Конденсаторы смешения
В химических производствах обычно не требуется получать чистый конденсат водяного пара для его последующего использования. Поэтому широко распространены конденсаторы смешения, более простые по устройству и соответственно более дешевые, чем кожухотрубчатые теплообменники, применяемые в качестве поверхностных конденсаторов.
Одной из самых распространенных конструкций конденсаторов смешения является сухой полочный барометрический конденсатор (рис. VIII-29, а), работающий при противоточном движении охлаждающей воды и пара. В цилиндрический корпус 1 с сегментными полками 2 снизу через штуцер 3 поступает пар. Вода подается через штуцер 4 (расположенный на высоте 12—16 м над уровнем земли) и каскадно перетекает по полкам, имеющим невысокие борта. При соприкосновении с водой пар конденсируется.
Смесь конденсата и воды сливается самотеком через штуцер 5 в барометрическую трубу 6 высотой примерно 10 м и далее — в барометрический ящик 7. Барометрические труба и ящик играют роль гидравлического затвора, препятствующего прониканию наружного воздуха в аппарат. Из барометрического ящика вода удаляется в канализацию через переливной штуцер.
Вместе с паром и охлаждающей водой в конденсатор попадает некоторое количество воздуха; кроме того, воздух подсасывается через неплотности фланцевых соединений. Остаточное давление в конденсаторе наиболее часто должно поддерживаться в пределах 0,1—0,2 а/п. Присутствие неконденсируемых газов может вызвать значительное снижение разрежения в конденсаторе. Поэтому неконденсируемые газы отсасывают через штуцер 8 и отделяют от увлеченных брызг воды в брызгоуловителе-ловушке (на рисунке не показана). Отсюда вода также стекает в вертикальную барометрическую трубу и барометрический ящик.
В барометрических конденсаторах иногда вместо сегментных полок применяются полки, представляющие собой чередующиеся круглые диски и кольца (рис. VIII-29, б), а также ситчатые сегментные полки. Через отверстия последних вода стекает каплями, вследствие чего увеличивается поверхность ее соприкосновения с паром, но отверстия ситчатых тарелок могут легко засоряться.
| Рис. VIII-29. Барометрический конденсатор: а — с сегментными полками; б — с кольцевыми полками; 1 — цилиндрический корпус; 2 — сегментные полки; 3 — штуцер для подвода пара; 4 — штуцер для подвода воды; 5 — штуцер для отвода воды и конденсата: 6 — барометрическая труба; 7 —барометрический ящик; 8— штуцер для отвода неконденсируемых газов. | Рис. VIII-30. Сухой прямоточный конденсатор низкого уровня: 1 — корпус; 2 — сопло; 3 — центробежный насос; 4 — воздушный насос. |
Для установок умеренной производительности применяют прямоточные конденсаторы (рис. VIII-30), расположенные на низком уровне. Вследствие этого вода чаще всего засасывается в аппарат под действием имеющегося в нем разрежения и впрыскивается в корпус 1 через сопло 2. Пары поступают в конденсатор сверху. Охлаждающая вода и конденсат удаляются центробежным насосом 3, а воздух отсасывается воздушным насосом 4.
Такие конденсаторы значительно компактнее противоточных барометрических. Однако основной недостаток противоточных аппаратов (большая высота) компенсируется меньшим расходом охлаждающей воды, а также меньшим объемом отсасываемого воздуха. Последнее обусловлено более низкой температурой воздуха в этих аппаратах по сравнению с прямоточными конденсаторами. Кроме того, достоинством противоточных барометрических конденсаторов является наиболее простой и дешевый способ отвода удаляемой в канализацию воды.
Конденсаторы смешения широко применяются для создания разрежения в установках, работающих под вакуумом, в том числе в вакуум-фильтрах, вакуум-сушилках, выпарных аппаратах и др.
Дата добавления: 2016-03-15 ; просмотров: 1971 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ
Конденсаторы смешения
В химических производствах обычно не требуется получать чистый конденсат водяного пара для его последующего использования. Поэтому широко распространены конденсаторы смешения, более простые по устройству и соответственно более дешевые, чем кожухотрубчатые теплообменники, применяемые в качестве поверхностных конденсаторов.
Одной из самых распространенных конструкций конденсаторов смешения является сухой полочный барометрический конденсатор (рис. VIII-29, а), работающий при противоточном движении охлаждающей воды и пара. В цилиндрический корпус 1 с сегментными полками 2 снизу через штуцер 3 поступает пар. Вода подается через штуцер 4 (расположенный на высоте 12—16 м над уровнем земли) и каскадно перетекает по полкам, имеющим невысокие борта. При соприкосновении с водой пар конденсируется.
Смесь конденсата и воды сливается самотеком через штуцер 5 в барометрическую трубу 6 высотой примерно 10 м и далее — в барометрический ящик 7. Барометрические труба и ящик играют роль гидравлического затвора, препятствующего прониканию наружного воздуха в аппарат. Из барометрического ящика вода удаляется в канализацию через переливной штуцер.
Вместе с паром и охлаждающей водой в конденсатор попадает некоторое количество воздуха; кроме того, воздух подсасывается через неплотности фланцевых соединений. Остаточное давление в конденсаторе наиболее часто должно поддерживаться в пределах 0,1—0,2 а/п. Присутствие неконденсируемых газов может вызвать значительное снижение разрежения в конденсаторе. Поэтому неконденсируемые газы отсасывают через штуцер 8 и отделяют от увлеченных брызг воды в брызгоуловителе-ловушке (на рисунке не показана). Отсюда вода также стекает в вертикальную барометрическую трубу и барометрический ящик.
В барометрических конденсаторах иногда вместо сегментных полок применяются полки, представляющие собой чередующиеся круглые диски и кольца (рис. VIII-29, б), а также ситчатые сегментные полки. Через отверстия последних вода стекает каплями, вследствие чего увеличивается поверхность ее соприкосновения с паром, но отверстия ситчатых тарелок могут легко засоряться.
Рис. VIII-29. Барометрический конденсатор:
а — с сегментными полками; б — с кольцевыми полками; 1 — цилиндрический корпус; 2 — сегментные полки; 3 — штуцер для подвода пара; 4 — штуцер для подвода воды; 5 — штуцер для отвода воды и конденсата: 6 — барометрическая труба; 7 —барометрический ящик; 8 — штуцер для отвода неконденсируемых газов.
Рис. VIII-30. Сухой прямоточный конденсатор низкого уровня:
1 — корпус; 2 — сопло; 3 — центробежный насос; 4 — воздушный насос.
Для установок умеренной производительности применяют прямоточные конденсаторы (рис. VIII-30), расположенные на низком уровне. Вследствие этого вода чаще всего засасывается в аппарат под действием имеющегося в нем разрежения и впрыскивается в корпус 1 через сопло 2. Пары поступают в конденсатор сверху. Охлаждающая вода и конденсат удаляются центробежным насосом 3, а воздух отсасывается воздушным насосом 4.
Такие конденсаторы значительно компактнее противоточных барометрических. Однако основной недостаток противоточных аппаратов (большая высота) компенсируется меньшим расходом охлаждающей воды, а также меньшим объемом отсасываемого воздуха. Последнее обусловлено более низкой температурой воздуха в этих аппаратах по сравнению с прямоточными конденсаторами. Кроме того, достоинством противоточных барометрических конденсаторов является наиболее простой и дешевый способ отвода удаляемой в канализацию воды.
Конденсаторы смешения широко применяются для создания разрежения в установках, работающих под вакуумом, в том числе в вакуум-фильтрах, вакуум-сушилках, выпарных аппаратах и др.
Конденсатор смешения это аппарат где
Конденсаторы смешения более просты и дешевы. Их делят на мокрые и сухие. Конденсаторы смешения применяют только для конденсации паров
воды или малоценных жидкостей, так как из аппарата выходит смесь образовавшегося конденсата с водой. Они широко распространены в химической промышленности, так как имеют высокую производительность и легко могут быть защищены от коррозии. Мокрые конденсаторы отличаются тем, что из них охлаждающая вода вместе с конденсатом и неконденсирующимися газами откачивается мокровоздушным насосом. В сухих конденсаторах вода вместе с конденсатом стекает по трубе самотеком, а неконденсируюимещиеся газы откачиваются из верхней части аппарата обычным вакуумным насосом.
Для достижения полной конденсации пара необходимо тщательное перемешивание, которое достигается разбрызгиванием охлаждающей воды.
На рис, 244 приведена схема мокрого прямоточного конденсатора с переливными полками. Вода разбрызгивается в верхней части аппарата и перетекает с полки на полку, орошая и конденсируя пар, который движется в том же направлении. Схема конденсатора, работающего по принципу противотока, показана на рис. 245.
Барометрические конденсаторы разных типов показаны на рис. 247. В табл. 43 приведены производительность барометрических конденсаторов, их габаритные размеры и масса, в табл. 44 — назначение и размеры условных проходов штуцеров в мм. К нижней части конденсатора присоединена барометрическая труба для стока воды и конденсата.
Примечание. Для всех конденсаторов, приведенных в таблице, а = 1300 мм и r= 1200 мм . * См. рис. 247, а; ** См. рис. 247, б; *** См. рис. 247, в.
Если рассчитать конденсатор таким образом, чтобы температура охлаждающей воды на выходе была близка к температуре поступающего пара, а температура отходящего воздуха была близка к температуре входящей воды, то можно добиться наименьших энергетических затрат на откачку воздуха и наименьшего расхода охлаждающей воды. Высоту барометрической трубы подбирают таким образом, чтобы cумма давления внутри аппарата и давления столба жидкости в трубе равнялась атмосферному давлению. При наилучшем вакууме давление внутри аппарата практически равно давлению насыщения пара при температуре охлаждающей воды; высота трубы должна быть не менее 10 м, но соответствует атмосферному давлению. Благодаря наличию барометрической трубы вода из конденсатора удаляется самотеком и не нужно тратить энергию на откачку воды насосом, как это делается в сухих конденсаторах низкого ровня.
Преимущества струйного конденсатора рис. 248): интенсивная теплопередача и потому большая производительность на единицу поверхности, относительно простая конструкция при низкой стоимости и, наконец, возможность конденсации коррозирующих паров без разрушения стенок конденсатора, что исключает применение специальных химически стойких материалов. Недостатки струйного конденсатора, как и других конденсаторов смешения: большой объем охлаждающей воды, необходимость доведения давления охлаждающей воды, конденсата и инертных газов от вакуума до атмосферного давления; выделение газов, растворенных в охлаждающей воде, в паровое пространство с соответствующим повышением давления. Барометрические водоструйные конденсаторы применяют в том случае, когда коррозирующие газы поступают в аппарат одновременно с паром.
Конденсаторы смешения
Конструкция конденсаторов смешения. В конденсаторах смешения пар и охлаждающая вода смешиваются путем впрыскивания воды в паровое пространство; при этом пар отдает скрытое тепло холодной воде, нагревает ее и конденсируется.
Конденсаторы смешения могут применяться только для сжижения паров воды или других жидкостей, не представляющих ценности; в тех случаях, когда требуется выделить конденсат в чистом виде или конден
сировать пары какой-нибудь ценной жидкости, конденсаторы смешения непригодны.
Конденсаторы смешения широко распространены в химической промышленности, так как они отличаются высокой производительностью, имеют простую конструкцию и легко могут быть защищены от коррозии.
По способу действия различают конденсаторы смешения двух типов: 1) м о к р ы е и 2) с у х и е.
В мокрых конденсаторах охлаждающая вода, конденсат и газы откачиваются совместно одним мокровоздушным насосом; в сухих или барометрических конденсаторах вода и конденсат стекают самотеком по одной трубе, воздух же и газы откачиваются из верхней части конденсатора воздушным вакуум-насосом.
Процесс работы конденсатора смешения очень прост. Пар и охлаждающая вода смешиваются в герметически замкнутом сосуде, в котором при сжижении пара создается вакуум.
Для того чтобы вода могла хорошо перемешиваться с паром и быстро поглощать его скрытую теплоту, необходимо создать возможно большую поверхность соприкосновения ее с паром. Для этого охлаждающая вода либо р спыляется через сопла, либо стекает через борта и в отверстия горизонтальных полок.
В зависимости от взаимного направления движения пара и воды различают противоточные и прямоточные конденсаторы, а в зависимости от высоты расположения—конденсаторы низкого и высокого уровня.
Взаимное направление движения пара и жидкости в конденсаторе не имеет значения для теплообмена, так как процесс протекает при изменении агрегатного состояния одного из участвующих в теплообмене веществ (пара). Однако в противоточных конденсаторах расходуется меньше энергии на перемещение воды и удаление воздуха, чем в прямоточных. При противотоке разность температур конденсирующегося пара и уходящей воды равна 1—3°, а при прямотоке 5—6° и, следовательно, расход воды в прямоточных конденсаторах будет большим.
В сухих противоточных конденсаторах воздух удаляется сверху, где. температура его близка к начальной температуре охлаждающей воды; при прямотоке, как правило, приходится удалять воздух, имеющий более высокую температуру и, следовательно, больший объем.
Прямоточные конденсаторы применяются главным образом для установок сравнительно небольшой производительности и в тех случаях, когда смесь воды и конденсата поступает на охлаждение (например, в градирню) и вновь используется в конденсаторе.
Известны конденсаторы разнообразной конструкции. Ниже рассмотрены некоторые типичные аппараты.
Рис. 280. Сухой прямоточный конденсатор низкого уровня:
/—корпус; 2—сопло; 3—центробежный насос; 4— воздушный насос.
На рис. 280 изображен сухой прямоточный конденсатор, расположенный на низком уровне. Вода в конденсатор засасывается вследствие имеющегося в нем разрежения. Пар поступает в верхнюю часть
корпуса 1 конденсатора и смешивается с водой, распыляемой соплами 2. Конденсат и вода откачиваются центробежным насосом 3. Для сохранения вакуума, образующегося при конденсации пара, воздух и нескон — денсированные газы отсасываются воздушным насосом 4.
При давлении в конденсаторе 0,15 ата (в среднем) вакуум равен 8,5 м вод. ст., а остаточный напор для распыления воды в конденсаторе должен быть не менее 3,5-f3 м вод. ст. Поэтому патрубок для ввода охлаждающей воды в такой конденсатор должен быть расположен на высоте не более 5—
5,5 м над уровнем охлаждающей воды в резервуаре или бассейне.
Сухой противоточный барометрический конденсатор (рис. 281) состоит из корпуса 1, снабженного полками 2 для орошения водой, и барометрической трубы 3 для стока охлаждающей воды и конденсата. Пар поступает в конденсатор снизу через штуцер 4, вода подводится по патрубку 5 и стекает последовательно через отверстия борта тарелок.
Воздух отсасывается через патрубок 6 и проходит брызгоуловитель-ловушку 7 с барометрической трубой 8. В брызгоуловителе воздух меняет направление, а частицы воды, унесенные возду — Рис. 281. Сухой проти- Рис. 282. Сухой баромет — хом из конденсатора, как бо — воточный барометриче — рический конденсатор с тяжрпыр ппопппжяют по
Ский конденсатор: кольцевыми полками: лее тяжелые, продолжают по
/—корпус; 2—полки; 3. /-корпус; 2, 3-кольце вые ИНерЦИИ ДВИГаТЬСЯ ВНИЗ И в—барометрические трубы; полки; 4—труба для ввода па — СТЄКЗЮТ ЧЄПЄЗ Tpv6v 8. OCV —
4— Штуцер для ввода пара; ра; 5—штуцер для ввода воды; „ ^ J
5— Патрубок для ввода во — б-штуцер для отсасывания шенНЫИ ВОЗДуХ ОТСаСЫВаеТСЯ ды; 6—патрубок для отса- воздуха; 7-штуцер для отво — КЯк\шм. нярпгпм
Сывания воздуха; 7—брыз — № конденсата. оап. уут na^w^yjm.
Гоулрвитель-ловушка. БарОМЄТрИЧЄСКИЄ КОН —
Денсаторы изготовляют главным образом с сегментными и кольцевыми (рис. 282) полками. Наиболее часто применяют сегментные полки, так как их проще собирать и не требуется устройства центральной трубы, из-за которой уменьшаются при прочих равных условиях живое сечение и производительность конденсатора.
Производительность барометрических конденсаторов колеблется в пределах 250-^15 ООО кгс конденсируемого пара в час. Абсолютное давление в них равно обычно 0,1-^0,2 ата.
В барометрических конденсаторах расход энергии значительно меньше, чем в конденсаторах низкого уровня, так как вода в барометрических конденсаторах не откачивается насосом, а удаляется самотеком через барометрическую трубу. Преимущества барометрических конденсаторов особенно заметны в тех случаях, когда отработанная вода сливается в канализацию и может быть создан естественный напор воды, поступающей в конденсатор.
В химической промышленности сухие барометрические конденсаторы применяются главным образом в многокорпусных выпарных установках, последние корпуса которых работают под вакуумом.
Мокрые конденсаторы применяют лишь в тех случаях, когда по каким-либо причинам невозможна установка барометрической трубы.
В мокром прямоточном конденсаторе полочного типа (рис. 283) охлаждающая вода впрыскивается сверху при помощи разбрызгивателя и в виде плоских струй стекает с полки на полку. Пар движется сверху вниз параллельно воде. Конденсат, вода и не — сконденсированные газы откачиваются снизу мокровоздушным насосом.
Нагревание воды в конденсаторах смешения. Стоимость конденсации зависит в основном от двух факторов: стоимости установки и расхода охлаждающей воды и энергии. Для уменьшения расхода воды необходимо увеличивать размеры конденсатора, и, наоборот, уменьшение размеров конденсатора ведет к увеличению расхода воды.
В каждом конкретном случае подбирают оптимальные условия, с тем чтобы затраты на сооружение и эксплуатацию конденсационной установки были наименьшими.
Для выяснения зависимости расхода охлаждающей воды от размеров и конструкции конденсатора рассмотрим процесс нагревания воды в конденсаторе.
Впрыскиваемая в конденсатор вода нагревается при непосредственном ее соприкосновении с паром; поэтому в равных условиях интенсивность теплообмена, а следовательно, и степень нагрева будут тем больше, чем больше поверхность соприкосновения воды с паром и чем длительнее это соприкосновение.
Величина поверхности данного объема воды зависит от способа ее распределения в конденсаторе.
Охлаждающая вода может стекать в виде пленки, а также в виде плоских и цилиндрических струй или мелких капель. При любом способе распределения воды отношение поверхности соприкосновения к объему воды зависит от толщины и диаметра струй и капель. При одном и том же объеме поверхность будет наибольшей в том случае, когда вода вбрызгивается в конденсатор в виде отдельных капель, и наименьшей— когда вода стекает в виде пленки.
Определим продолжительность нагревания впрыскиваемой воды до заданной температуры в зависимости от формы распределения воды и толщины ее слоя.
Рис. 283. Мокрый прямоточный конденсатор:
/—корпус; 2—полка; S—разбрызгиватель.
Количество тепла, которое имела капля воды на входе в конденсатор, избыточное по отношению к теплосодержанию воды при темпера-
Рассматривая процесс нагревания воды в конденсаторе смешения как неустановившийся процесс теплообмена, можно вести расчет в соответствии с формулой (2—186):
туре пара в конденсаторе (принимая температуру последнего в конденсаторе практически постоянной), можно выразить равенством
А количество тепла, воспринятого каплей при прохождении ее через конденсатор
В этих формулах:
19Н и t2K—температура воды на входе в конденсатор и выходе из него в С;
/Нас.—температура конденсирующего пара в °С; R—радиус капли в м\ у—уд. вес воды в кгс/м3\ с—уд. теплоемкость воды в ккал/кг-°С. Подставив эти значения Q и Q0 в уравнение (2—186), получим для шара
(*2К — /2н) у V = — (4„ — *нас.) «tfV/п, ^ «S»)
Или после сокращения и преобразования
І ___________________ / ‘ШІ 1 /2
Для цилиндра по аналогии с только что выведенным выражением получим
(t2K — t2li) 2«= — (/2Н — /нас.) 2«/^Lrc/ц (f /,
Вместо величин а, X и а можно подставить их средние значения для пара и воды, а именно:
А = 10 ООО ккал/м2 ■ час • °С; Х = 0,52 ккал/м-часС;
Подставив вместо радиуса l=R, выраженного в метрах, диаметр d в миллиметрах, а также время z в сек. и обозначив
(где р—степень нагрева), окончательно получим следующие функциональные зависимости: для шара
(9,615d, 0,577^) (2-191)
P = fn ^19,230/, 0,144-^-j (2—1916)
Где l=o—толщина плоской струи в мм, при одностороннем обогреве, и
/ —при двухстороннем обогреве.
Значения степени нагревания воды для струй, определенные по формуле (2—190), приведены в табл. 16.
Значения степени нагревания воды р— ——— — в конденсаторах смешения
