5. Блок создания и поддержания вакуума

Последний (иногда и предпоследний) корпус многокорпусной установки (по ходу движения раствора) работает под вакуумом, создание которого обеспечивается конденсацией вторичных паров в конденсаторе. Разрежение, устанавливаемое в нем, распространяется на корпуса выпарной установки, соединенные паропроводами.

Поддерживается вакуум с помощью вакуум-насоса. В выпарных установках чаще других применяются противоточные смесительные конденсаторы (конденсаторы смешения).

5.1. Расчет барометрического конденсатора смешения

Технологический расчет противоточного конденсатора смешения состоит в определении материальных потоков, размеров конденсатора, барометрической трубы и барометрического ящика.

Температуру пара на входе в конденсатор определяют с учетом гидравлической депрессии в соединительном паропроводе по формуле (для двух корпусов):

(25)

Энтальпию конденсируемого пара i_п, считая его сухим насыщенным водяным паром, определяют по температуре по таблице в Приложении 2.

Начальную температуру воды – t_в’ принимают равной температуре воздуха в зоне строительства установки в наиболее жаркий месяц года.

Конечную температуру смеси, состоящую из отработанной воды и конденсата, на выходе из конденсатора принимают равной:

(26)

Если t_в” по формуле (26) получается больше 50⁰C, то в дальнейших расчетах принимают t_в”=50⁰.

Температуру неконденсирующейся паро-газовой смеси на выходе из конденсатора рассчитывают по формуле [1,6]

(27)

Рабочее давление в конденсаторе p_к определяют по температуре θ по таблице в Приложении 2. Парциальное давление конденсируемого пара определяют по температуре t_г, как p_п=f(t_г) [1,4].

Парциальное давление неконденсирующегося газа определяют, согласно закону Дальтона, по формуле:

(28)

Теплофизические характеристики воды и водяного пара по соответствующим температурам и давлениям можно найти в [3,10], а также в Приложении 2.

Диаметр конденсатора является основным размером аппарата и определяется по расходу конденсируемого пара W кг/с графически.

Зависимость диаметра конденсатора d_к от расхода конденсируемого пара W (уходящего из последнего корпуса) приведена на рис. 2. Основные конструктивные размеры стандартных конденсаторов смешения приведены в таблице 2

Рис. 2. Зависимость диаметра конденсатора от расхода вторичного пара.

Расход охлаждающей воды определяется из уравнения теплового баланса конденсатора [1]:

(29)

где W и i_п – расход вторичного пара из последнего корпуса и его энтальпия; c_в – теплоемкость воды (средняя в рабочем диапазоне температур от t_в’ до t_в”).

Скорость движения воды w_б.т в барометрической трубе (её диаметр d_б.т берется по таблице 5.2) определяется из уравнения расхода:

,

(30)

в котором в правой части стоит суммарный объемный расход охлаждающей воды G_в и образовавшегося из пара W конденсата, а ρ_в – плотность воды при температуре t_в”.

Таблица 2.

Конструктивные размеры противоточных конденсаторов смешения каскадного типа.

Показатели	Раз мер но сть	Диаметр конденсатора, мм
		500	600	800	1000	1200	1600	2000
1. Высота цилиндр. части	м	4,05	4,10	4,25	4,50	4,90	5,70	6,50
2. Диаметры штуцеров, Dy	мм
2.1 для входа вторич. пара	“	300	350	350	400	450	600	800
2.2 для входа охл. воды	“	100	125	200	200	250	300	400
2.3 для барометричекой трубы	“	125	150	200	200	250	300	400
2.4 для выхода парогаз. смеси	“	80	100	125	150	200	200	250

Найденная из (30) скорость воды в барометрической трубе w_б.т не должна превышать 1м/с. В противном случае необходимо выбрать трубу большего диаметра.

Высота барометрической трубы H_б.т определяется столбом жидкости, уравновешивающим разницу между атмосферным p_а и рабочим в конденсаторе p_к давлениями с учетом гидравлических потерь, возникающих при движении в ней жидкости со скоростью w_б.т:

(31)

В формуле (31): λ_г – коэффициент гидравлического сопротивления, рассчитывается по одной из формул [1,3] в зависимости от значения критерия (ν_в – кинематическая вязкость воды при температуре t_в”); – сумма коэффициентов местных сопротивлений, здесь, причем ξ_вх=0,5 , а ξ_вых=1. Слагаемое 0,5 добавляют с целью избежать затопления (снизу) конденсатора при колебании (повышении) атмосферного давления.

Расчет по уравнению (31) требует его решения относительно искомой величины H_б.т. Однако опыт расчётов показывает, что это делать не обязательно ввиду малого значения второго слагаемого по сравнению с первым. В правой части уравнения величина H_б.т может быть принята 10м. Полученный при этом результат практически не отличается от точного решения уравнения (31).

Барометрический ящик, заполненный водой и сообщающийся с атмосферой, является гидравлическим затвором для барометрической трубы. Объем воды в ящике должен обеспечивать заполнение барометрической трубы при пуске установки. Следовательно, объём ящика должен быть не менее объема барометрической трубы.

Форма барометрического ящика может быть произвольной.