Расчет теплообменников смешения

В смесительных аппаратах теплопередача осуществляется при непосредственном контакте и смешении теплоносителей. Типичным примером такого теплообменника является барометрический конденсатор (см. раздел 8.3).

При расчете барометрического конденсатора определяют расход охлаждающей воды , размеры корпуса и число полок, размеры барометрической трубы и количество воздуха, подлежащего откачиванию вакуум-насосом.

Пренебрегая теплом с уходящим воздухом, расход воды на полную конденсацию пара в количестве определяют из теплового баланса

,

откуда

,

где – энтальпия пара; и – начальная и конечная температуры воды.

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 зависимости от следующих скоростей: для пара, входящего в конденсатор, – 40 ÷ 50 м/с; для воздуха – 12 ÷ 15 м/с; для охлаждающей воды – 1,0 ÷ 1,2 м/с; для барометрической воды – 0,3 ÷ 0,5 м/с. Конструктивно расстояние между полками принимают одинаковым:

,

где – диаметр корпуса конденсатора.

Конечную температуру барометрической воды, выходящей из конденсатора, принимают на 3–4 °С ниже температуры насыщения.

Необходимое число полок конденсатора можно рассчитать по формуле

,

где – температура насыщенного пара; – температура воды на выходе из первой полки.

Температуру можно рассчитать из соотношения

,

где – эквивалентный диаметр плоской струи; и – ширина и толщина струи; – скорость истечения струи, ; – расход барометрической воды.

Высота барометрической трубы (от уровня воды в барометрическом сборнике до парового патрубка в корпусе):

.

Здесь – разрежение в конденсаторе, кПа; 102 – давление в кПа, соответствующее 760 мм рт. ст.; – скорость воды и конденсата в барометрической трубе (принимают 0,3 ÷ 0,5 м/с); – сумма коэффициентов сопротивления на входе воды в трубу и на выходе из нее (принимают ); – коэффициент сопротивления трению (); – внутренний диаметр барометрической трубы.

В последнем уравнении первая составляющая – высота столба воды в трубе, необходимая для уравновешивания атмосферного давления, вторая составляющая – напор, необходимый для преодоления сопротивлений в барометрической трубе и сообщения воде скорости . Высота 0,5 м прибавляется для того, чтобы при увеличении вакуума вода не заливала паровой патрубок конденсатора и не попадала в примыкающий к нему аппарат.

Диаметр барометрической трубы находят из уравнения расхода смеси конденсата пара и воды , движущейся по ней,

( – плотность воды в барометрической трубе).

Для определения количества воздуха , откачиваемого из конденсатора вакуум-насосом, пользуются эмпирической формулой

,

объем отсасываемого воздуха

,

где – газовая постоянная для воздуха, Дж/(кг·К); – температура воздуха, ; – парциальное давление воздуха, ( – общее давление в конденсаторе – парциальное давление пара, равное давлению насыщения при температуре ).