 [3] вибирають насос необхідної марки та електродвигун.

Дата добавления: 2017-02-01