Определение диаметров штуцеров.

Диаметр штуцеров определяют из уравнения расхода:

где V – объемный расход потока, м³/с;

Y – массовый расход потока, кг/с;

r – плотность вещества потока, кг/м³;

w – допустимая линейная скорость потока, м/с.

Величина допустимой скорости потока для расчета диаметра штуцеров (а также трубопроводов и других деталей и узлов химических аппаратов) принимается по опытным данным скоростей движения жидкостей и газов (паров) в промышленных условиях, приведенным в таблице 1.2.

 

Таблица 1.2

Ориентировочные значения допустимой скорости потока

Среда и условия движения	Скорость, м/с
Маловязкие жидкости (до 0,01 Па × с) при перекачивании насосом	0,5 ÷ 3,0
Вязкие жидкости (свыше 0,01 Па с) при перекачивании насосом	0,2 ÷ 1,0
Жидкости (конденсаты) при движении самотеком	0,1 ÷ 0,5
Пар насыщенный	15 ÷ 25
Пар перегретый (газы)	20 ÷ 50
Паро-жидкостный поток в пересчете на однофазный жидкостный поток	0,5 ÷ 1,0

По рассчитанным значениям диаметров штуцеров принимают нормализованные диаметры, числовые значения которых приведены ниже.

d_ш, (мм): 20, 25, 32, 40, 50, 65, 80, 100, 125, 150, 200, 250, 300, 350, 400, 500, 600, 800.

Для принятых значений диаметров уточняются скорости потоков в штуцерах.

В межтрубном пространстве испарителя поступает смесь уксусной кислоты и воды в количестве Y₁ = 3,84 кг/с при температуре 113 С.

Плотность поступающей смеси определим по уравнению

Где х₁ = 0,04; х₂ = 0,96 – содержание уксусной кислоты и воды во входящей флегме, % масс;

r₁ = 934,6 кг/м³; r₂ = 948,25 кг/м³ – их плотности при температуре 113°С [1, с. 804] (получены интерполяцией).

Ориентировочное значение скорости жидкости, поступающей самотеком с низа ректификационной колонны в испаритель, примем согласно таблице 1.2. равным 0,5 м/с.

Тогда

Рассчитанное числовое значение диаметра штуцера соответствует нормализованному значению диаметра. Поэтому скорость поступающей смеси во входном штуцере будет равна

Из испарителя уходит жидкость в количестве Y₂ = 2,39 кг/с при температуре 113°С. Плотность ее р_ж = 949,9 кг/м³ (расчет приведен выше). Жидкость движется также самотеком на прием насоса, поэтому ориентировочное значение скорости примем равным w₂ = 0,5 м/с.

Тогда

Рассчитанное числовое значение диаметра штуцера соответствует нормализованному значению диаметра. Поэтому скорость уходящей жидкости в выходном штуцере будет равна .

Из испарителя уходит паровая фаза в виде насыщенного пара в количестве Y₃ = 1,55 кг/с. Плотность ее r_п =0,918 кг/м³ (расчет приведен выше).

Примем ориентировочное значение скорости w₃ = 20 м/с.

Тогда

Принимаем d_ш3 = 350 мм.

Уточненное значение скорости в»штуцере составит:

В трубное пространство испарителя поступает насыщенный водяной парв количестве Y_B =1,64 кг/с при давлении 6 кгс/см² и температуре 158,1 °С. При этих условиях плотность водяного пара равна r_вп = 3,104 кг/м³ [2, с. 549].

Примем ориентировочное значение скорости w₄ = 20 м/с.

Тогда

Принимаем d_ш4 = 200 мм.

Уточнённое значение скорости пара в штуцере составит:

.

В трубном пространстве испарителя насыщенный водяной пар должен быть полностью сконденсирован. Для соблюдения этого условия образующийся конденсат отводят из аппарата через конденсатоотводчик, обеспечивающий, с одной стороны, быстрый и своевременный отвод конденсата, а с другой – препятствующий уходу с конденсатом части не успевшего сконденсироваться пара (так называемого пролетного пара), предотвращая тем самым его потерю.

Конденсат из испарителя уходит самотеком при температуре 158,1 °С. При этой температуре его плотность равна r_к=909 кг/м³ [2, с. 537].

Примем ориентировочное значение скорости w₅ = 0,5 м/с.

Тогда

Принимаем d_ш5 = 80 мм.

Уточнённое значение скорости пара в штуцере составит:

.