Расчет конденсаторов паров

Гл. VIII. Нагревание, охлаждение и конденсация

Таким образом, общая тепловая нагрузка конденсатора С} представля- ет собой сумму количеств тепла, отнимаемого при охлаждении перегре- того пара до температуры насыщения С}', при конденсации насыщенных паров " и при охлаждении конденсата

3 = <Э' ₊ 0* ₊ 3»

Обозначив расход охлаждающей воды ее начальную температуру и конечную температуру ^_2к> напишем уравнение теплового баланса:

(**к-*»н) = <2' + <2' + <Г

(VI 11.15)

Рис. VIII-32. К расчету поверхностного кон­денсатора:

/ — зона охлаждения перегретого пара; // — зо­на конденсации; ІП — зона охлаждения конден­сата.

Р = Р' + Г 4- Р^т = •

причем

Ч' ~ Г)с_п (/_1Н — ^_Нас)

О” = Ог

Ч — Г^С_К (/_Нас ^ік)

где В — расход конденсирующегося пара; с_в, с_П и с_к — удельные теплоемкости

воды, перегретого пара и конденсата соответственно; г — теплота конденсации насыщенного пара.

Поверхность теплообмена кон- денсатора:

О* - , <?'"

+

К' (А(_сру ^ К" (МсрТ ’ К"' (Д/_ср)

^Ш.16)

Как видно из расчетной схемы (рис. УШ-32), средняя разность тем­ператур составляет:

для зоны охлаждения перегретого пара

(А(_ср)’

А(_к

•АЛ,

2.318

*6

аС

(VIII.17)

ГДЄ Д^б ^1н ^2к И Д — ^нас для зоны конденсации

(Аг'ср Г =

Іхї,

аС

■ д<„

2,31₈-

А/-

ГДЄ Діб — ^нас їхі И Д^М —■ 4ас /л:2»

для зоны охлаждения конденсата

(VIII,17а)

А(.

А £ - А С

ср

2.318

А^б

А/”

(VIII.176)

ГДе Л^б ^нас ^*1 ^ Д^м — ^1к ^2я-

Необходимые для расчета средних разностей температур по зонам граничные температуры и ^ определяют из уравнений теплового ба­ланса по воде для крайних зон:

откуда

345

**2 = *2К — (VIII, 19)

причем

г =

<?в (^2К ^2н)

Максимальное разрежение, достигаемое в конденсаторе, зависит от расхода охлаждающей воды и ее температуры.

Барометрические конденсаторы. Если расход конденсируемого пара составляет О (кг/сек), его плотность р [кг/м³) и скорость, отнесенная ко всему сечению аппарата, равна ии_П (м/сек), то из уравнения расхода диа­метр О (м) барометрического конденсатора (см. рис. VIII-29) будет

О = Т/ЗС* і,ізТ/_2_ (VIII,20)

Г лрш_п Г Р%

При остаточном давлении в конденсаторе 0,09 • 10⁴—0,18-10⁴ н/лі² (0,1—0,2 ат) рекомендуется принимать скорость пара т_п — 10—15 м/сек.

Расход охлаждающей воды определяется из уравнения теплового баланса:

С/_п + №с_ві_гн = (й + Гс_в) (VIII,21)

где /_п — энтальпия пара; В⁷, /_2Н, /_ак — расход воды, ее начальная а конечная тем­пературы соответственно.

Как следует из уравнения (VIII,21)

Для более полного теплообмена между паром и водой температура последней на выходе из конденсатора должна быть возможно ближе к температуре пара; практически указанная разность температур состав­ляет не менее 3 °С.

Конечную температуру воды обычно проверяют при принятых (по нормалям) числе тарелок и расстояниях между ними, по изменению тем­пературы воды от тарелки к тарелке. Такой приближенный тепловой рас­чет барометрических конденсаторов приводится в специальной литера­туре *.

Расчет барометрической трубы сводится к определению ее диаметра и высоты. Принимая скорость смеси воды и парового конденсата ха в Пределах 0,5—1,0 м/сек, находят диаметр трубы (в м) из уравнения рас­хода:

(VIII,23)

Высота трубы, определяемая от нижнего края корпуса аппарата до уровня жидкости в барометрическом ящике, складывается из высоты во-, дяного столба Я_Вак, соответствующей разрежению в конденсаторе и необ­ходимой для уравновешивания атмосферного давления; высоты Я_гидр, отвечающей напору, затрачиваемому на преодоление гидравлических сопротивлений в трубе и создание скоростного напора ш/²/^ воды в баро­метрической трубе. Кроме того, высоту трубы обычно принимают с запа­сом, равным 0,5 м, чтобы обеспечить бесперебойную подачу пара в конденса-

* См., например: Калач Т. А., Раду н Д. В. Выпарные станции. М., Машгиз, 1963. См. с. 285.

Гл. VIII- Нагревание, охлаждение и конденсация

тор при уменьшении в нем разрежения вследствие увеличения атмосфер­ного давления. Таким образом

^тр — Н_вак + #гндр + 0,5 м (VIII,24)

причем

^вак ⁼ Ю,33 М

где В — разрежение в конденсаторе, мм рт. ст.

Потерю напора определяют, задаваясь предварительно высотой трубы Я_тр и принимая сумму коэффициентов местных сопротивлений равной ?£* + £вы* = 1,5. Отсюда

Ягидр = ~ (1 + 4^- + 1,б) (VIII ,25)

где Я — коэффициент треиия.

После расчета Я_тр по формуле (VIII,24) принятое в уравнении (VIII,25) значение Я_тр уточняют методом последовательных приближений. -

Количество отсасываемого воздуха (и неконденсирующихся газов) ^возд (кг/сек) зависит от содержания его в конденсируемом паре [и от под­соса воздуха через неплотности во фланцевых соединениях. Обычно при­ближенно принимают, что на каждые 1000 кг охлаждающей воды и кон­денсата вносится 0,025 кг воздуха и на 1000 кг парового конденсата подса­сывается через неплотности 10 кг воздуха. Тогда расход воздуха составляет (в *

Овозд = [0,025 (№ +О)-Ь100]х 10-3 (VIII,26)

Объем отсасываемого воздуха (в м?]сек):

у — ^возд#возд (273 + ^возд) (VI11,27)

Рвозд

где Явозд = 288 дж/(кг- град) — газовая постоянная для воздуха; р_Возя — (Рост — —Рп) — парциальное давление воздуха, равное разности остаточного и парциального давле­ния пара в конденсаторе при температуре воздуха, н/м².

Воздух и неконденсирующиеся газы из барометрических конденсаторов удаляют через ловушку-брызгоуловитель главным образом водокольце­выми и поршневыми вакуум-насосами.

Расчет теплообменников с применением ЭВМ. Для выбора оптимальных техноло­гических параметров и конструктивных размеров расчет крупных теплообменных аппаратов производится на электронных вычислительных машинах. Исходными данными для расчета являются физико-химические константы и температуры теплоносителей, принятый перепад давления в теплообменнике и основные конструктивные размеры нормализо­ванных теплообменников данного типа. Расчет различных вариантов и сопоставление полу­ченных результатов дает возможность выбрать теплообменник, обеспечивающий минимум эксплуатационных расходов. Методика расчета теплообменников на ЭВМ рассматривается в специальной литературе *.

* См., например: Клименко А. П., Каневец Г. Е. Расчет теплообменных аппаратов на электронных вычислительных машинах. М., «Энергия», 1966. См. с. 269.