А) в трубном пространстве:

Скорость среды в трубах теплообменника:

ω_тр = 4∙G₁∙z/(3,14∙d²∙n∙ρ ₁) (4.13)

ω_тр = 4∙ 5∙2/(3,14∙(0,021)²∙100∙1023) =0,28 м/с.

Для определения коэффициента трения λ нужен Re среды. Re= 12800.

Коэффициент трения λ рассчитываем по формуле:

Т.к. диаметр кожуха выбранного теплообменника равен D_k= 600 мм, а число ходов z= 2, то диаметр условного прохода его штуцеров равен d_ш= 150 мм (см.табл.2.6.[2]).

Скорость потока в штуцерах:

ω _ш=4∙G_тр/(3,14∙ ρ_тр∙d _трш²)= 4∙ 5/(3,14∙ 1023∙(0,15)²)= 0,0,277 м/с. (4.14)

Расчетная формула для определения гидравлического сопротивления в трубном пространстве имеет вид (формула(2.35) [2]):

ΔР_тр= , (4.15)

где L-длина труб теплообменника, м.

ΔР_тр= 1392 Па.

Б) В межтрубном пространстве:

Число рядов труб, омываемых потоком в межтрубном пространстве:

m≈(n/3)^0.5=(100/3)^0.5≈6 (4.16)

Число сегментных перегородок х=14 (см. табл. 2.7[2]).

Диаметр штуцеров к кожуху d_мтр.ш=0,2 м, скорость потока в штуцерах:

(4.17)

Скорость теплоносителя в межтрубном пространстве ω_мтр определяется по формуле:

(4.18)

ΔР_мтр= , (4.19)

ΔР_мтр=21234 Па.

РАСЧЕТ ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ

Расчет барометрического конденсатора

Для создания вакуума в выпарных установках обычно применяют конденсаторы смешения с барометрической трубой. В качестве охлаждающего агента используют воду, которая подаётся в конденсатор чаще всего при температуре окружающей среды (около 20°С). Смесь охлаждающей воды и конденсата выливается из конденсатора по барометрической трубе. Для поддержания постоянства вакуума в системе из конденсатора с помощью вакуум-насоса откачивают неконденсирующиеся газы.

Необходимо рассчитать расход охлаждающейся воды, основные размеры (диаметр и высоту) барометрического конденсатора и барометрической трубы, производительность вакуум-насоса.

Расход охлаждающей воды

Расход охлаждающей воды g_b определяют из теплового баланса конденсатора:

G_в=w₂*(I_бк-c_в*t_к)/(c_в*(t_к-t_н)), (5.1)

где I_бк - энтальпия паров в барометрическом конденсаторе, Дж/кг; t_н - начальная температура охлаждающей воды, °С;t_к - 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 t_к на выходе из конденсатора примем на 3 град ниже температуры конденсации паров;

При t_бк=47,42°С

t_к=t_бк-3,0=47,42-3=44,42 °С

Тогда при t_н=20 °С

G_в=2,091 (2585∙10^З-4,19∙10^З∙44,42)/(4,19∙10^З∙(44,42-20))=49,09 кг/с

Диаметр конденсатора

Диаметр барометрического конденсатора d_бк:

d_бк=(4∙w₂ /(ρ∙π∙v))^0,5, (5.2)

где ρ - плотность паров, кг/куб.м; v - скорость паров, м/с.

При остаточном давлении в конденсаторе порядка 10⁴ Па скорость паров v=15-25 м/с. Тогда при v=20 м/с:

d_бк=(4∙2,091/(3,14∙20∙0,067))^0,5=1,41м.

По нормалям НИИХИММАШа [12] подбираем конденсатор диаметром, равным расчётному или ближайшему большему. Определяем его основные размеры. Выбираем барометрический конденсатор диаметром d_бк=1600 мм.