Толщину стенки сопла берем равной 10 мм (обычно она равна 8-12 мм).

Принимаем угол наклона сопел к вертикальной оси равным 20° при размещении сопел на торцевой части головки в один ряд.

По полученным данным о размерах сопел, а также угла наклона их к оси фурмы путем графических построений определяем размеры и проектируем конструкцию коллектора и торцевой части головки фурмы.

В соответствии с полученными размерами выбираем необходимые диаметры кислородоподводящей (Дк) разделительной (Др) и наружной (Дн) труб фурмы по ГОСТ 8732-58 на стальные бесшовные трубы, выпускаемые нашей промышленностью. При этом учитывается необходимость обеспечения достаточного расхода воды на охлаждение фурмы, а также соотношение сечений каналов для подвода и отвода воды.

В данном случае Дк =325·8 мм, Др = 377·9 мм, Дн = 426·9 мм.

На основании данных о расстоянии от уровня спокойного металла в конвертере до фурменного окна в камине, а также крайнего верхнего положения каретки закрепления фурмы определяем длину последней в 23 м.

С учетом удаления патрубков фурмы от стационарных точек подвода кислорода и воды к агрегату выбираем длину гибкого металлического рукава в 23 м.

> Расчет расхода воды на охлаждение фурмы

Потери тепла (Qф) на охлаждение кислородной фурмы определяют по формуле:

Qф = 3,14 · Dн (q1 · ln.к. + q2 · lн.к.),

Где q1, q2 - соответсвенно величина удельного теплового потока для участка фурмы, наводящейся в полости конвертера и для участка, расположенного над конвертером, МДж/м2·ч;

ln.к., lн.к. - соответственно длина участка фурмы, находящейся в полости конвертера и над ним, м;

Dн - наружный диаметр фурмы, м.

При наружном диаметре фурмы 0,426 м и глубине опускания ее в конвертер на 6,0 (глубина опускания определяется разностью между расстояние от уровня спокойной ванны до среза горловины конвертера и рабочей высоты фурмы над ванной) потери тепла во время продувки при q1 = 2500 и q2 = 3750 МДж/м2·ч составит:

Qф = 3,14 · 0,426 (2500·6 + 375·17) = 28592,06 МДж/ч или 28599,06·103 кДж/ч.

При этом весовой расход охлаждающей воды будет равен:

где С - теплоемкость воды (4,19 кДж/кг·К);

Твых, Твх - температура воды на выходе и входе в фурму, К.

Обычный расход воды на охлаждение фурмы

QH2O = GH2O / сH2O = 454925,3 / 1000 = 454,9 м3/ч.

> Определение рабочего давления кислорода перед гибким шлангом фурмы

Вначале определяем давление технического кислорода на входе в фурму по формуле:

где Рв.ф. - давление технического кислорода при входе в фурму, атм;

Dк - внутренний диаметр кислородоподводящей трубы, см;

с0 - плотность технического кислорода при нормальных условиях кг/м3;

V0 - расход технического кислорода, м3/с;

Р1 - давление технического кислорода на входе в сопло (выше принято равным 14 атм);

лф - коэффициент трения, принятый для металлической трубы равным 0,05;

lф - длина фурмы, м (выше была принята 23 м).

После подстановки необходимых величин в уравнение получаем:

По аналогии с вышеприведенным расчетом определяем давление технического кислорода перед гибким шлангом фурмы. Давление кислорода перед гибким шлангом определяется по аналогичному выражению:

где лш - коэффициент трения для металлорукавов, принятый равным 0,1;

Dш - внутренний диаметр металлорукава, см.

Таблица 22 - Основные размеры и эксплуатационные данные проектируемой фурмы

Наименование	Условное обозначение	Единица измерения	Величина
1. Давление кислорода перед гибким шлангом
2. Давление кислорода перед соплами
3. Расход кислорода
4. Расход воды на охлаждение фурмы
5. Количество сопел в фурме
6. Диаметр сопла в критическом сечении
7. Диаметр сопла на выходе
8. Длина сопла, в том числе: длина докритической части длина закритической части
9. Угол раскрытия сопла
10. Угол наклона сопел к вертикали

2.1.1 Определение расхода охлаждающей воды

Расход охлаждающб ей воды G в (в кг/с) определяем из теплового баланса конденсатора:

где – энтальпия пара в барометрическом компенсаторе, кДж/кг;

– теплоёмкость воды, кДж/(кг К);

С в =4190 кДЖ/(кгК);

Начальная температура охлаждающей воды, ºС;

t н = 10 20 ºС

Конечная температура смеси воды и конденсата, ºС.

Разность температур между паром и жидкостью на выходе из конденсатора составляет 3 ÷ 5 град., поэтому конечную температуру воды принимают на 3 ÷ 5 град. ниже температуры конденсации паров:

2.1.2 Расчет диаметра барометрического конденсатора

Диаметр барометрического конденсатора ‚ определяем из уравнения расхода

, (2.2)

где – плотность пара, кг/м 3 выбираемая по давлению пара в конденсаторе P бк;

– скорость пара, м/с, принимаемая в пределах 15 ÷ 25 м/с.

По нормалям НИИХИММАШа подбираем барометрический конденсатор диаметром d бк = 600 мм с диаметром трубы d бт = 150 мм.

2.1.3 Расчет высоты барометрической трубы

Скорость воды в барометрической трубе

Высота барометрической трубы

, (2.3)

где В – вакуум в барометрическом конденсаторе, Па;

– сумма коэффициентов местных сопротивлений;

– коэффициент трения в барометрической трубе;

– высота и диаметр барометрической трубы, м;

0,5 – запас высоты на возможное изменение барометрического давления.

где – коэффициенты местных сопротивлений на входе в трубу и на выходе из неё.

Коэффициент трения зависит от режима движения воды в барометрической трубе. Определим режим течения воды в барометрической трубе:

где – вязкость воды, Па∙с, определяемая по номограмме при температуре воды t ср.

Для гладких труб при Re = 123250,

2.2 Расчёт производительности вакуум – насоса

Производительность вакуум-насоса G возд определяется количеством воздуха, который необходимо удалять из барометрического конденсатора:

где 2,5∙10 -5 – количество газа, выделяющегося из 1 кг воды; 0,01 – количество газа, подсасываемого в конденсатор через уплотнения на 1 кг паров. Тогда

Объёмная производительность вакуум-насоса

, (2.5)

где R – универсальная газовая постоянная, Дж/(кмоль К);

M в – молекулярная масса воздуха, кг/кмоль;

t в – температура воздуха, ºС;

Р в – парциальное давление сухого воздуха в барометрическом конденсаторе, Па.

Температура воздуха

давление воздуха

, (2.6)

где Р п – давление сухого насыщенного пара при t в, Па. При температуре воздуха 27,07ºС, Р п = 0,038∙9,8∙10 4 Па.

Зная объёмную производительность воздуха и остаточное давление в конденсаторе Р бк, по каталогу подбираем вакуум-насос типа ВВН – 3 мощность на валу .

Удельный расход энергии на тонну упариваемой воды, ,

Этих факторов должно учитываться при технико-экономическом сравнении аппаратов и выборе оптимальной конструкции. Ниже приводятся области преимущественного использования выпарных аппаратов различных типов. Для выпаривания растворов небольшой вязкости ~8 10-3 Па с, без образования кристаллов чаще всего используются вертикальные выпарные аппараты с многократной естественной циркуляцией. Из них...

Его нормализуют после сгущения водой, обезжиренным молоком или сливками. Вода должна быть кипяченой и очищенной. 4. Расчет двухкорпусной вакуум-выпарной установки Расчет двухкорпусной вакуум-выпарной установки с термокомпрессором для изготовления сгущенного молока с разработкой выпарного аппарата. Исходные данные: Производительность по испаренной влаге: W=2000; Давление рабочего пара: ...

Расход теплоносителя, м3/сек; G – массовый расход теплоносителя, кг/ч; γ – плотность пара, кг/м3; w – скорость пара, м/сек. Скорость пара принять 20 м/сек. Расчеты сводим в табл. Таблица расчетов штуцеров выпарной установки Наименование штуцера Расход пара, кг/ч Давление пара, ат Плотность, кг/м3 Секундный расход, м3/с Скорость пара, м/с Диаметр, мм расчетный принятый...

Жидкости в трубах, а также от интенсивности парообразования Поэтому в аппаратах с принудительной циркуляцией выпаривание эффективно протекает при малых полезных разностях температур,. не превышающих 3-5 °С и при значительных вязкостях растворов Одна из конструкций выпарного аппарата с принудительной циркуляцией показана на рис 16. Аппарат имеет выносную вертикальную нагревательную камеру...

3.1 Определение расхода охлаждающей воды

Расход охлаждающей воды Gв определяют из теплового баланса конденсатора:

где Iбк – энтальпия паров в барометрическом конденсаторе, Дж/кг; tн – начальная температура охлаждающей воды, °С; tк – конечная температура смеси воды и конденсата, °С.

Разность температур между паром и жидкостью на выходе из конденсатора должна быть 3 – 5 град. Поэтому конечную температуру воды tк на выходе из конденсатора принимают на 3 – 5 град ниже температуры конденсации паров:

3.2 Расчёт диаметра барометрического конденсатора

Диаметр барометрического конденсатора dбк определяют из уравнения расхода:

(24)

где ρ – плотность паров, кг/м3; v – скорость паров, м/с.

При остаточном давлении в конденсаторе порядка 104 Па скорость паров v принимают 15 – 25 м/с:

м

По нормалям НИИХИММАШа подбираем конденсатор диаметром, равным расчётному или ближайшему большему. Определяем его основные размеры. Выбираем барометрический конденсатор диаметром dбк = 600 мм.

3.3 Расчёт высоты барометрической трубы

В соответствии с нормалями ОСТ 26716 – 73, внутренний диаметр барометрической трубы dбт равен 150 мм.

Скорость воды в барометрической трубе vв равна:

Высоту барометрической трубы определяют по уравнению:

где В – вакуум в барометрическом конденсаторе, Па; Σξ – сумма коэффициентов местных сопротивлений; λ – коэффициент трения в барометрической трубе; Нбт, dбт – высота и диаметр барометрической трубы, м; 0,5 – запас высоты на возможное изменение барометрического давления, м.

В = Ратм – Рбк = 9,8 ∙ 104 – 3 ∙ 104 = 6,8 ∙ 104 Па

Σξ = ξвх + ξвых = 0,5 + 1,0 = 1,5

где ξвх и ξвых – коэффициенты местных сопротивлений на входе в трубу и на выходе из неё.

Коэффициент трения λ зависит от режима течения жидкости. Определим режим течения воды в барометрической трубе:

Для гладких труб при Re = 855000 коэффициент трения λ равен:

Отсюда находим Нбт = 7,68 м.

В таблице 17 представлены основные размеры барометрического конденсатора.

Таблица 17 Основные размеры барометрического конденсатора

Параметр	Значение, мм
Диаметр барометрического конденсатора, dБК
Толщина стенки аппарата, S
Расстояние от верхней полки до крышки аппарата, а
Расстояние от нижней полки до днища аппарата, r
Ширина полки, b
Расстояние между осями конденсатора и ловушки:
Высота установки Н
Ширина установки Т
Диаметр ловушки D
Высота ловушки h
Диаметр ловушки D1
Высота ловушки h1
Расстояние между полками:
Основные проходы штуцеров: для входа пара (А) для входа воды (Б) для выхода парогазовой смеси (В) для барометрической трубы (Г) воздушник (С) для входа парогазовой смеси (И) для выхода парогазовой смеси (Ж) для барометрической трубы (Е)

4. Расчёт производительности вакуум-насоса

Производительность вакуум-насоса Gвозд определяется количеством газа (воздуха), который необходимо удалять из барометрического конденсатора:

где 2,5 ∙ 10-5 – количество газа, выделяющегося из 1 кг воды; 0,01 – количество газа, подсасываемого в конденсатор через неплотности на 1 кг паров.

Объёмная производительность вакуум-насоса равна:

(27)

где R – универсальная газовая постоянная, Дж/(кмоль∙К); Mвозд – молекулярная масса воздуха, кг/кмоль; tвозд – температура воздуха, °С; Рвозд – парциальное давление сухого воздуха в барометрическом конденсаторе, Па.

Температуру воздуха рассчитывают по уравнению:

Давление воздуха равно:

Рвозд = Рбк – Рп

где Рп – давление сухого насыщенного пара (Па) при tвозд = 26,96 °С.

Рвозд = 0,305 ∙ 9,8 ∙ 104 – 0,04 ∙ 9,8 ∙ 104 = 2,6 ∙ 104 Па

м3/с (1,955 м3/мин)

Зная объёмную производительность Vвозд и остаточное давление Рбк, по ГОСТ 1867 – 57 подбираем вакуум-насос типа ВВН-3 мощностью на валу N = 6,5 кВт.

5. Расчёт диаметров трубопроводов и подбор штуцеров

Штуцера подбираются по внутреннему диаметру трубопровода. Внутренний диаметр трубопровода круглого сечения рассчитывают по формуле.