Конструктивний розрахунок.

Мета конструктивного розрахунку випарного апарату – визначення кількості труб гріючої камери, вибір схеми розміщення труб в трубній решітці, визначення діаметра корпусу, розмірів парового простору та загальної висоти апарату.

3.4.1. Число труб гріючої камери:

n=F/(πdL) (3.58)

Довжину L і діаметр d труб вибирають за стандартами (згідно ГОСТ 11987-81), причому для в’язких розчинів і розчинів здатних до кристалізації приймають більші діаметри. Для розрахунку приймають діаметр труби з тієї сторони (зовнішній чи внутрішній), де термічний опір більший (r = 1/α_i).

3.4.2. Внутрішній діаметр обичайки гріючої камери D_к при розміщенні труб по вершинах рівносторонніх трикутників (найбільш компактний варіант) визначається наступним чином:

а) для апаратів з центральною циркуляційною трубою і підвісною гріючою камерою

(3.59)

d_t – діаметр центральної циркуляційної труби, (див. пункт 3.4.3) або труби для подачі пари; t – крок між трубами, м; ψ=0.7-0.9 – коефіцієнт використання трубної решітки;

б) для апаратів з виносною гріючою камерою, або винесеною циркуляційною трубою

(3.60)

Знайдене значення D_к не повинно бути менше відповідної величини по ГОСТ 11987-81 (див. додаток 3,2)

3.4.3. Діаметр циркуляційної труби:

а) для апаратів де розчини киплять в трубах гріючої камери

(3.61)

,

де d_вн - внутрішній діаметр кип’ятильних труб, м

б) для апаратів з винесеною зоною кипіння або для апаратів з вимушеною циркуляцією

(3.62)

Площа січення внутрішньої циркуляційної труби складає 25-35% сумарної площі січення всіх трубок (при винесеній зоні кипіння площа січення циркуляційної труби, як правило, значно більша). При розрахунку бажано значно не перевищувати значення D_ц щоб не збільшувати діаметр гріючої камери.

3.4.4. Об’єм парового простору (сепаратора) випарного апарата:

(3.63)

де W^/ - допустиме напруження парового простору, кг/(м³·год).

W – продуктивність установки по випарюваній воді, кг/год.

Допустиме напруження парового простору залежить від тиску в апараті і способу введення парорідинної суміші. При введенні парорідинної суміші в паровий простір нижче рівня розчину (наприклад, у випарному апараті з рівнем розчину вище кип’ятильних труб) допустиме напруження менше, чим у випадку введення суміші над рівнем розчину.

Значення W^/ приблизно визначають за формулою

(3.64)

тут W_атм – допустиме напруження парового простору при р = 0.1 МПа, для чистої води W_атм=2600, кг/(м³·год), для розчинів солей – W_атм=1000, кг/(м³·год), для концентрованих розчинів здатних до піноутворення W_атм зменшують приблизно в два рази.

Значення f₁ в залежності від тиску наведені в табл. 3.2.

табл. 3.2.

Абсолютний тиск, Мпа	0,04	0,06	0,08	0,1	0,15	0,2	0,25	0,3	0,4
f1	0,85	0,87	0,92		1,35	1,7	2,05	2,4	3,1

Значення f₂ в залежності від рівня Н розчину над точкою введення паро рідинної суміші в паровий простір наведені в табл. 3.3.

табл. 3.3.

Н		0,05	0,1	0,15	0,2	0,3	0,4	0,5
f2		0,83	0,69	0,59	0,51	0,4	0,32	0,27

Об’єм парового простору випарного апарату повинен забезпечувати достатньо повне відділення від вторинної пари крапель випареного розчинну для запобігання втрат розчину і забруднення конденсату наступного корпусу (в багатокорпусних установках) або забруднення води в барометричному конденсаторі.

Із збільшенням швидкості руху пари збільшується кількість винесення рідини. Коли швидкість руху пари більше швидкості витання краплі, остання піднімається і виноситься парою при любій висоті парового простору.

Швидкість витання краплі:

(3.65)

де d_к – діаметр каплі, м; ρ_р і ρ_п – густина відповідно рідини і пари, кг/м³; ξ – коефіцієнт опору.

При 0.2<Re= w_пd_к ρ_п/μ_п<500 коефіцієнт ξ=18,5/ Re^0,6, при 500< Re<15·10⁴ коефіцієнт ξ= 0,44.

Швидкість пари в паровому просторі:

(3.66)

D_c – діаметр сепаратора, м (може бути прийнятий рівний діаметру гріючої камери або більшій величині, але в межах діаметра сепаратора по ГОСТ 11987-81, (див. додаток 3.2)

Швидкість пари в паровому просторі (по січенню сепаратора) не повинна перевищувати 2 м/с при атмосферному тиску і 7 м/с при р=0,01 МПа (рис.3.1).

Рис.3.1. Залежність допустимої швидкості пари w_п (в м/с)в сепараторі від абсолютного тиску.

Висоту парового простору визначають за формулою

(3.67.а)

Знайдене значення Н не повинно перевищувати висоту парового простору по ГОСТ 11987-81.

Висоту парового простору в апаратах з співвісною гріючою камерою можна визначити, використовуючи номограму ЦКТИ (рис.3.2), з допомогою якої, знаючи абсолютний тиск вторинної пари р_в.п., швидкість виходу пари з кип’ятильних труб w_тр і діаметр сепаратора D_с, можна визначити допустиме навантаження на одиницю довжини парового простору q, (в т/(м·год)).

Рис.3.2. Номограма для визначення висоти парового простору.

Відповідно висота парового простору дорівнює:

(3.67.б)

Швидкість виходу пари з кип’ятильних труб:

(3.68)

де f=πd²_внn/4 – сумарна площа січення кип’ятильних труб, м².

Розчини схильні до піноутворення, мають високу в’язкість і низьке значення поверхневого натягу, тобто вони утворюють тонкі і стійкі плівки навколо бульбашок водяної пари. В такому випадку величина допустимого навантаження q повинна бути зменшена в 1.5-3 рази.

5. Товщина трубної решітки залежить від тиску робочого середовища, діаметра корпуса і труб. Мінімальна товщина сталевої решітки дорівнює:

(3.69)

де d_зовн – зовнішній діаметр трубки, мм.

Дата добавления: 2017-02-01