4.7 Уточненный расчет поверхности теплопередачи
Уточненная поверхность теплопередачи:
26026\* MERGEFORMAT (.)
По определенной необходимой поверхности теплопередачи выпираем выпарной аппарат по [1] приложение 4.2 выпарной аппарат с принудительной циркуляцией и вынесенной зоной кипения (тип 1 вид 2). Параметры аппарата: поверхность теплообмена – 125 м2, высота труб – 6000 мм, диаметр труб – 38×2 мм.
Для обеспечения циркуляции раствора принимаем по [1], с.189, осевой циркуляционный насос марки ОХГ-630: подача насоса 0,300 м3/с; мощность электродвигателя 30 кВт [8].
4.8 Определение толщины тепловой изоляции
Толщину тепловой изоляции δи находят из равенства удельных тепловых потоков через слой изоляции от поверхности изоляции в окружающую среду по [1] уравнение (4.21):
27027\* MERGEFORMAT (.)
где αв – коэффициент теплоотдачи от внешней поверхности изоляционного материала в окружающую среду, Вт/(м2∙К);
tст2 – температура изоляции со стороны окружающей среды (воздуха), °C;
tст1 – температура изоляции со стороны аппарата, °С;
λи – коэффициент теплопроводности изоляционного материала, Вт/(м∙К).
Для аппаратов, работающих в закрытом помещении, tст2 выбирают в интервале 35-45°С [1]. Примем tст2=40°С. Ввиду незначительного термического сопротивления стенки аппарата по сравнению с термическим сопротивлением слоя изоляции, tст1 принимают равной температуре греющего пара tг1. В качестве изоляционного материала выберем совелит (85% магнезии+15% асбеста), имеющий коэффициент теплопроводности λи=0,09 Вт/(м∙К).
Коэффициент теплоотдачи от внешней поверхности изоляционного материала в окружающую среду определим по формуле:
28028\* MERGEFORMAT (.)
Рассчитаем толщину тепловой изоляции для 1-го корпуса:
Принимаем толщину тепловой изоляции 31 мм.
5 Подбор вспомогательного оборудования
5.1 Расчет барометрического конденсатора
Необходимо291Equation Section (Next) 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 GBопределяют из теплового баланса конденсатора:
30130\* MERGEFORMAT (.)
где Iбк— энтальпия паров в барометрическом конденсаторе, Дж/кг;
tн – начальная температура охлаждающей воды, °С;
tк — конечная температура смеси воды и конденсата, °С.
Разность температур между паром и жидкостью на выходе из конденсатора должна быть 3-5 град. Поэтому конечную температуру воды tк на выходе из конденсатора примем на 3 град ниже температуры конденсации паров:
Тогда по формуле расход охлаждающей воды будет равен:
5.1.2 Диаметр конденсатора. Диаметр барометрического конденсатора dбк определяют из уравнения расхода по [1] формула (4.23):
31131\* MERGEFORMAT (.)
где ρ— плотность паров, кг/м3;
υ — скорость паров, м/с.
Плотность паров воды при давлении Pбк=21000 Па равнаρ=0,137 кг/м3[3],c. 581. При остаточном давлении в конденсаторе порядка 104Па скорость паровυ=15–25 м/с [1]. Принимаемυ=20 м/с. Тогда по формуле (5.2):
По нормалям НИИХИММАШа подбираем конденсатор диаметром, равным расчетному или ближайшему большему. Определяем его основные размеры. Выбираем барометрический конденсатор диаметром dбк=1000 мм ([1], приложение 4.5).
5.1.3 Высота барометрической трубы
В соответствии с нормалями, внутренний диаметр барометрической трубы dбт равен 200 мм=0,2 м. Скорость воды в барометрической трубе определим по формуле:
32132\* MERGEFORMAT (.)
где ρв– плотность воды, кг/м3.
По формуле (5.3) имеем:
Высота барометрической трубы определяется по [1] формула (4.24):
33133\* MERGEFORMAT (.)
где В– вакуум в барометрическом конденсаторе, Па;
∑ξ– сумма коэффициентов местных сопротивлений;
λ– коэффициент трения в барометрической трубе;
0,5 – запас высоты на возможное изменение барометрического давления, м.
Вакуум в конденсаторе равен:
34134\* MERGEFORMAT (.)
Сумма коэффициентов местных сопротивлений равна сумме коэффициента сопротивления на входе в трубу и на выходе из нее. Т.е.
где ξвх, ξвых– коэффициенты местных сопротивлений на входе в трубу и на выходе из нее.
По данным приведенным в [1] c. 14 принимаемξвх=0,5 (с острыми краями),ξвых=1,0. Тогда
Коэффициент трения λзависит от режима течения жидкости. Определим режим течения в барометрической трубе. Для этого рассчитаем число Рейнольдса:
где μв– вязкость воды, Па∙с.
Вязкость воды равна μв=0,001 Па∙с [3]. Тогда
Принимаем, что труба была в эксплуатации и имеет незначительную коррозию. Тогда абсолютная шероховатость трубы будет равна Δ=0,1 мм. Отсюда определим относительную шероховатость трубы по формуле:
35135\* MERGEFORMAT (.)
Тогда
Т.к. критерий Рейнольдса лежит в промежутке от 10/едо 560/е, коэффициент трения необходимо рассчитывать по [1] формула (1.6):
36136\* MERGEFORMAT (.)
Подставив в (5.4) указанные значения, получим:
Решив данное уравнение, получим Нбт=8,346 м.