Расчет конденсаторов

При проектировании конденсаторов выполняют тепловые и конструктивные расчеты. Цель расчетов заключается в том, чтобы при заданных условиях их работы, достаточно глубоком вакууме и высокой температуре барометрической воды получить конденсаторы оптимальных размеров.

Расчету подлежат: количество охлаждающей воды, поступающей в конденсатор; диаметр конденсатора; число тарелок; размеры барометрической трубы; мощность привода насоса для удаления воздуха из конденсатора.

 

Определение расхода охлажденной воды

Расход охлажденной воды (кг/ч) определяют из теплового баланса:

Wпiп + Gct1в = (Wп + G)ct2в     (13.1)

G = Wп iп - c¯t2в) / (c¯t2в - c¯t1в)     (13.2)

где Wп – расход конденсирующегося пара, кг/ч; iп  – энтальпия пара, Дж/кг; iв – теплоемкость воды, Дж/ (кг·К); , t1в и  t2в– начальная и конечная температуры охлаждающей воды, °С.

По экспериментальным данным температура воды на выходе из барометрического конденсатора ниже температуры насыщения пара на 2…3°С, т.е.

t2в = tнас - (2...3)°С     (13.3)             

 

Определение диаметра конденсатора

Диаметр конденсатора dк (м) определяется из выражения:

(πdk2)* ω = Wп/ pп     (13.4)

откуда

d= √(4Wп / (π3600pпv)) = 0,0188√(Wп / (pпv)))     (13.5)

где v – скорость пара в свободном сечении конденсатора, не занятного тарелками, м/с (при давлении в конденсаторе 0,012…0,020 МПа принимаются v=10….15м/с);  Wп – расход конденсирующего пара, кг/ч;  pп – плотность пара, кг/м3

 

Определение числа тарелок

Расчет числа тарелок основан на решении дифференциального уравнения теплового баланса стекающей струи. Однако этот путь довольно сложен. Применяют упрощенный расчет тарелок. При этом принимают высоту нижней (первой по ходу пара) ступени противоточного конденсатора (м)

h1 ≥ Dп + (0,1....0,3)     (13.6)

где Dп – диаметр патрубка, по которому поступает пар в конденсатор, м.

При определении высоты последующих ступеней можно было бы принимать условие взаимного равенства массовых скоростей паровоздушной смеси по ступеням

v1p= v2p= v3pи т.д.     (13.7)

где v1, v и т.д. – скорости пара на отдельных ступенях, м/с; p1, pи т.д. – плотности пара на отдельных ступенях, кг/м2.

Однако объем паровоздушной смеси быстро уменьшается по мере конденсации пара и соблюдение вышеуказанного условия привело бы к очень малым высотам верхних ступеней.

Учитывая это, высоты последующих ступеней (м) принимают из соотношений

h= (0,4....0,7)h1; h= (0,4....0,7)hи т.д.     (13.8)

Практически высоту последней ступени не следует принимать менее 0,2м, а высоту нижней ступени – более 1,2м. при больших высотах ступеней происходит разрыв каскадом или струй воды, что приводит к ухудшению теплопередачи.

 

Определение размеров барометрической трубы

Диаметр барометрической трубы (м)

Dтр = 0,0188√(Gх.в +Wп) / (pпv)      (13.9)

где Gх.в и Wп – расходы холодной воды и пара, кг/с; v- скорость воды в трубе, м/с; v=0,5…1,0 м/с.

Высота трубы Н (м) должна обеспечивать надежный гидрозатвор конденсатора

H = 10,33 (В / 760) + (v2 / 2g)(2,5 + λ (H0 / dтр)) + 0,5     (13.10)

где 10,33 м – высота водяного столба, соответствующая давлению 760 мм рт.ст. (0,1МПа); В - разрежение в конденсаторе, Па; λ – коэффициент сопротивления трению в трубе; 2,5 и 0,5 – коэффициенты, учитывающие потери напора из-за местных сопротивлений и возможных колебаний вакуума в конденсаторе; H0 10,33 (В / 760) – высота столба воды в трубе, необходимая для уравновешивания атмосферного давления, м.

 

Определение мощности привода насоса для удаления воздуха

Воздух и неконденсирующиеся газы поступают в конденсатор с паром и охлаждающей водой. Расходы воздуха и газов зависят от свойств жидкости, из которой образовался пар, а также от плотностей воздуха и газов в арматуре и трубопроводах.

Поступление в конденсатор воздуха и неконденсирующихся газов приводит к уменьшению парциального давления пара и уменьшению его содержания в смеси. Это приводит к значительному уменьшению коэффициента теплоотдачи при конденсации, поэтому необходимо непрерывно удалять воздух и конденсирующиеся газы из конденсатора. Считают, что 1,0 кг воды при температуре 0°С и давления 760 мм (0,1 .МПа) содержит около 2,0 % (по объему) атмосферного воздуха, что составляет 0,000025 кг воздуха на 1,0 кг воды при плотности воздуха p=1,25кг/м3, а также, что на 1000 кг охлаждающей воды и конденсата вносится 0,025 кг воздуха. Из практики известно, что величина подсосов составляет 10 кг на каждые 1000 кг конденсата. Исходя из этого эмпирическая формула для расчета расхода, отбираемого из конденсатора воздуха, имеет вид

L = [0,25 (Gх.в +Wп)) + 100Wп] * 10-4     (13.11)

Температуру удаляемого воздуха определяют из выражения

tув = t1в + 4 + 0,1(t2в - t1в     (13.12)

где t1в  и t2в – температуры воды на входе в конденсатор и выходе из него, 0°С.

Объем воздуха (м3)

Vв = (29,27L(273 +tвозд)) / Рвозд     (13.13)

где Рвозд  = Рп - парциальные давления воздуха и пара кг/м2; Pa абсолютное давление в конденсаторе, кг/м2.

Парциальное давление пара определяют по таблицам водяного пара при температуре воздуха . Для удаления газовоздушной смеси из конденсаторов применяют поршневые и водокольцевые вакуум-насосы.

Если пренебречь влиянием неиспользуемого пространства, то мощность поршневого насоса определяется выражением

N = (1 / (3600ηн * 102k - 1)) Рвозд Vв [(105возд )(k-1)/r -1]     (13.14)

где ηн – КПД вакуум-насоса; ηн =0,60…0,65;  – показатель расширения воздуха;  =1,2…1,25;  – парциальное давление воздуха, Па.

ООО "Фарсал". Промышленное оборудование.

+7-988-570-61-11

info@farsal.ru

2018 год.