Практична робота № 10

Визначення втрати води на барометричний конденсатор, геометричних розмірів корпусу і барометричної труби за заданими умовами

Мета роботи

1.1. Вивчити облаштування барометричного конденсатора.

1.2. Привитие навичок визначення витрати води на барометричний конденсатор.

2 Перелік використовуваного устаткування

3 Перелік довідкової літератури

3.1. Кавецкий Г.Д., Королев А.В. Процессы и аппараты пищевых производств.– М.: Агропромиздат, 1991.–432с. с.167…169.

3.2. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии.– М.: Химия, 1973.–752с. с.182…186.

3.3. Процессы и аппараты химической промышленности: Учебник для техникумов /П.Г. Романков, М.И. Курочкина, Ю.Я. Мозжерин и др.– Л.: Химия, 1989.–560с. с. 273…278.

3.4. Стабников В.Н., Баранцев В.И. Процессы и аппараты пищевых производств.– М.: Легкая и пищевая промышленность, 1983.–318с. с.168…175.

3.5. Баранцев В.И. Сборник задач по процессам и аппаратам пищевых производств.– М.: Агропромиздат, 1985.– 136с. с.74…78.

4 Стислі теоретичні відомості

Апарати, в яких відбувається конденсація, називають конденсаторами. В якості охолоджувального агента в них зазвичай застосовують воду, рідше повітря і інші хладоносители. Розрізняють поверхневі конденсатори і конденсатори змішування.

Поверхневі конденсатори застосовують в тих випадках, коли необхідно отримати конденсат в чистому вигляді або сконденсувати пари цінної рідини (спирту, ацетону, бензину та ін.). По пристрою ці конденсатори аналогічні поверхневим теплообмінникам, з яких для конденсації широко застосовують теплообмінники типу "труба в трубі", кожухотрубні і зрошувальні.

Конденсатори змішення застосовуються для конденсації невживаної у виробництві водяної пари низького потенціалу і пари рідин, що практично не розчиняються у воді. Конденсатори змішення використовуються для створення вакууму в різних апаратах в результаті конденсації пари, що відсисається. Для відведення теплоти конденсації пари служить холодна вода, яка, змішуючись з конденсатом, зливається в каналізацію. Залежно від способу виведення води і газів з цих апаратів розрізняють конденсатори змішення мокрі і сухі.

Розрізняють прямоточні і протитечійні конденсатори змішення (залежно від напряму потоку пари і води); конденсатори високого і низького рівня (залежно від способу виведення води і газів).

У протитечійному сухому конденсаторі змішення (барометричний конденсатор змішення) взаємодія пари і охолоджувальної води відбувається в протитечії. Він полягає см мал. 4.1 з корпусу 2, забезпеченого полицями або тарілками 1, пастки 3, барометричної труби 4 і барометричної збірки 5. У корпусі строго горизонтально встановлюють 5...7 полиць, що забезпечують тісний контакт води з парою, що конденсується. Охолоджувальна вода поступає на верхню перфоровану тарілку конденсатора, а пар – під нижню тарілку.

Вода протікає з тарілки на тарілку у вигляді тонких струменів через отвори і борти. Взаємодія пари з рідиною протікає в міжтарілчастому об'ємі конденсатора. Що утворився в результаті кон-денсации пара конденсат разом з водою выво-диться через барометричну трубу, кінець якої опущений в колодязь; а повітря відсисається через пастку водокільцевим вакуум-насосом.

Барометрична труба забезпечує відведення води і конденсату самопливно. Будучи опущеною, майже до основи барометричної збірки і зануреною на 1,0…1,5 м у воду, труба є гідравлічним затвором для повітря, здатного потрапити в систему ззовні і порушити в ній заданий вакуум. Температура барометричної води, що відходить з конденсатора, на 2…6°С нижче температури пари, що поступає в

конденсатор. На практиці для створення в конденсаторі необхідного вакууму температуру барометричної води підтримують не більше 45…46°С. Якщо виробництву потрібно частину барометричної води з більш високою температурою 55…56°С, конденсацію пари роблять в двох послідовно сполучених корпусах. Тоді в перший корпус подають, лише частина необхідної води і в нім відбувається часткова конденсація пари з отриманням гарячішої води, а в другому – остаточна конденсація пари, що залишилася, і з нього отримують теплу воду.

Процес конденсації у барометричних конденсаторах протікає під вакуумом. Звичайний абсолютний тиск в них складає 0,01…0,02 МПа.

При розрахунку барометричного конденсатора визначають витрату охолоджувальної води, розміри корпусу, число полиць, розміри барометричної труби і кількість повітря, підлягаючого відкачуванню вакуум-насосом.

Витрата води на повну конденсацію насиченої пари в однокорпусному конденсаторі розраховують по формулі:

W = D (і – с _в t _вк) / [ с _в (t _вк – t _вп)], (4.1)

де W – витрата води на повну конденсацію насиченого пари, кг/с;

D – кількість пари, що конденсує, кг/с;

i – ентальпія пари, Дж/кг;

с _в – середня теплоємність води, Дж/(кг К);

t _вп – початкова температура води, °С;

t _вк – кінцева температура води, °С.

Діаметр корпусу конденсатора визначають за відомим обсягом пари при робочому тиску в конденсаторі і швидкість руху пари у вільному перерізі корпусу рівна w = 18…22 м/с.

Нехтуючи зміною загальної кількості води і конденсату, що стікають по полицях конденсатора, необхідне число процесу можна розрахувати по формулі:

n = log [(t _нас – t _вп) / (t _нас – t _вк)] / log [(t _нас – t _вп) / (t _нас – t _в1)], (4.2)

де n – число східців процесу;

t _нас – температура насиченого пари, °С;

t _вп – початкова температура води, °С;

t _вк – кінцева температура води, °С;

t _вк = t _нас – (2…6)°С, (4.3)

t _в1 – температура воды на выходе из первой полки, °С.

Величину t _в1 можна визначити по формулі:

log [(t _нас – t _вп) / (t _нас – t _в1)] = 0,029(g d _э / w ²)^0,2(h / d _э)^0,7, (4.4)

де d _э – еквівалентний діаметр плоского струменя, м;

d _э = 2 b δ / (b + δ), (4.5)

де b – ширина струменя, м;

δ – товщина струменя, м;

w – швидкість витікання струменя, м/с;

w = W / (b δ), (4.6)

де W – витрата води, м³/с;

h – відстань між полками в конденсаторі, м.

Висоту барометричної труби розраховують по формулі:

Н = (10,33 b / 102) + [ w ² (1 + Σ ξ + λ H / d) / 2 g ] + 0,5, (4.7)

де Н – висота барометричної труби, м;

b – розрядження в конденсаторі, кПа;

102 – тиск у кПа, що відповідає 760 мм рт. ст.;

w – швидкість води й конденсату в барометричній трубі, м/с;

w = 0,3…0,5 м/с

Σξ – сума коефіцієнтів опору місцевих втрат напору;

Σξ = 1,5

λ – коефіцієнт опору тертю на прямій ділянці труби;

λ = 0,02…0,04

d – внутрішній діаметр барометричної труби, м.

У рівнянні (4.7) перша складова (10,33 b / 102) – висота стовпа води в трубі, необхідна для зрівноважування атмосферного тиску, друга складова [ w ² (1 + Σξ + λ H / d) / 2 g ] – напір, необхідний для подолання опорів у барометричній трубі й надання воді швидкості w. Висота (0,5 м) додається для того, щоб при збільшенні вакууму вода не заливала паровий патрубок конденсатора й не попадала в апарат, що примикає до нього. Тому що нижня частина труби приблизно на 1 м занурена у воду в барометричному збірнику, то для застосовуваного звичайно на практиці вакууму, рівного b = 87…90 кПа, повну висоту барометричної труби приймають рівною не менш Н = 10…11 м.

Внутрішній діаметр барометричної труби розраховують по формулі:

d = √(D + W) / (0,785 ρ w), (4.8)

де D кількість пари (конденсату), кг/с;

W – кількість води, кг/с;

ρ – щільність барометричної води, кг/м³;

w – швидкість руху води в барометричній трубі, м/с.

Для визначення кількості повітря, що відкачується з конденсатора водокільцевим вакуум-насосом, використовується емпірична формула:

G _в = 0,001(0,025 W + 10 D), (4.9)

де G _в – кількості повітря, кг/с.

Обсяг цього повітря обчислюють по формулі:

V _в = 288 G _в (273 + t _в) / р _в, (4.10)

де V _в – обсяг повітря, м³/с;

288 – газова постійна для повітря, Дж/(кг К);

t _в – температура повітря, °С;

t _в = t _вн + 0,1(t _вк – t _вн) + 4, (4.11)

р _в – парціальний тиск повітря, Па;

р _в = р – р _п, (4.12)

де р – абсолютний тиск у системі, Па;

р _п – парціальний тиск водяної пари, рівне тиску насиченого пари при температурі повітря t _в °С, Па.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: