В соответствии с нормалями [12], внутренний диаметр барометрической трубы d_бт равен 300 мм. Скорость воды в барометрической трубе

V_В=4*(G_в+w₂)/(ρ_в*π*(d_бт²)) (5.3)

V_В=4*(49,09 +2,091)/(1000*3,14*(0,3²))=0,724 м/с.

Высота барометрической трубы

H_бт=B/(ρ_в*g)+(1+Σξ+λ∙(H_бт/d_бт)∙(v_в²)/(2∙g)+0,5 (5.4)

где В - вакуум в барометрическом конденсаторе, Па; Σξ - сумма коэффициентов местных сопротивлений; λ - коэффициент трения в барометрической трубе; 0,5 - запас высоты на возможное изменение барометрического давления, м.

При Р_бк=11000 Па.

В=Р_атм-Р_бк=98000-11000= 87000 Па

Σξ=ξ_вх+ξ_вых=0,5+1,0=1,5

где ξ_вх, ξ_вых - коэффициенты местных сопротивлений на входе в трубу и на выходе из нее.

Коэффициент трения λ зависит от режима течения жидкости. Определим режим течения воды в барометрической трубе:

Re=v_в*d_бт*ρ_в/μ_в=0,724 *0,3 *1000/0,574*10^-3=402222

Для гладких труб при Re =4022222 λ =0,019

Подставим в (5.4) указанные значения, получим:

Н_бт=87000/(1000∙9,81)+(1+1,5+0,019*(Н_бт/0,3)∙(0,724 ²)/(2∙9,81))+0,5

Отсюда находим Н_бт=9,55 м.

Расчет производительности вакуум-насоса

Производительность вакуум-насоса G_возд определяется количеством газа (воздуха), который необходимо удалять из барометрического конденсатора:

G_возд=2,5∙10^-5∙(w₂ +G_в)+0,01*w₂. (5.5)

где 2,5*10^-5 - количество газа, выделяющегося из 1кг воды; 0,01 - количество газа, подсасываемого в конденсатор через неплотности, на 1кг паров. Тогда

G_возд=2,5∙10^-5 ∙(2,091+49,09)+0,01∙2,091=0,02219 кг/с

Объемная производительность вакуум-насоса равна:

V_возд=R∙(273+t_возд)∙G_возд/(М_возд∙Р_возд) (5.6)

где R - универсальная газовая постоянная, Дж/ (кмоль*К); М_возд - молекулярная масса воздуха, кг/моль; t_возд - температура воздуха, °С; Р_возд - парциальное давление сухого воздуха в барометрическом конденсаторе, Па.

Температуру воздуха рассчитывают по уравнению

t_возд=t_н+4+0,1∙(t_к-t_н)=20+4+0,1∙(44,42-20)=26,44 °С

Давление воздуха равно:

Р_возд=Р_бк - Р_п,

где Р_п - даление сухого насыщенного пара (Па) при t_возд=26,44 °С.

Подставив, получим:

Р_возд=0,11∙9,81∙10⁴ -0,035∙9,81∙10⁴=6958 Па

Тогда:

V_возд=8310∙(273+26,44)∙22,19∙10^-3/(29∙6958)=0,274 м³/с= 16,4 м³/мин.

Зная объёмную производительность V_возд=16,4 и остаточное давление Р_бк, по каталогу [13] подбираем вакуум-насос типа ВВН-25 мощностью на валу N=48 кВт.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данном курсовом проекте был рассмотрен процесс выпаривания и произведены расчеты основного оборудования, а также было подобрано вспомогательное из стандартного. В результате расчетов были получены следующие результаты:

Выпарной аппарат (по ГОСТ 11987-81): номинальная поверхность теплообмена -125 м²; диаметр труб -38мм; высота труб-4м;

теплообменник для нагрева исходной смеси (ГОСТ 15118 - 79): поверхность теплопередачи 31 м², диаметр кожуха 400мм; число ходов 2; число труб 100, длиной 4м;

барометрический конденсатор: диаметр -1600 мм, высота – 9,55 м;

вакуум-насос: марки ВВН-25: при оптимальных условиях работы: производительность 3,67 м³/мин, остаточное давление - 75 мм. рт. ст, мощность N=48 кВт.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов. Л.: Химия, 1976. - 552 с.

2. ГОСТ 11987-81. Аппараты выпарные трубчатые.

3. Справочник химика. М-Л.: Химия, Т. III, 1962. 1006 с. Т. V, 1966. - 974 с.

4. Каталог УКРНИИХИММАШа, Выпарные аппараты вертикальные трубчатые общего назначения. М.: ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ, 1979. - 38 с.

5. Мищенко К.П., Полторацкий Г.М. Термодинамика и строение водных и неводных растворов электролитов. Изд. 2-е. Л.: Химия, 1976. - 328 с.

6. Воробьева Г.Я. Коррозионная стойкость материалов в агрессивных средах химических производств. Изд. 2-е. М.: Химия, 1975. - 816 с.

7. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. Изд. 9-е. М.: Химия, 1973. - 750 с.

8. Викторов М.М. Методы вычисления физико-химических величин и прикладные расчеты. Л.: Химия, 1977. - 360 с.

9. Чернышев А.К., Поплавский К.Л., Заичко Н.Д. Сборник номограмм для химико-технологических расчетов. Л.: Химия, 1974, - 200 с.

10. ОСТ 26716-73. Барометрические конденсаторы.

11. Вакуумные насосы. Каталог-справочник. М.: ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ, 1970. - 63 с.

12. Чернобыльский И.И. Выпарные установки. Киев: Изд. Киевского ун-та, 1960. - 262 с.

13. Кичигин М.А., Костенко Г.Н. Теплообменные аппараты и выпарные установки. М.: Госэнерго-издат, 1955. - 392 с.

14. Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию. Под ред. Ю.И. Дытнерского. М.: Химия, 1991. - 496 с.