Файл: Стабников, В. Н. Процессы и аппараты пищевых производств учебник.pdf

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 16.10.2024

Просмотров: 180

Скачиваний: 1

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

рячей воды, а во втором — окончательная конденсация оставше­ гося пара и из него получают теплую воду.

При расчете барометрического конденсатора определяют: расход охлаждающей воды, размеры корпуса, число полок, раз­ меры барометрической трубы и количество воздуха, подлежа­ щего откачке вакуум-насосом.

Пренебрегая теплом с уходящим воздухом, расход воды наполную конденсацию пара в однокорпусном конденсаторе со­ гласно рис. 97 определяют из следующего теплового баланса:

 

Dl-{- WcBГв.н — T)fR^в.к -f- 1Есв /в.к I

(229)

откуда расход охлаждающей воды W (в кг/с)

 

 

D О ~~ Св ^в к)

(230)..

 

СВ(^В.К ^В.н)

 

 

где

D — количество конденсирующегося пара, кг/с;

 

 

i — энтальпия пара, Дж/кг;

 

в.н и ^в.к— начальная и конечная температура воды, 'С.

 

 

Если конденсационная установ­

 

ка состоит из двух последовательно

 

соединенных корпусов, то количест­

 

во

охлаждающей воды W (в кг/с),

 

подаваемой в первый корпус для по­

 

лучения заданного количества горя­

 

чей воды WT (в кг/с) в результате

 

конденсации Di (в кг/с) пара, нахо­

 

дят

из следующего баланса:

 

г,. = Wx + Dt

откуда

D, Wr IE,.

Подставляя эти значения в урав­ нение (229), получим

(Wг lEj) (г св ^в.к) —Wi съ (tB.K— tB.H),

откуда количество воды Wi (в кг/с), поступающей в первый кор­ пус,

Рис. 97. К тепловому ба­ лансу барометрического конденсатора.

W1 = U7r 1

СВ ^ Е .К

(231),

1

< V В-Н

 

а количество пара D2 (кг/с), оставшегося для конденсации во втором корпусе,

D2 ~ D — £>, = D— {Wr — U",).

(232)

Диаметр корпуса конденсатора определяют по известному объему пара при рабочем -давлении в конденсаторе и скорости движения пара в свободном сечении корпуса, равной 18—22 м/с.

Сечение патрубков на корпусе конденсатора рассчитывают в

185,

зависимости от следующих

скоростей: 40—50 м/с — для пара,

входящего в конденсатор;

12—15 м/с — для воздуха; 1,0—1,2

м /с— для охлаждающей воды и 0,3—0,5 м/с — для барометриче­ ской воды.

Число полок в конденсаторе определяют по методу, предло­ женному И. И. Чернобыльским, в основу которого положен про­ цесс теплообмена между цилиндрической струей воды и паром в

результате непосредственного контакта.

полученного

В результате конденсации

пара и охлаждения

конденсата до температуры t

воды выделится тепла Qn (в Вт)

Qn = a(^„— /в) а Д ,

(233)

где а — коэффициент теплоотдачи от пара к воде, Вт/(м2-К);

 

<н— температура насыщения, °С;

в рассматриваемом сечении, °С;

tв— температура нагретой воды

F — поверхность контакта пара и воды, м2.

С другой стороны, количество тепла, воспринимаемое водой от пара QB ( в Вт)

<2„ = Wcdt = fwpcdt,

(234)

где до=/дор— количество нагреваемой воды, кг/с; f — площадь сечения струи, м2;

ДО— скорость движения струи, м/с; р— плотность воды, кг/м3; с— теплоемкость воды, Дж/(кг-К)-

Приравнивая правые-части уравнений (233) и (234) и разде­ ляя переменные, получим

dt

a

dF

tH— tB

wpc

f

Интегрируя это уравнение от (tH—/в,) до (tH—U2) и по F, по­ лучим

In

(235)

*в- 'в

Значение — = р (в м/ч) в этом уравнении представля-

рс

.ет собой коэффициент масеообмена, а отношение — характери-

до

зует интенсивность теплообмена в процессе конденсации пара.

Подынтегральное выражение

- выразим через высоту па­

дения струи dH (равноценную расстоянию между полками) и

диаметр струи й?отр> т. е.

dF _ dHndCTр _ 4dH

f nd/тр dcTP

4

186

Для функциональной зависимости последнее выражение

можно записать

— . С учетом сделанных преобразований урав-

+ т р

 

 

пение (235) можно записать так:

 

 

 

 

Н

 

t„ — t

\ w

dcrр

Из-за трудности определения величины р заменим ее равно­

значной по размерности величиной

Тогда получим

 

^В|

_^ / gdcrp

Н

 

In

Ш1

(236)

 

 

•*стр

На основании

экспериментальных

данных из функциональ­

ной зависимости (236) общего вида получена следующая расчет­ ная формула:

 

lg

= 0,029

gd3KB \°’2(

Н \0-7

(237)

 

t - t .

ш2 1

 

 

 

266

■эквивалентный диаметр плоской струи;

 

ГД6

^ экв — 6 + 6

 

 

6 и 6 — ширина и толщина струи, м;

 

 

 

w — скорость истечения струи, м/с;

 

 

 

 

V

 

 

 

 

 

ш= ----,

 

 

 

 

 

bh

 

 

 

где

V— расход воды, м-’/с;

 

м.

 

i и + ширина полки и высота слоя воды на ней,

 

Уравнение (237) дает возможность рассчитать нагрев воды при перетекании ее с полки на полку и количество сконденсиро­ вавшегося при этом пара. Последовательно проводя расчет от полки к полке (начиная с верхней), определяют количество по­ лок, необходимое для нагрева охлаждающей воды в конденсато­ ре до температуры на 2—6° С ниже температуры насыщенного пара, поступающего в конденсатор.

Если расстояние между полками одинаковое, то пренебрегая изменением общего количества воды и конденсата, стекающих по ступеням конденсатора, необходимое число ступеней можно рассчитать по следующей приближенной формуле:

, + ^в.н

lg

я=

(238)

 

lg''

где +Н И^ВК■

начальная и конечная температура воды в конденсаторе, °С;

и Ч '

температура воды на входе и выходе рассматриваемой сту­

 

пени, °С.

Расстояние между верхними полками принимают # = 0 ,3 DK; между нижними — # = 0,6 в среднем # = 0 ,5 , где £>к — диа­ метр корпуса конденсатора (в м).

187

Высоту барометрической трубы Я (в м) (от уровня воды в ^барометрическом ящике до парового патрубка в корпусе) рас­ считывают по формуле

Ь

w2 /

Н \

(239)

н" 10-331^-+(‘+ 4

+ 1 т)+°'5’

где Ъ— разрежение в конденсаторе, кПа;

 

 

102— количество кПа, соответствующее 760 мм рт. ст.;

 

w — скорость воды и конденсата в барометрической трубе;

 

принимают ш = 0,Зн-0,5

м/с;

 

 

—сумма коэффициентов сопротивления на входе воды в трубу и на выходе из нее; принимают 2§= 1,5;

К— коэффициент сопротивления

трению;

Н и d — высота и внутренний диаметр барометрической трубы, м.

В уравнении (239) первая

составляющая — высота столба

воды в трубе, необходимая для уравновешивания атмосферного давления, вторая составляющая — напор, необходимый для пре­ одоления сопротивлений в барометрической трубе и сообщения воде скорости w (в м/с).

Высота 0,5 м прибавляется для того, чтобы вода не залива­ ла паровой патрубок конденсатора при увеличении вакуума. Так как нижняя часть трубы примерно на 1 м погружена в воду в барометрическом ящике, то для обычного в практике вакуума 87—90 кПа полную высоту барометрической трубы принимают не менее 10—11 м.

Диаметр барометрической трубы d (в м) находят из урав­ нения

, /~ (D + W) 4

(240)

Г3,14ра>

-где D — количество получаемого конденсата, кг/с; W— расход охлаждающей воды, кг/с;

w — скорость движения воды в барометрической трубе, м/с; р — плотность воды, кг/м3.

Для определения количества воздуха, откачиваемого из кон­ денсатора вакуум-насосом, пользуются следующей эмпириче­ ской формулой

GB = 0,001 (0 ,0 2 5 Г + 10D),

(241)

тде W— расход охлаждающей воды, кг/с;

D — количество конденсирующегося пара, кг/с.

Для определения объема воздуха необходимо знать его тем­ пературу и парциальное давление. Для противоточных конден­ саторов температура воздуха определяется по следующей эмпи­ рической формуле:

<в = *в.н+ 0 . 1 ( / в.к - * 8.н) + 4,

(242)

•где tB.Hи tB.K— начальная и конечная температура охлаждающей воды, °С.

Парциальное давление воздуха рв (в Па) находят по фор­ муле

Рв = Р — Рп,

(243)

488

где р— общее давление в конденсаторе, Па; рп — парциальное давление пара, которое принимается равным давлению

насыщенного пара при температуре'воздуха tB.

Объем воздуха Гв (в м3/с), отсасываемого вакуум-насосом, вычисляют по формуле

 

 

VB=

2 8 8 ^ 2 7 3 + ^ (

 

 

(2и)

 

 

 

Рь

 

 

 

 

где 288— газовая постоянная для воздуха, Дж/(кг-К).

 

 

Для откачивания воздуха из конденсаторов применяют порш­

невые и водокольцевые вакуум-насосы.

 

 

 

П р и м е р .

Рассчитать барометрический конденсатор

к вы­

парной установке,

рассмотренной в примере (стр. 176), для кон­

денсации D —0,59

кг/с

водяного

пара с температурой

tB —

= 49,4° С и энтальпией

i= 2 5 9 1 -103 Дж/кг.

Вакуум

в конден­

саторе 6 = 89,2

кПа (670 ммрт. ст.). Температура

охлаждаю­

щей воды /в.н=20° С.

 

барометрической

воды

при­

Р е ш е н и е .

1.

Температуру

мем на 3° С ниже температуры насыщенного пара, входящего в

конденсатор, т. е.

 

 

 

 

 

 

*в.к = <н — 3 = 49,4 — 3 = 46,4° С.

 

 

2. Расход воды при теплоемкости ее св=4187 Дж/(кг-К)

но формуле (230) составит

 

 

 

 

F = 0,59 (2591-103 — 4187-46,4) = 12,8 кг/с.

 

 

 

4187 (46,4 — 20)

 

 

 

3. Количествб

отсасываемого

воздуха

рассчитываем по

формуле (241)

 

 

 

 

 

 

 

GB= 0,001 (0,025-12,8 + 10-0,59) = 0,006 кг/с.

Температуру воздуха определяем по формуле (242)

tB= 20 + 0,1 (46,4 — 20) + 4 = 26,6° С.

Общее абсолютное давление в конденсаторе при tB = 49,4° С

р — 12 кПа.

Парциальное давление водяного пара при fB= 26,6°C

 

 

 

рп = 3,4 кПа,

 

 

а

парциальное

давление

воздуха

рв—р—рп = 12—3,44 =

=

8,6 кПа.

 

 

воздуха

 

определяем

по уравне­

 

Объем отсасываемого

 

нию (244)

 

 

 

 

 

 

 

 

„

288-0,0062(273 + 26,6)

_

 

 

V ------------------- —

---------------- - = 0 ,0 6 м8/с.

 

 

 

8 , 0

 

 

 

 

 

Согласно

полученному

объему

воздуха и

необходимому

разрежению подбирают вакуум-насос.

конденсатора.

 

4. Определение диаметра корпуса

 

Объем паров в конденсаторе

 

 

 

 

 

 

Рп = Dv = 0,59-12,35

= 7 , 3

м3/с,

 

-где 12,35— удельный объем

пара при р =

0,12-105 Па, м3/кг.

са

При' скорости движения пара в свободном сечении корпу­

конденсатора

ш = 1 8 м/с

диаметр

корпуса

 

189

Смотрите также файлы