3.3 Блок создания и поддержания вакуума

3.3.1 Расчет барометрического конденсатора смешения

Рассчитать барометрический конденсатор смешения для конденсации W=0,55 кг/с вторичного пара из последнего корпуса θ₂ =58,08°С. Рассчитать вакуум-насос и выбрать по каталогу.

РЕШЕНИЕ:

Температура пара на входе в конденсатор определяется с учетом гидравлической депрессии (принимается ) в паропроводе (от последнего корпуса к конденсатору) по формуле:

Энтальпия конденсируемого пара (считая его сухим насыщенным) определяется по температуре θ=56,58℃: i=2601,86 . По этой же температуре определяется рабочее давление в конденсаторе: P_к=0,17·10⁵ Па [6, приложение 2].

Начальную температуру охлаждающей воды t_в' принимаем равной температуре воздуха в районе строительства установки в наиболее теплый месяц года. Для города Кемерово t_в'=25 ℃ [16].

Конечную температуру воды (с добавлением к ней образующегося конденсата) принимаем на 2 ÷ 3 °С меньше θ:

Она меньше максимально допустимой 56,58 °С

Температуру неконденсирующейся парогазовой смеси на выходе из конденсатора рассчитываем по эмпирической формуле:

Парциальное давление насыщенного водяного пара при этой температуре составляет Р_п =0,051·10⁵ Па [10].

Парциальное давление неконденсирующихся газов по закону Дальтона:

Расход охлаждающей воды в конденсаторе определяется по формуле:

c_в – теплоемкость воды (средняя в рабочем диапазоне температур от t_в' до t_в"); c_в = 4,17 при [10].

Диаметр барометрического конденсатора смешения определяется по расходу конденсируемого пара W=0,55 кг/с, [17, с. 634].

Выбран барометрический конденсатор:

– Внутренний диаметр –800 мм

– Штуцер для входа пара – 350 мм

– Штуцер для входа воды – 200 мм

– Штуцер для барометрической трубы – 200 мм

Скорость воды в барометрической трубе с учетом плотности воды ρ = 986 кг⁄м³ при t_в'' = 54,08 ℃ [10]:

Полученное значение скорости меньше 1 м/с и стандартный размер (d_ст=200 мм) можно оставить.

Высота барометрической трубы рассчитывается по формуле:

Здесь: Р_а принято равным 10⁵ Па; P_к=17323 Па, высота Н_б.т. в правой части равенства принята равной 10 м; ∑ξ = ξ_вх и ξ_вых – коэффициенты местных сопротивлений на входе в трубу (ξ_вх = 0,5) и на выходе из нее (𝜉_вых =1).

Коэффициент гидравлического сопротивления λ_г зависит от режима течения воды в барометрической трубе (3.10):

Динамическая вязкость воды при температуре t_в'' = 25 ℃ составляет μ= 0,52* 10⁻³ Па∙с [6, приложение 2].

Коэффициент гидравлического сопротивления λ_г рассчитан по формуле Никурадзе [1], т.к. Re = 2,78 · 10⁵ ϵ [10⁵ – 10⁶]:

Принимаем высоту барометрической трубы Н_б.т. = 9,1 м.

Барометрический ящик, заполненный водой и сообщающийся с атмосферой, является гидравлическим затвором для барометрической трубы. Объем воды в ящике должен быть достаточным для заполнения барометрической трубы при пуске установки. Следовательно, объем ящика должен быть больше, чем объем воды в трубе.

Примем V_ящ = 0,3 м³. Форма барометрического ящика произвольная.

3.3.2 Расчет и выбор вакуум-насоса

Вакуум-насос предназначен для удаления из конденсатора неконденсирующихся газов, массовый поток которых рассчитывают по формуле:

Объемная производительность вакуум-насоса:

где t_пг – температура парогазовой смеси на выходе из конденсатора; R_ун – универсальная газовая постоянная, R_ун =8310 ; М_r – молярная масса воздуха, М_r =29 .

Объемная производительность в м³/мин составляет:

Мощность, потребляемая вакуум-насосом, при политропическом (m=1,2) сжатии от Р_к до давления чуть больше атмосферного (коэффициент 1,03) и к.п.д. вакуум-насоса η_вн =0,7:

По производительности ν = 2,5 м³/мин, глубине создаваемого вакуума (остаточное давление в конденсаторе P_к = 0,17·10⁵ Па) и потребляемой мощности N = 8,3 кВт выбираем [7, с. 188] вакуум-насос типа ВВН-6, имеющий мощность на валу 12,5 кВт