Орлов М.Е., Шарапов В.И. Расчет и проектирование вакуумной деаэрационной установки: Методические указания к выполнению расчетно-графической работы
Подождите немного. Документ загружается.
21
,
6,3
пвх
выпп
вх
GG
w
ρ
Ω
+
′
= (4.8)
,
6,3
пвых
вып
вых
G
w
ρ
Ω
= (4.9)
где Ω
вх
, Ω
вых
– живые сечения для прохода пара на входе в пучок струй и
на выходе из него.
Величины Ω
вх
и Ω
вых
определяются по формулам
),(
11 oвх
dnDL −=Ω
π
(4.10)
),(
22 oвых
dnDL −=Ω
π
(4.11)
где D
1
, D
2
– диаметры условной окружности по наружному и
внутреннему диаметрам пучка, м (см. рис. 4.1); n
1
, n
2
– число отверстий,
вынесенных соответственно на условную окружность диаметром D
1
и D
2
,
шт.
Значения величины внутреннего диаметра пучка D
2
содержатся в
прил. В или [5, табл. 4]. Значения величин D
1
, n
1
, n
2
выбираются из
геометрических соображений.
Средняя скорость пара в струйном отсеке при w
вх
/w
вых
< 1,25
подсчитывается по формуле
2
выхвх
ср
п
ww
w
+
= , (4.12)
при w
вх
/w
вых
> 1,25 – по формуле
.
)/ln(
выхвх
выхвх
ср
п
ww
ww
w
−
= (4.13)
Полученная средняя скорость пара в первом отсеке сопоставляется
с принятой в начале расчета. В случае, если расхождение между ними
22
превышает 0,1 м/с, расчет повторяется при новом исходном значении
скорости.
5. РАСЧЕТ ПЕРЕПУСКНОЙ ТАРЕЛКИ
Целью расчета является определение геометрических
характеристик перепускной тарелки и скорости пара в горловине тарелки.
Высота борта тарелки Н
б
, мм, и максимальный уровень воды на
тарелке h
maх
, мм, принимаются на основании предварительных расчетов
равными соответственно 200 мм и 70 мм [2].
Допустимое значение скорости пара в горловине тарелки
доп
п
w , м/с,
определяется по формуле
,10
)65,0(2
3
max
⋅
−
=
п
б
доп
п
hHg
w
ζρ
(5.1)
где ζ – коэффициент сопротивления горловины тарелки изменяется в
пределах 3,5÷4,0.
Диаметр горловины для прохода пара D
гор
, м, принимается по прил.
В, а площадь горловины для прохода пара F
гор
, м
2
, вычисляется по
формуле
.
4
2
гор
гор
D
F
π
= (5.2)
Расход пара в горловине тарелки
гор
п
G , м/с, вычисляется по формуле
.
выпп
гор
п
GGG +
′
= (5.3)
Скорость пара в горловине тарелки
гор
п
w , м/с, определяется по
формуле
23
.
6,3
гор
п
гор
п
гор
п
F
vG
w = (5.4)
Площадь отверстия для слива воды с перепускной тарелки при
максимальном уровне воды F
п.т
, м
2
, вычисляется по уравнению
.
26,3
max
.
gh
G
F
рв
пр
тп
μρ
= (5.5)
где μ
р
– коэффициент расхода для перепускной тарелки, принимается
равным 0,55.
Центральный угол выреза в перепускной тарелке
α
у
принимается по
прил. В.
Фактический уровень воды на перепускной тарелке
ф
тп
h
.
, м,
вычисляется по формуле
.
2)(6,3
360
2
22
.
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎣
⎡
−
=
grR
G
h
рву
пр
ф
тп
πμρα
(5.6)
где (R
2
– r
2
) – разность квадратов наружного и внутреннего диаметров
перепускной тарелки, м
2
, принимается по прил. В.
6. РАСЧЕТ ПРОЦЕССА ДЕГАЗАЦИИ ВОДЫ
Расчет процесса дегазации воды основан на определении
коэффициентов десорбции О
2
и СО
2
и вычислении необходимой площади
барботажного листа для удаления этих газов из воды до значений,
требуемых по заданию.
24
Расчет концентраций кислорода
2
1
О
С и свободного диоксида
углерода
2
1
СО
С , мг/кг, на верхней тарелке производится с помощью
эмпирических формул
,])003,0(27,00027,047,0[
22
33,0
..1
О
пндпн
О
СtptС ⋅−++= (6.1)
.])008,032,0(0118,01[
22
25,1
.1
CО
пнд
СО
СtpС ⋅−+−=
−
(6.2)
В отсеках вакуумных деаэраторов с поперечным омыванием пучка
струй концентрация кислорода
2
2
О
С , мг/кг, в конце струйного потока
вычисляется по формуле
3
2
1
1
2
2
/
1
2
10
o
О
dLСВ
О
О
С
С = , (6.3)
где В
1
– эмпирический коэффициент, зависит от температуры исходной
воды и давления в деаэраторе, определяется по номограмме (рис. 4.2).
Концентрация свободного диоксида углерода
2
2
СО
С , мг/кг, в конце
струйного потока вычисляется по формуле
[]
,
10
32
1
2
2
)(/
1
2
вхвыхo
СО
ttdLСЕ
СО
СО
С
С
−
= (6.4)
где t
вх
, t
вых
– температуры воды в начале и в конце струйного потока, °С;
Е – коэффициент, зависящий от давления в деаэраторе и температуры
исходной воды, определяется по номограмме (рис. 6.1).
25
Далее производится
расчет процесса дегазации на
барботажном листе.
Исследование непровальных
барботажных листов показало,
что процесс дегазации воды
происходит за счет двух
факторов: увлечения газовых
пузырьков потоком пара и
турбулентной диффузии.
Интенсивность потока
жидкости на барботажном
листе J, м
3
/(м·ч), вычисляется
по формуле
,/ aVJ
в
=
(6.5)
где V
в
– объемный расход воды на входе в барботажное устройство, м
3
/ч;
а – длина переливного порога, м.
Расход воды на входе в барботажное устройство представляет
собой сумму расходов исходной воды и пара, сконденсировавшегося в
струйном отсеке
,
.
в
пви
в
GG
V
ρ
′
+
= (6.6)
где ρ
в
– плотность воды на входе в барботажное устройство, кг/м
3
.
Величина а, м, находится как разность между радиусом
барботажного листа R
б
и радиусом водоподводящей трубы r
под
, м.
Геометрические характеристики деаэрационной колонки указаны в прил.
В.
t=60°C
5
0
40 30
20
10
Е·1
0
2
0 0,2 0,4 0,6 0,8 р, кгс/см
2
8,0
7,0
6,0
5,0
4,0
3,0
2,0
1,0
Рис. 6.1. Зависимость коэффициента
Е
от абсолютного давления в деаэраторе
и температ
у
ры исходной воды
26
Скорость течения жидкости по барботажному листу w
в
, м/ч,
определяется по формуле
,/
динв
hJw = (6.7)
где h
дин
– высота динамического слоя жидкости, который остался бы на
барботажном листе после разрушения двухфазного потока, м.
Одной из основных характеристик, определяющих эффект
дегазации на непровальном барботажном листе, является динамический
напор водяного пара в рабочем сечении барботажного листа ρ
п
w
п
2
,
кгс/см
2
. Увеличение эффекта дегазации происходит до определенных
значений динамического напора потока водяного пара. Оптимальными
значениями, используемыми для расчетов, можно считать: для
кислорода ρ
п
w
п
2
= 95·10
–3
кгс/см
2
, для диоксида углерода
115·10
–3
кгс/см
2
[2].
В общем случае величина ρ
п
w
п
2
определяется по графикам в
зависимости от отношения концентраций газа на входе и на выходе с
барботажного листа [2].
В диапазоне изменения ρ
п
w
п
2
от 15·10
–3
до 150·10
–3
кгс/см
2
высоту
динамического слоя жидкости рекомендуется определять по формуле
(
)
,15,18,0
0
2
hwh
ппдин
ρ
−= (6.8)
где h
0
– высота слоя жидкости на листе при отсутствии барботажа, м.
,003,0
32
.0
Jhh
пп
⋅+= (6.9)
где h
п.п
– высота переливного порога, принимается равной 0,1 м.
Для определения коэффициентов десорбции (массопередачи)
кислорода и диоксида углерода в [2] рекомендуются следующие
формулы:
27
,32,1
33,0
2
2
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
=
σ
ρ
опп
вО
dw
wК (6.10)
,805,0
33,0
2
2
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
=
σ
ρ
опп
вСО
dw
wК (6.11)
где d
о
– ширина щели или диаметр отверстий на барботажном листе,
рекомендуется принимать для щелей 0,03–0,05 см, для отверстий 0,05–
0,08 см; σ – коэффициент поверхностного натяжения
системы вода-пар, принимается равным 0,07 кгс/см.
Средний концентрационный напор газа на барботажном листе ΔС
ср
,
мг/кг, определяется по формуле
,
2
)(
ln
)()(
..
.
.
.. рнрк
рнк
рнн
рнкрнн
ср
СС
СС
СС
СССС
С
−
−
−
−
−−−
=Δ
(6.12)
где С
н
, С
к
– концентрации О
2
или СО
2
в воде при входе и при выходе с
барботажного листа, мг/кг; С
н.р
, С
к.р
– концентрации удаляемого газа в
жидкости, равновесные с начальной и конечной концентрацией газа на
барботажном листе, мг/кг.
Так как расход пара, покидающего барботажный лист, значительно
превосходит расход выделившихся газов, то величины С
н.р
и С
к.р
оказываются равными практически нулю и в расчетах ими можно
пренебречь.
В расчетах по формуле (6.12) конечную концентрацию диоксида
углерода на барботажном листе
2
СО
к
С принять равной 0,01 мг/кг.
Необходимая площадь барботажного листа для удаляемого газа
находится из уравнения массопередачи
,10
6−
⋅Δ= FCKG
всрг
ρ
(6.13)
28
где G
г
– количество удаляемого газа, кг/ч; K – коэффициент
массопередачи для соответствующего газа, м/ч; ΔС
ср
– средний
концентрационный напор газа на барботажном листе, кг/м
3
; ρ
в
– средняя
плотность воды на барботажном листе, кг/м
3
; F – площадь барботажного
листа, м
2
.
Количество удаляемого газа можно определить исходя из расхода
воды на входе в барботажное устройство (G
и.в
+ G'
п
), т/ч, и разности
начальной С
н
и конечной С
к
, мг/кг, концентраций этого газа на
барботажном листе
.10))((
3
.
−
⋅−
′
+=
кнпвиг
ССGGG (6.14)
Фактическое значение рабочей площади барботажного листа F
р
, м
2
,
не должно быть меньше наибольшего из необходимых значений для О
2
и
СО
2
, а также должно выбираться исходя из конструктивных соображений,
т. е. учитывать принятый диаметр барботажного листа, размер сектора
для удаления воды, диаметр перепускных труб и т. д.).
7. ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ БАРБОТАЖНОГО
УСТРОЙСТВА
В ходе гидравлического расчета барботажного устройства
определяются скорости пара и воды в отверстиях барботажного листа. С
этой целью сначала определяется необходимая площадь отверстий на
барботажном листе F
o
, м
2
, по формуле
,152,0
2
ппpo
wFF
ρ
= (7.1)
где F
р
– фактическое значение рабочей площади барботажного листа, м
2
.
29
Фактическая площадь отверстий на барботажном листе F
o
ф
, м
2
,
определяется по прил. В. Далее определяется минимально допустимая
скорость пара w
min
, м/с, в отверстиях барботажного листа
./6,20
min п
w
ρ
= (7.2)
Расход пара через барботажный лист G
б.л
, т/ч, представляет собой
разность между расходами пара, подводимого к барботажному
устройству и отводимого в перепускные трубы
,
. перплб
GGG −= (7.3)
где G
п
, G
пер
– расходы пара, подводимого к барботажному устройству и
отводимого в пароперепускные трубы, т/ч.
Расход пара G
пер
, т/ч, отводимого в пароперепускные трубы,
определяется как разность расхода пара в горловине перепускной тарелки
и расхода пара, идущего собственно на барботаж
,
.бп
гор
ппер
GGG −= (7.4)
где G
п.б
– расход пара на собственно барботаж, т/ч.
Величина G
п.б
, т/ч, определяется по формуле
,6,3
. рппбп
FwG
γ
= (7.5)
где w
п
γ
п
– приведенная весовая скорость пара принимается равной
0,15÷0,20 кг/(м
2
·с).
Скорости пара в отверстиях барботажного листа w
л
и в перепускных
трубах w
пер
, м/с, определяются по соответствующим формулам
,
6,3
.
ф
о
плб
л
F
vG
w = (7.6)
30
,
6,3
пер
ппер
пер
F
vG
w = (7.7)
где F
пер
– общая площадь сечения перепускных труб, м
2
, определяется по
прил. В.
Скорость пара в отверстиях барботажного листа, рассчитанная по
формулам (7.6), не должна быть меньше минимально допустимой
скорости пара, определенной по формуле (7.2).
Гидравлическим расчетом барботажного устройства завершается
расчет основных рабочих параметров вакуумного деаэратора.