Курсовая: Расчет и подбор выпарной установки - текст курсовой. Скачать бесплатно.
Банк рефератов, курсовых и дипломных работ. Много и бесплатно. # | Правила оформления работ | Добавить в избранное
 
 
   
Меню Меню Меню Меню Меню
   
Napishem.com Napishem.com Napishem.com

Курсовая

Расчет и подбор выпарной установки

Банк рефератов / Химия

Рубрики  Рубрики реферат банка

закрыть
Категория: Курсовая работа
Язык курсовой: Русский
Дата добавления:   
 
Скачать
Архив Zip, 56 kb, скачать бесплатно
Заказать
Узнать стоимость написания уникальной курсовой работы

Узнайте стоимость написания уникальной работы

44 Оглавление 1. Введе ние. 2. Описа ние технологической схемы выпарной установки. 3. Теплотехнический расчёт выпарных аппарат ов. 3.1. Расчёт общего количества выпаренной воды. 3.2. Расчет депрессий. 3.2.1. Гидравлические депрессии между корпусами. 3.2.2. Температурные депрессии. 3.3. Суммарная полезная разность температур . 3.4. Заполнение предварительной таблицы. 3.5. Уточнение значений W 1 , W 2 , W 3 . 3.6. Расчёт предварительных значений тепловых потоков: 3.7. Расчёт комплексов А 1, А 2, А 3, В о1, В о2, В о3. 3.7.1. Расчёт A-комплексов. 3.7.2. Расчёт Во. 3.8. Выбор конструкционного материала для выпарного аппарата. 3.9. Расчёт поверхности теплообмена. 3.9.1. Расчёт комплексов для нахождения поверхности нагрева корпусов. 3.9.2 Расчёт поверхности теплообмена. 3.10. Заполнение окончательного варианта таблицы. 3.11. Уточнение значений W 1 , W 2 , W 3 . 3.12. Расчёт окончательных значений тепловых потоков: 3.13. Оценка погрешности определения. 3.14. Расход греющего пара в первом корпусе. 3.15. Выбор стандартного выпарного аппарата. 3.16. Расчёт тепловой изоляции аппарата. 3.16.1. Теплоперенос при конденсации греющего пара. 3.16.2. Теплоперенос через стенку греющей камеры и слой изоляционного матер иала. 3.16.3. Теплоперенос от наружной поверхности изоляции в окружающую среду. 3.16.4. Расчёт толщины изоляции. 4. Механический расчёт аппаратов выпарных установок. 4.1. Греющая каме ра. 4.1.1. Расчёт толщины стенки греющей камеры. 4.1.2. Расположение труб в греющей камере. 4.1.3. Крепление кипятильных труб в трубной решетке. 4.1.4.Расчёт толщины трубной решетки. 4.2. Сепаратор. 4.2.1. Высота и д иаметр сепаратора. 4.2.2. Брызгоотделитель. 4.3. Днища и крышки. 4.3.1. Расчёт эллиптической крышки сепаратора. 4.3.2. Подбор эллиптического днища сепаратора. 4.3.3. Подбор конического днища сепаратора. 4.3.4. Подбор конической крышки. 4.4. Основные штуцера выпарного аппарата. 5. У зел подогрева исходного раствора. 5.1. Тепловая нагрузка аппарата. 5.2. Движущая сила процесса. 5.3. Расход греющего пара. 5.4. Выбор конструкционного материала теплообменника. 5.5. Ориентировочный выбор теплообменника. 5.6. Расчёт коэффициента теплопередачи К. 5.6.1.Расчёт коэффициента теплоотдачи от поверхности трубки к раствору. 5.6.3. Расчёт коэффициента теплопередачи К. 5.7. Расчёт поверхности теплообмена. 5.8. Подбор теплообменника по каталогу. 5.9. Расчёт толщины тепловой изоляции. 6. Блок создания и поддержания вакуума. 6.1. Расчёт барометрического конденсатора смешения. 6.1.1. Расход охлаждающей воды G в. 6.1.2. Диаметр конденсатора. 6.1.3. Высота барометрической трубы. 6.1.4. Барометрический ящик. 6.2. Расчёт производительности вакуум-насоса. 7.1.1. Конденсатоотводчик для отвода конденсата из теплообменника, обогрев ающего исходный раствор до температуры кипения. 7.1.2. Конденсатоотводчик для отвода конденсата из первого корпуса выпарно й установки. 7.1.3. Конденсатоотводчик для отвода конденсата из второго корпуса выпарно й установки. 7.1.4. Конденсатоотводчик для отвода конденсата из третьего корпуса выпарн ой установки. 7.2. Ёмкости. 7.2.1. Ёмкость для исходного раствора. 7.2.2. Ёмкость для исходного раствора. 8. Список литературы. 1. Введение. Выпаривание - это процесс концентрирования раств оров твёрдых веществ при температуре кипения путём частичного удалени я растворителя в парообразном состоянии. Выпариванию подвергают водные растворы твёрдых веществ, и у даляемый растворитель представляет собой водяной пар, так называемый в торичный пар. Концентрирование растворов методом выпаривания – о дин из наиболее распространённых технологических процессов в химическ ой, пищевой, металлургической и других отраслях промышленности. Число де йствующих выпарных установок исчисляется многими сотнями. Единой классификации выпарных аппаратов не существует, но целесообраз ными являются классификации по поверхности нагрева и свойствам исполь зуемых теплоносителей. Наибольшее распространение получили аппараты, обогреваемые конденсирующимся водяным паром, реже – топочными газами и высокотемпературными органическими теплоносителями, очень редко – электрическим током. Наиболее простыми являются выпарные аппараты в ви де вертикальных полых цилиндров или чашеобразные. Аппараты бывают: · С вну тренними вертикальными нагревательными камерами; · С нар ужными циркуляционными трубами; · С под весной нагревательной камерой; · С соо сными и выносными нагревательными камерами; · Плёно чные аппараты. Также бываю т аппараты с естественной и прин удительной циркуляцией. Движущей силой естественной циркуляции являет ся разность гидростатических давлений жидкости в циркуляционной трубе или кольцевом канале и парожидкостной смеси. В данном курсовом проекте мной рассмотрен выпарной а ппарат с выносной греющей камерой и кипением в трубках. Выпариваемым рас твором является сульфат аммония. Место постройки проектируемой установки - город Ижевск. Последний корпус этой тр ёхкорпусной выпарной установки работает под разряжением. Преимуществами такой выпарной у становки являются: 1. благодаря вакууму мо жет быть создана большая полезная разность температур, что и даёт возмож ность осуществить многократное использование тепла и этим снизить рас ход пара на выпаривание; 2. низкая температура к ипения в последних корпусах служит большей гарантией от пригорания и ра зложения продукта в случае упаривания растворов органических веществ; 3. большая гибкость выпарной установки в работе и приспособля емость к колебаниям нагрузки, так как конденсатор служит буфером, воспри нимающим эти колебания. Недостатки этой установки: 1. несколько более слож ное оборудование, так как необходимо иметь барометрический конденсато р смешения для создания вакуума; 2. несколько большая площадь здани я для установки под разряжением; 3. потеря вторичного пара из послед него корпуса, используемого лишь частично в виде тепла охлаждающей воды в смеси с конденсатом при температуре около 50 0 С; 4. пониженная температура вторичн ого пара последних корпусов, это требует увеличения поверхности нагрев а теплообменной аппаратуры, обогреваемой экстра-паром из выпарной уста новки. 2. Описание технологической схемы выпарной установки. Исходный разбавленный раствор из промежуточной ё мкости Е1 подаётся центробежным насосом в теплообменник Т, где исходный раствор подогревается до температуры кипения экстра-паром, отведённым из первого корпуса. Затем раствор подаётся в первый корпус выпарной уста новки АВ1. Тип всех корпусов выпарной установки – выпарной аппарат с выносной гре ющей камерой и кипением в трубках. Здесь выпариваемый раствор поднимает ся по трубкам камеры, через подъёмную циркуляционную трубу поступает в с епаратор, откуда отделившийся вторичный пар, пройдя через брызгоуловит ель, покидает аппарат. Раствор же опускается по нижней циркуляционной тр убе в нижнюю часть нагревательной камеры, вновь поднимается по её трубам и т. д. Исходный раствор вводится в спускную циркуляционную трубу, а упаре нный - отводится из нижней части сепаратора. Первый корпус обогревается водяным паром, поступа ющим с ТЭЦ. Вторичный пар, образующийся при концентрировании раствора в первом корпусе, направляется в качестве греющего во второй корпус АВ2. Ка к уже было ранее сказано, часть вторичного пара - экстра-пар – направляет ся в качестве греющего в теплообменник Т и на бытовые нужды. Во второй кор пус АВ2 направляется частично сконцентрированный раствор из первого ко рпуса. Аналогично третий корпус АВ3 обогревается вторичным паром второг о и в нем производится концентрирование раствора, поступившего из второ го корпуса. Самопроизвольный переток раствора и вторичного пара в следующие корпу са возможен благодаря общему перепаду давлений, возникающему в результ ате создания вакуума конденсацией вторичного пара последнего корпуса в барометрическом конденсаторе смешения КБ, где заданное давление подд ерживается подачей охлаждающей воды и отсосом неконденсирующейся паро -воздушной смеси вакуум-насосом. Смесь охлаждающей воды и конденсата выв одится из конденсатора при помощи барометрической трубы с гидрозатвор ом. Образующийся в третьем корпусе концентрированный раствор центроб ежным насосом подаётся в промежу точную ёмкость упаренного раствора Е2. Конденсат греющего пара из выпарных аппаратов выводится с помощью конд енсатоотводчиков. 3. Теплотехни ческий расчёт выпарных аппаратов. 3.1. Расчёт о бщего количества выпаренной воды. W = S 0 *(1- a 0 / a 3 ) = 12000*(1-7/49) = 10285,7 кг / ч Предположим, что с учётом отвода экст ра-пара в первом корпусе выпаренная вода между корпусами распределилас ь следующим образом: W 2 = W 3 = ( W - E 1 )/3 = (10285,7-300)/3 = 3328,5 кг/ч W 1 = W 2 + E 1 =3328,5 +300 = 3628,5 кг/ч Найдём концентрации а 1 и а 2 : W 1 = S 0 *(1-a 0 /a 1 ) a 1 = a 0 /(1-W 1 / s 0 )=7/(1-3628,5/12000) = 10,04% масс. W 1 +W 2 = S 0 *(1-a 0 /a 2 ) a 2 = a 0 /(1-(W 1 +W 2 )/S 0 )=7/(1-6957/12000)=16,67% масс. 3.2. Расчет д епрессий. 3.2.1. Гидравлические депрессии между корпусами при нимаем равными 1.5 0 С. 3.2.2. Температурные депрессии. Для корпусов 1 и 2 депрессии берутся в предп оложении, что давления в них мало отличаются от атмосферного: d я я я и d2 берутся при а 1 и а 2 как стандартные. а 1 =10,04%масс. d я =100,4-100,0=0,4 0 С (1, стр. 37) а 2 =16,67%масс. d 2 =1,2 0 С (1, стр. 37) Для третьего корпуса значения t 3, d 3 и q3 находятся строго , т. к. здесь точно известны концентрация а 3 и давление Р 3 : по правилу Бабо, ес ли нужно, то с поправкой Стабнико ва В. Н. Согласно правилу Бабо, отношения давления паров растворителя над раств ором Р к давлению паров над чистым растворителем Р s при температуре кипения раствора не зави сит от рабочего давления и температуры его кипения: Р / Р s = ( Р / Р s) ст = const Т. о. Температура кипения раствора 49% ( NH 4 ) 2 SO 4 при атмосферном давлении t = 107 0 С. (3, стр. 510) Р s ст = 1,294 бар=1,294*10 5 Па (2, стр. 17) Const = ( Р / Р s ) ст =9,81*10 4 /1,294*10 5 = 0,758 Тогда Р s =Р/ const=0,197/0,758=0,260 бар По (2, стр. 23) находим искомую температуру кип ения раствора, равную температуре кипения воды: t 3 = 64,08 0 С. Найдём q3: яР 3 =0,197 бар, то по (2, стр. 23) q3 =58,7 0 С. Тогда d 3реал = t 3 - q3 =64,08 - 58,7 = 5,38 0 С. 3.3. Суммарная полезная разность температ ур: D с = Т 1 я q 3 я d я я d2-d3 я d я г я d2 г = 147,1-58,7-0,4-1,2-5,38-1=80,42 0 С яяяяяя d2 г примерно от 1 до 3 С. Приним аем я d я г = 1С где давление греющего пара 0,4МПа (= 3,94ат), то по (2, стр.43) Т 1 =147,1 0 С. D с =D яя D2+D3 D1:D2:D3=1 : 1,1 : 1,5 D1= 22, 34 0 С D2= 24,57 0 С D3= 33,51 0 С. 3.4. Заполнение предварительной таблицы. Значения давлений и энтальпий взяты из (2, с тр. 17). Параметр Предварит. Вар. Окончат. Вар. 1к 2к 3к 1к 2к 3к 1 Темп. гр. Пара Т 0 С 147,1 118,8 83,6 150,0 127,0 92,0 2 Полезн.разность темп. D 0 С 22,34 24,57 33,51 18,6 29,0 48,8 3 Темп.кип р-ра T 0 С 124,76 89,4 43,4 131,4 98,0 43,4 4 Темп.депрессия d 0 С 2,9 4,3 4,7 2,9 4,3 4,7 5 Темп.вт. пара q 0 С 120,3 85,1 38,7 128,5 93,7 38,7 6 Гидр.депрессия d 0 С 1,5 1,5 1,5 1,5 7 Давл.гр. пара P гр МПа 0,476 0,192 0,056 0,476 0,247 0,076 8 Давл.вт. пара P МПа 0,199 0,058 0,007 0,262 0,081 0,007 9 Энтальпия гр.п. H кДж/к г 2748,6 2706,3 2650,6 2708,4 2718,5 2664,4 10 Энтальп.вт.пара I кДж / кг 2708,4 2653,5 2572,2 2721,4 2668,2 2572,2 11 Конц.р-ра A % 14,29 18,18 25,00 13,6 17,1 25,0 3.5. Уточнение значений W 1 , W 2 , W 3 . Уточнение значений W 1 , W 2 , W 3 на основе величин, содержащихся в предварительном варианте таблицы, путём совместного решения системы уравнений: Q 1 =D 1 (h 1 -c k1 T 1 )=S 0 c 0 (t 1 -t 0 )+W 1 (i 1 -c p t 1 ) Q 2 =(W 1 -E 1 )(h 2 -c k2 T 2 )=S 1 c 1 (t 2 -t 1 )+W 2 (i 2 -c p t 2 ) Q 3 =W 2 (h 3 -c k3 T 3 )=S 2 c 2 (t 3 -t 2 )+W3(i 3 -c p t 3 ), которые описывают тепловые балансы корпусов (кром е первого корпуса) и дoполненный уравнением: W= W 1 + W 2 + W 3 . Пусть X 1 = h 1 – c k 1 T 1 = 2117,1 кДж/кг X 2 = h 2 – c k 2 T 2 = 2208,4 кДж/кг X 3 = h 3 – c k 3 T 3 = 2300,5 кДж/кг Y 1 = t 1 – t 0 = 21,7 0 С Y 2 = t 2 – t 1 = -33,9 0 С Y 3 = t 3 – t 2 = -46,0 0 С Z 1 = i 1 – c p t 1 = 2193,3 кДж / кг Z 2 = i 2 – c p t 2 =2279,9 кДж / кг Z 3 = i 3 – c p t 3 = 2390,8 кДж/кг, где Со – т еплоёмкость исходного раствора (10% ( NH 4 ) 2 SO 4 при температуре кипения t 0 = 101,5 0 С): Со=3,65 кДж/кгК (4, стр .59). По (3, стр.535) находим: c k 1 = 1,005 ккал/кгК = 4,21 кДж/кг К (при 150,0 0 С ) c k 2 = 1,002 ккал/кгК = 4,19 кДж/кг К (при 118,8 0 С) c k 3 = 1,000 ккал/кгК = 4,19 кДж/кг К (при 83,6 0 С) c p =4,18 кДж/кгК Т.о., W 1 = X 2 E 2 /( X 2 + c p Y 2 ) + S o c 0 Y 2 /( X 2 + c p Y 2 )+ + Z 2 W 2 /( X 2 + c p Y 2 ) = 1,1031 W 2 +2009,7 W 2 = Y 3 S 0 c 0/( X 3 + c p Y 3 + Z 3 ) + Z 3 W /( X 3 + c p Y 3 + Z 3 )-( c p Y 3 + Z 3 ) * W 1 /( X 3 + c p Y 3 + Z 3 ) = -0,4887 W 1 +5630,7 Решая систему уравнений, получим: W 1 = 5342 кг/ч W 2 = 3021 кг/ч W 3 = 3638 кг/ч. 3.6. Расчёт предварительных значений тепловых потоков: Q 1 = S 0 c 0 (t 1 -t 0 )+W 1 (i 1 -c p t 1 ) = =20000*3,65*21,7+5342*2193,3=13,3*10 6 кДж / ч = 3,69*10 6 Вт Q 2 =(W 1 -E 1 )(h 2 -c k2 T 2 )=(5342-3000)*2208,4=5,17*10 6 кДж / ч = =1,44*10 6 Вт Q 3 = W 2 ( h 3 - c k 3 T 3 )=3021*2300,5=6,95*10 6 кДж / ч =1,93*10 6 Вт . 3.7. Расчёт комплексов А 1, А 2, А 3, В о1, В о2, В о3. 3.7.1. A-комплекс, включающий теплофизически е величины и зависящие от температур Т. Примем высоту труб Н = 4000мм = 4м. Для вертикальных труб: А=0,94( l3r2 rg / m H ) 1/4 Справочные данные: l , r , m - (3,стр.512); r - (3, стр. 523). Ускорение свободного падения g = 9,82 м/с 2 . Заполним таблицу: Т, 0 С 150,0 118,8 83,5 яя кг/м 3 917 943 972 яя Вт/м*К 68,4*10 -2 68,6*10 -2 67,5*10 -2 яяя Па*с 185*10 -6 231*10 -6 355*10 -6 r, кДж/кг 2120 2207 2297 А, Дж/см 2 К 3/4 8765,9 1513,8 1377,4 3.7.2. Во – коэффициенты отражающие свойст ва кипящего раствора и зависящие от давлений а, следовательно, и темпера тур кипения в корпусах: B 0i = B 0iB *j3 ,33 , где B 0iB = 46 р 0,57 , j - относительный к оэффициент теплоотдачи для водных растворов неорганических веществ. j при пузырьковом кипении ( NH 4 ) 2 SO 4 при атмосферном давлении найдем из графика зависим ости j -а. График 1 ст роим на основании данных таблицы (1, стр. 40): при а=10% j = 0,84 а=20% j = 0,68 Н а основании данных графика, заполняем таблицу: а , % 14,29 18,18 25,00 Р, Бар 2,1 0,6 0,1 B 0 iB 70,2 34,4 12,4 я 0,77 0,72 0,60 B 0 i 29,4 11,5 2,26 3.8. Выбор конструкционного материала для выпарного аппарата. Выбираем конструкционный материал, стой кий в среде кипящего раствора хлорида натрия в интервале изменения конц ентраций от 10 до 25%(5, стр. 309). В этих условиях химически стойкой является сталь марки Х18Н10Т. Скорость коррозии её менее 0,1мм/год (точечная коррозия). Коэффи циент теплопроводности l = 16,4 Вт/м*К (5, стр. 101). 3.9. Расчёт поверхности теплообмена. 3.9.1. Расчёт комплексов для нахождения пов ерхности нагрева корпусов. В случае равенства поверхностей обмена о тдельных корпусов основное расчетное уравнение имеет вид: D с=1/ F 4/3 S ( Qi / Ai ) 4/3 + 1/ F S ( Qi d ст / l ст ) + 1/ F 0,3 S ( Qi / B 0 i ) 0,3 , где d ст =2мм=0,002м - толщина стенки трубок. Заполним вспом огательную таблицу: № ( Qi / Ai ) 4/3 Qi d ст / l ст ( Qi / B 0 i ) 0,3 1 3160,3 464,8 33,9 2 9324,1 180,7 33,8 3 15680,6 242,8 60,2 я 28165,1 888,2 127,8 3.9.2 Расчёт поверхности теплообмена. Ведем в таблице: F 1/F 4/3 S (Q i /A i ) 4/3 1/F S (Qi d ст / l ст ) 1/F S (Qi d ст / l ст ) D с 60 119,91 14,80 32,66 167,4 70 97,63 12,68 31,02 141,3 80 81,71 11,10 29,67 122,5 90 69,83 9,87 28,53 108,2 100 60,68 8,88 27,54 97,1 110 53,44 8,07 26,68 88,2 120 47,58 7,40 25,92 80,9 130 42,77 6,83 25,24 74,8 140 38,74 6,34 24,62 69,7 На основании табличных данных строим гра фик зависимости D с от F , по которому оп ределяем по известной D с=96,4 0 С истинную F : F = 100,7 м 2 . Тогда D 1 = 18,6 0 С D 2 = 29,0 0 С я D 3 = 44,8 0 С Тогда D с =D1+D2+D3 = 96,4 0 С. 3.10. Заполне ние окончательного варианта таблицы. Давления и энтальпии были взяты из (2, стр. 17). Таблица сошлась. 3.11. Уточнение значений W 1 , W 2 , W 3 . Уточнение значений W 1 , W 2 , W 3 на основе величин, содержащихся в окончательном ва рианте таблицы (см.3.5.). Пусть X 1 = h 1 – c k 1 T 1 = 2076,9 кДж/кг X 2 = h 2 – c k 2 T 2 = 2186,5 кДж/кг X 3 = h 3 – c k 3 T 3 = 2278,1 кДж/кг Y 1 = t 1 – t 0 = 29,9 0 С Y 2 = t 2 – t 1 = -33,4 0 С Y 3 = t 3 – t 2 = -54,6 0 С Z 1 = i 1 – c p t 1 = 2172,3 кДж / кг Z 2 = i 2 – c p t 2 =2258,6 кДж / кг Z 3 = i 3 – c p t 3 = 2390,9 кДж / кг , где Со – теплоёмкость исходного раствор а (10 % NaCl при температу ре кипения t 0 = 101,5 0 С): Со=3,65 кДж/кгК (4, стр.59). По (3, стр.535) находим: c k 1 = 1,005 ккал/кгК = 4,21 кДж/кг К (при 150,0 0 С ) c k 2 = 1,002 ккал/кгК = 4,19 кДж/кг К (при 118,8 0 С) c k 3 = 1,000 ккал/кгК = 4,19 кДж/кг К (при 83,6 0 С) c p =4,18 кДж/кгК Т . о ., W 1 = X 2 E 2 /( X 2 + c p Y 2 ) + S o c 0 Y 2 /( X 2 + c p Y 2 )+ + Z 2 W 2 /( X 2 + c p Y 2 ) = 1,1033 W 2 +2014,7 W 2 = Y 3 S 0 c 0/( X 3 + c p Y 3 + Z 3 ) + Z 3 W /( X 3 + c p Y 3 + Z 3 )-( c p Y 3 + Z 3 ) * W 1 /( X 3 + c p Y 3 + Z 3 ) = -0,4870 W 1 +5563,0 Решая систему уравнений, получим: W 1 = 5303 кг/ч W 2 = 2980 кг/ч W 3 = 3717 кг/ч. 3.12. Расчёт окончательных значений тепло вых потоков: Q 1 = S 0 c 0 (t 1 -t 0 )+W 1 (i 1 -c p t 1 ) = =20000*3,65*29,9+5303*2172,3=13,7*10 6 кДж / ч Q 2 =(W 1 -E 1 )(h 2 -c k2 T 2 )=(5303-3000)*2186,5=5,05*10 6 кДж / ч Q 3 =W 2 (h 3 -c k3 T 3 )=2980,4*2 278,1=6,79*10 6 кДж / ч . 3.13. Оценка погрешности определения. Для Q 1 : |( Q 1 - Q 1 ут )/ Q 1 ут |=|(13,3-13,7)/13,7|=2,9% Q 2 : |( Q 2 - Q 2ут )/ Q 2ут |=| (5,17-5,05)/5,05|= 2,4% Q 3 : |( Q 3 - Q 3ут )/ Q 3ут |=|(6,95-6,79)/6,79|=2,4% Погрешность менее 5%, следовательно, счита ем, что приближения сошлись. 3.14. Расход г реющего пара в первом корпусе. D 1 = Q 1 /( h 1 - c k 1 T 1 ) = 13699720/2076,9= 6596 кг / ч 3.15. Выбор ст андартного выпарного аппарата. F раб = F / y , Где y = 0,75 - коэффициент использования. F раб = 100,7/0,75= 134, 3 м 2 . Выбор стандартного выпарного аппарата (кафедральный стенд ПАХТа): Ё Номинальная поверхность теплообмена 160 м 2 Ё Действительная поверхность теплообмена при диаме тре трубок 38*2 и L = 4000мм: 154 м 2 Ё Количество труб 361 Ё Диаметр греющей камеры D1=1000мм Ё Диаметр сепаратора D2=1400мм Ё Высота до брызгоотделителя H1=1600мм Ё Диаметр циркуляционной трубы D3=700мм Ё Диаметр и высота трубы вскипания D4=700мм и H4=2000мм Ё Расстояние между осями 1600мм Ё Расстояние между болтами на опорах B1= 1540мм Ё Расстояние между болтами на опорах B2=1390мм Ё Высота аппарата H=10550мм Ё Избыточное расчётное давление: в греющей камере 3; 6; в сепараторе– 0,92; 1; 3;6. Ё Завод изготовитель УзХимМаш. 3.16. Расчёт тепловой изоляции аппарата. Тепловая изоляция аппарата применяется для уменьшения потерь тепла в окружающую среду и расхода греющего пара. Расчёт толщины тепловой изоляции рассматривается при установившемся т епловом потоке q l = const , где q l – теплов ой поток , о тнесённый к едини це высоты греющей камеры. При расчёте принимают, что потери в окружающую среду равны не более Q 0 = (0,03-0,05) Q 1 . Тогда q l = 0,05 Q 1 / l , где l = 4м – высота кипятильных труб, Q 1 = 13,7*10 6 кДж/ч = 3,81*10 6 Дж/с. q l = 0,05*3,81*10 6 /4 = 4,76*10 4 Дж/(с*м). Перенос теплоты из межтрубного пространства греющей камеры в окружающ ую среду – многостадийный процесс. 3.16.1. Теплоперенос при конденсации греюще го пара. В межтрубном пространстве имеет место ко нденсация греющего пара, поэтому q l = a конд * p D вн ( t гп - q1) = А( t гп - q 1 ) 3/4 * p D вн я яяяяяя a конд = 2,035А’ ( r гп / l ) 1/4 *( t гп - q 1 ) -1/4 ; А = 2,035А’ ( r гп / l ) 1/4 , А’ = ( l конд 3r конд я 2 / m конд ) 1/4 , где l конд , r конд я , m конд – физические параметры конденсата греющего пара, причём А’ – табулирован (8, стр.40), выбираем А’ =196 при температуре 150 0 С. r гп = 2120 кДж/кг - теплота парообразования греющего пара при температуре 150 0 С. Т.о., А=10,8*10 3 D вн =1м – внутренний диаметр стенок греющей камеры. 3.16.2. Теплоперенос через стенку греющей ка меры и слой изоляционного материала. Стационарный теплоперенос теплопроводн остью через стенку греющей камеры и слой изоляционного материала представляетс я как q l = p(q я - q2)/((1/2 l ст яя ln ( D н / D вн ), q l = p(q2 - q3)/((1/2 l из яя ln ( D из / D н ), где q1, q 2, q3 - те мпературы внутренней стенки, стенки между изоляционным материалом и ст енкой, наружной поверхности изоляционного материала; я q3 = 40 0 С – выбирается исходя из условий безопасности о бслуживания установки. l ст , l из - теплопроводност ь стенки греющей камеры и изоляционного материала: l ст =16,4 Вт/мК l из = 0,0098 Вт/мК - теплопроводность для совелита – 85% магнезии и 15% асб еста (8, стр.44). D н =1,020 м– наружный диаметр стенок греющей камеры D из – наружный диаметр изоляции. 3.16.3. Теплоперенос от наружной поверхност и изоляции в окружающую среду. q l = a о(q3- t ср ) p D из я где t ср = 20,3 0 С - температура окружающей среды, a о - коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности и золяции к окружающей среде, который слагается из коэффициентов теплоот дачи за счёт естественной конвекции ( a о , ) и за счёт излучения ( a о ,, ). a о = a о , + a о ,, , где a о ,, = с(((273+ q3 )/100) 4 – ((273+ t ср )/100) 4 )/ ( q3 - t ср ) с = e С ч - константа излучения, зависящая от рода материала и состояния поверхности излучения: e=0,96 яястепень чёрнотыя поверхности изоляции я 8, стряя . 43); яяяяяяяяяяяяя С ч =5,7 Вт/м 2 К 4 – коэффициент излучения абсолютно чёрного тела, с = 0,96*5,7 = 5,5 Вт/м 2 К 4 Тогда a о ,, =5,5(96,0 - 74,0)/19,7 = 6,1 Вт/м 2 К. a о , = N *(( q3 - t ср )/ D из m я n Найдём произведение критериев Прандтля и Грасгофа Gr * Pr : Критерий Пран для для воздуха в диапазане температур 10-500 0 С при атмосферном д авлении остаётся практически постоянным и равным 0,722. Критерий Грас гофа Gr = gD из 3 bD t / n2 яягде b = 1/(273+30,2)=0,0033 – коэффициент объёмного расширения воздуха , n = m/r = 0,014*10 -3 я м 2 /с яя кинематическая вязкости воздуха при температуре 30,2 0 С, m = 0,018*10-3 Н*с/м 2 яд инамическая вязкость воздуха при температуре 30,2 0 С (9,стр. 107);я r =1,2928 кг/м 3 яплотн ость воздуха при тех же условиях (9, стр.33), l = 4 м. Для определения величины критерия Грасгофа необходимо располагать зна чением D из , который, собственно, является искомым в проводи мом расчёте. Однако для рачёта не требуется точного значения произведен ия Gr * Pr и достаточно лишь располага ть порядком этой величины. В связи с этим в выражения для критерия Грасго фа вместо D из можно подставить значение наружного диамет ра корпуса аппарата D н = 1,020 м. Тогда критерий Грасгофа Gr = 9,81*(1,020) 3 *0,0033*(40-20,3)/ я 0,014*10 -3 я ) 2 =3,4*10 10 . Произведение критериев Прандтля и Грасгофа Gr * Pr = 2,4*10 9 . Т.к. произведение критериев Прандтля и Грасгофа ( Gr * Pr )>2*10 7 , то n = 1/3; m=0; N=1,450 (1, стр.20). Тогда a о , = 1,450*(40-20,3) 0,33 = 3,9 Вт/м 2 К. Следовательно, a о = a о , + a о ,, = 3,9 + 6,1 = 10 Вт/м 2 К. 3.16.4. Расчёт толщины изоляции. Толщину тепловой изоляции находят из рав енства удельных тепловых потоков через слой изоляции от поверхности из оляции в окружающую среду: a о ( q3- t ср ) = ( l из / d из )( q2 - q3 яя Причём q2 – температура наружной поверхности ап парата, ввиду незначительного термического сопротивления стенки аппар ата по сравнению с термическим сопротивлением слоя изоляции я я принимают равной температуре греющего пара 150 0 С. Тогда d из = l из (q2 -q3)/ a о ( q3 - t ср ) = 0,098*(150-40)/10(40-20,3) = 0,055 м = 55 ммя Принимаем толщину тепловой изоляции 0,055м и для других корпусов. 4. Механический расчёт аппаратов выпарных ус тановок. Механический расчёт выполняется для пер вого корпуса (корпус, представленный в графической части проекта). 4.1. Греющая камера. 4.1.1. Расчёт толщины стенки греющей камеры. Корпус греющей камеры выпарного аппарат а представляет собой вертикальную обечайку, работающую для первого кор пуса выпарной установки под внутренним, избыточным давлением, равном да влению греющего пара р= 0,476 МПа = 4,85 ат. Номинальная расчётная толщина стенки рас с читывается по формуле: d ст ’ = pD /(2 [s]j яяяp ) Допускаемое напряжение [s] = h s я , где h =1,0 – поправочный коэффицие нт, учитывающий условия эксплуатации аппарата (5, стр. 408); s* - нормативное допускаемое напряжение для выбранного материала - сталь марки Х18Н10Т. s* = 130 МН/м 2 – номинальное допускаемое напряжение при температуре150 0 С (5, стр. 406). [s] = hs * = 130 МН/м 2 j = 1,0 – коэффициент прочности сварного шва – сварной шов стыковой двухсторонний (8, стр.20). D = 1000мм – диаметр гре ющей камеры. Тогда d ст ’ = я (0,476*10 6 *1)/(2137*10 6 *1 яя 0,476*10 6 ) = 2мм. Расчётная толщина стенки равна d ст = d ст ’ + Ск + Сэ + Сд + Со, где Сэ – прибавка на эрозию или друг ой вид механического воздействия рабочей среды на материал, Сд – дополн ительная прибавка по технологическим, монта ж ным и другим соображениям, вели чинами Сд и Сэ пренебрегаем. Ск = 1мм, т.к. проницаемость данного материала не более 0,1 мм/год (5, стр. 409). Со = 1 - прибавка на округление размера. Тогда d ст = я 2+1 = 3мм. Таким образом, толщина стенки должна быть не менее 3мм, принимаем d ст = 10мм (8, стр. 21). 4.1.2. Располож ение труб в греющей камере. П ри размещении кипятильных труб стремятся к равномерному их распределе нию по сечению греющей камеры. Трубы расположены в шахматном порядке – по сторонам равносторонних шестиугольников. При расположении труб по периметру равносторонних шестиугольников гре ющая камера получается наиболее компактной по сравнению с другими спос обами расположения труб. Число шестиугольников для расположения труб: К = ((12 n -3) Ѕ -3)/6 = 11, где n =361 – число труб. Число труб по диагоналям шестиугольника b = 2К+1=23. Диаметр ограничительной окружности D о = D н – 2( d ст +15) = я 970м м, где D н = 1020мм – нару жный диаметр греющей камеры. Расстояние между осями соседних труб – шаг t =48мм (8, стр. 17). 4.1.3. Креплени е кипятильных труб в трубной решетке. Н аиболее распространённым способом закрепления труб в трубных решетках является развальцовка. Развальцовка труб заключается в холодной разда че (раскатки) их в отверстиях трубной решетки. Крепление труб в трубных ре шетках гладкой развальцовкой. В случае развальцовки диаметр отверстий в трубной решетке под кипятиль ные трубы для оптимальной величины зазора равен: d =38,9мм (8, стр. 21). Расчёт закрепления труб в трубной решетке выпарного аппарата заключае тся в определении расчётной минимальной высоты трубной решетки, обеспе чивающей крепление в ней труб при вальцовке: h ’ =(4,35 d н +15)/( t - d н )= (4,35*38+15)/(48-38)=18мм. Примем h ’ = 20 мм. 4.1.4. Расчёт толщины трубной решетки. Трубная решетка - Тип 1. Номинальная расчетная высота трубной решетки снаружи: h 1 = kD ( p / s ид ), где k = 0,28; D =1000мм – вн утренний диаметр греющей камеры, р=0,476МПа – давление греющего пара, s ид =136МН/м 2 - допускаемое напряжение на изгиб для материала решетки (8, стр. 27). h 1 = 17 мм. Номинальная расчётная высота трубной решетки посередине: h = kD ( p / j о s ид ), где j о = ( D - S d )/ D = ( D - d н b )/ D = 0,13 – коэффициент ослабления трубной решетки отвер стиями под кипятильные трубки; к=0,47. h = 78 мм. 4.2. Сепарато р. 4.2.1. Высота и д иаметр сепаратора. С епарационное пространство в выпарном аппарате служит для предотвращен ия уноса вторичным паром капель упариваемого раствора, так как капли уно симого раствора попадают в межтрубное пространство следующего выпарно го аппарата, увеличивают его термическое сопротивление, загрязняют кон денсат пара. Унос также уменьшает выход готового продукта. Величину уноса капель характеризует объемным напряжением парового про странства Rv , предст авляющего отношение объемного потока вторичного пара на 1м 3 парового простран ства. Rv = 4100 м 3 /м 3 ч. Для реальных случаев выпаривания принимают предельное напряжение паро вого пространства Rv пред = 0,35* Rv = 502 м 3 /м 3 ч. Объём сепарационного пространства определяется по формуле: V сеп = W/ Rv пред r п , где W = 5303кг/ч – количество вторичного пара; r п = 1,453 кг/м3 – плотность вторичного пара (2, стр.18). V сеп = 7,3 м 3 . Пусть высота сепаратора Hсеп = 3м. Тогда диаметр сепаратора: D сеп = (4Vсеп/ p Hсеп) 1/2 =1,76 м. Принимаем диаметр сепаратора 1800 мм . 4.2.2. Брызгоот делитель. Б рызгоотделители располагаются в верхней части сепарационного простра нства и служат для окончательного отделения капель раствора от вторичн ого пара. Выберем брыз гоотделитель инерционн о-це нтробежного типа. Выбор брызгоуловителя пр оизводят исходя из д иаметра сепа ратора и количеству выпарен ной воды (8, стр.49): D 5 =900мм; d 1 *=600мм; H 5 *=1250мм; H 6 =1050мм; B =300мм; C =650мм; K =400мм; I 1 =240мм; I 2 =75мм; количество щелей n = 6. 4.3. Днища и кр ышки. 4.3.1. Расчёт эллиптической крышки сепарат ора. р= 0,476 МПа = 4,85 ат. Номинальная расчётная толщина стенки рас с читывается по формуле: d ст ’ = я ?pD вн/(2 [s]j ) Допускаемое напряжение [s] = hs* , где h =1,0 – поправочный коэффициент, учитывающий условия э ксплуатации аппарата (5, стр. 408); s я - нормативное допускаемое напряжение для выбранного материала - сталь марки Х18Н10Т. s* = 138 МН/м 2 – номинальное доп ускаемое напряжение при температуре 127 0 С (5, стр. 406). [s] = hs * = 138 МН/м 2 j = ( D вн- S d )/ D вн = (1800-500)/1800 = 0,72 – коэффициент ослабления крышки отверстиями. Где S d = 500 мм – диамет р центрального штуцера для выхода вторичного пара. D вн = 1800 мм – диаметр сепаратора. Тогда d ст ’ = я (0,476*10 6 *1,800)/(2*0,72*138*10 6 ) = 4,3мм. Расчётная толщина стенки равна d ст = d ст ’ + Ск + Сэ + Сд + Со, где Сэ – прибавка на эрозию или друг ой вид механического воздействия рабочей среды на материал, Сд – дополн ительная прибавка по технологическим, монта ж ным и другим соображениям, вели чинами Сд и Сэ пренебрегаем. Ск = 1мм, т.к. проницаемость данного материала не более 0,1 мм/год (5, стр. 409). Со =1 прибавка на округление размера. Тогда d ст = я ? 4,3 +2 = 6,3мм. Таким образом, толщина стенки должна быть не менее 6,3мм, принимаем d ст = я 10м м (8, стр. 21). Подбираем э л л иптическую крышку (8, стр.55): D вн = 1800мм; h = 40мм; h в = 450мм. 4.3.2. Подбор эллиптического днища сепарат ора. Толщина стенки 10мм. Центральный штуцер для слива из аппарата d = 50мм. Подбираем э л л иптическое днище (8, стр.55): D вн = 1000мм; h = 25мм; h в = 250мм. 4.3.3. Подбор конического днища сепаратора. Толщина стенки 10мм. Подбираем коническое днище (8, стр.58): D вн = 1800мм; h = 50мм; h = 1631мм. 4.3.4. Подбор конической крышки. Толщина стенки 10мм. Подбираем коническую крышку (8, стр.58): D вн = 1000мм; h = 50мм; h = 906мм. 4.4. Основные штуцера выпарного аппарата. Подбор произведен по кафедральному стен ду ПАХТа исходя их диаметра греющей камеры. 4.4.1. Штуцер дл я подачи исходного раствора. Д иаметр d 1 = 80 мм. 4.4.2. Штуцер дл я вывода упаренного раствора. Д иаметр d 2 = 80 мм. 4.4.3. Штуцер для вывода вторичного пара. Д иаметр d 3 = 500 мм. 4.4.4. Штуцер дл я ввода греющего пара. Д иаметр d 4 = 500 мм. 4.4.5. Штуцер дл я вывода конденсата греющего пара. Д иаметр d 5 = 65 мм. 5. Узел подогрева исходного раствора. Назначение рассчитываемого теплообменн ика – подогрев исходного раствора, подаваемого при температуре окружа ющей среды t н = 20,3 0 С (г. Стерлитамак, средне июльская температура (3, стр . 513)) до температуры кипения. «Горячий поток» - экстра-пар, то есть вторичный пар , отводимый из первого корпуса при температуре Т= 128,5-1,5 = 127 0 С. Причем поток меняет агрегатное состояние, сле довательно, его температура постоянна. «Холодный поток» - исходная смесь 10% хлористого натрия, подаваемого при те мпературе 20,3 0 С. 5.1. Тепловая нагрузка аппарата. Тепловая нагрузка аппарата определяетс я исходя из условий нагрева исходного раствора от начальной температур ы t н = 20,3 0 С до конечной t 0 = 101,5 0 С (Со=3,731 кДж/кг (2, стр. 21)) по следующей формуле: Q = G пра r пар = S 0 c 0 ( t 0 - t н ) = 20000*3,731*(101,5-20,3) =6,06*10 6 кДж/ч. 5.2. Движущая сила процесса. Разности температур теплоносителей на к онцах теплообменника: D 1 = Т яt н = 127 я 20 = 107 0 С D 2 = Т яt к = 127 я 101,5 = 25,5 0 С Движущая сила процесса: D ср = ( D 1 -D 2)/ ln ( D 1/ D2) = =(107- 25,5 яяln (107/25,5) = 56,8 0 C 5.3. Расход греющего пара. G пар = Q / r пар , где r пар = 521,4 ккал/кг = 2184,7 кДж/ кг - удельная теплота парооб разования при Т=127 0 С (2, стр. 18). Т.о., G пар =6,06*10 6 /2116,0 = 2774 кг/ч. 5.4. Выбор конструкционного материала теп лообменника. Выбираем конструкционный материал, стой кий в среде кипящего раствора хлорида натрия при концентрации 10 (5, стр. 309). В этих условиях химически стойкой является сталь марки Х28. Скорость корро зии её менее 1мм/год. Коэффициент теплопроводности l = 16,8 Вт/м*К (5, стр. 101). 5.5. Ориентировочный выбор теплообменник а. В качестве парожидкостных подогревател ей наиболее рациональными являются многоходовые кожухотрубчатые тепл ообменники жесткой конструкции – тип ТН. Аппараты типа ТН выполняются с неподвижными трубными решетками. Расположение аппарата вертикальное. Для нормальной работы теплообменника в межтрубное пространство необхо димо направить конденсирующийся пар, а в трубное пространство – исходн ый раствор. Геометрические размеры трубок рекомендуется выбирать путём ориентиро вочной оценки требуемой поверхности теплообмена: F ор = Q / K ор D ср. Для оценки зададимся ожидаемым значение м коэффициента теплопередачи Кор, ориентировочные пределы которого в п ромышленных теплообменных аппаратах указаны (7, стр.47) - Кор = 300 – 2500Вт/м 2 К. Пусть Кор = 1800Вт/м 2 К. F ор = 6,06*10 6 /1800*56,8 = 59м 2 . Подбираем по (7, стр.51) теплообменник: · Поверхность теплообмена 61 м 2 ; · Длина труб 4м; · Диаметр труб d = 25*2; · Число ходов z = 6; · Общее число труб 196; · Трубное пространство (3,14*(0,025-0,004) 2 )*206=0,271м 2 . Т о., на один ход 0,271/6=0,045 м 2 5.6. Расчёт коэффициента теплопередачи К. К = (К 1/3 D ср 1/3 /А 4/3 ) + ( d ст я ? l ст яяяяяя a2 я -1 5.6.1. Расчёт коэффициента теплоотдачи от п оверхности трубки к раствору a2 . Расчёт a2 производят по критериальным уравнениям. Скорость течения раствора равна: W = So * z / f тр r = 20000*6/3600*0,045*1072=0,711 м / с , Где r = 1027 кг/м 3 – плотность 10% хлористого натрия при температуре ки пения (4, стр. 56); n = я 0,339*10 -6 м 2 /с - вязкость 10% хлористого натрия при температуре кип ения (4, стр. 58). При этой скорости имеем: Re = Wd / n = 0,711*0,021/0,339*10 -6 = 4,4*10 4 Т. о., попадаем в развитую турбулентную обл асть. Nu 2 =0,021Re 0,8 Pr -0,43 (Pr / Pr ст ) 0,25 e l Критерий Прандтля – характеризует отно шение вязкостных и температуропроводных свойств теплоносителя – конд енсирующегося водяного пара Pr = n /а = 0,339*10 -6 / 16,9*10 -8 =2,01 при температуре кипения 10% хлористого натрия (3, стр . 537), где а – коэффициент теплопроводности (4, стр. 64). Для нагревающихся жидкостей можно принимать ( Pr / Pr ст ) 0,25 =1, допуская неболь шую погрешность в сторону уменьшения коэффициента теплоотдачи, т. е. в ст орону запаса. Воспользовавшись номограммой для определения критерия Nu 2 (3, стр . 536) Nu 2 = 140. Тогда a2 = Nu 2l воды / d = 140*0,633/0,021 = 4220 Вт/К*м 2 , Где l воды = 0,633 Вт/м*К - теплопроводность 10% NaCl при температуре кипения (4, ст р. 61). 5.6.2. Расчёт коэффициента А. А=0,94( l3r2 rg / m H ) 1/4 При температуре Т=127 0 С l = 68,6*10-2 Вт/мК r = 935 кг/м3 (3, стр. 512) m = 212*10-6Па*с r = 2194 кДж/кг (3, стр. 524) Н = 4м Тогда А = 8647,8 5.6.3. Расчёт коэффициента теплопередачи К. К = (К 1/3 D ср 1/3 /А 4/3 ) + ( d ст я ? l ст яяяяяя a2 я -1 D ср = 82,7 0 C ; d ст я = 2мм = 0.002м – толщина стенок н агревательных труб; l ст = 16,8 Вт/м*К – теплопроводность материала стенки; a2 = 4220 Вт/К*м 2 - коэффициент те плоотдачи от поверхности трубки к раствору; А= 8647,8 ; a2 = 4220 Вт/м 2 . Воспользуемся итерационным расчётом: К( d ст я l ст яя яя a2) = 1- (К/А) 4/3 * D ср 1/3 Пусть y л = К( d ст я ? l ст яя яя a2) Y п = К( d ст я l ст яя яя a2) Построим оба графика в одной системе коор динат, пересечение этих графиков дает истинное значение К. К Y л Y п 2100 0,748 0,968 2200 0,783 0,962 2300 0,819 0,954 2400 0,854 0,945 2500 0,890 0,936 2600 0,926 0,925 2700 0,961 0,913 2800 0,997 0,899 2900 1,032 0,884 3000 1,068 0,867 Из графиков видно, что К = 2600 Вт/(м 2 *К). Реальное значение коэффициента теплопередачи в работающем теплообмен нике всегда меньше рассчитанного из-за дополнительных термических соп ротивлений загрязнений стенок r загр с обеих сторон. При этом общее термическое сопротивление в реальном теплообменнике: (1/К) реал = (1/К) расч + r загр.1 + r загр.2 Значение термических сопротивлений заг рязнений стенок r з агр взяты из (3, стр. 506): r загр.1 = 1,7*10 -4 м 2 *К/Вт - для водяного пара, r загр.2 =1,7*10 -4 м 2 *К/Вт - для кипящего и сходного раствора. (1/К) реал = 1/2600 + 1,7*10 -4 +1,7*10 -4 = 7,2*10 -4 м 2 *К/Вт Тогда К ре ал =1380 Вт/(м 2 *К). 5.7. Расчёт пов ерхности теплообмена. F ор = Q / K ор D ср = 6,06*10 6 /1380*56,8 = 77м 2 . 5.8. Подбор теплообменника по каталогу. Подбираем по (7, стр.51) теплообменник: · Поверхность теплообмена 79 м 2 ; · Длина труб 4м; · Диаметр труб d = 20*2; · Число ходов z = 6; · Общее число труб 316. 6. Блок создания и поддержания вакуума. Для создания вакуума в выпарных установк ах обычно применяют конденсаторы смешения с барометрической трубой. В к ачестве охлаждающего агента используют воду, которая подаётся в конден сатор при температуре окружающей среды (г. Стерлитамак t = 20 0 C ). Смесь охлаждающей воды и конденсата выливается из конденсатора по барометрической трубе. Для поддержания постоянства вакуума в системе из конденсатора с помощь ю вакуум-насоса откачивают неконденсирующиеся газы. 6.1. Расчёт барометрического конденсатор а смешения. 6.1.1. Расход охлаждающей воды G в. G в определяют из теп лового баланса конденсатора: G в= W 3 ( h бк - c в t к )/ c в ( t k - t н ), где h бк – энтальпия пар ов в барометрическом конденсаторе; t н = 20 0 С - начальная температура о хлаждающей воды; C в =4,19 кДж/кг; t к – конечная температур а смеси воды и конденсата ; Р бк = 7000 Па = 0,0714 ат, то по (2, стр . 23) t бк = 38,7 0 С и h б к = 2572,2 кДж/кг. Разность температур между паром и жидкостью на выходе из конденсатора д олжна быть 3 – 5 0 С. Поэтому конечную температуру воды t к на выходе из конденсатора примем на 4 градуса ниже те мпературы конденсации паров: t к = t бк -4= 38,7-4=34,7 0 С. Тогда G в = 3716,5(2572,2-4,19*34,7)/4,19(38,7-20) = = 115110 кг/ч = 31,98 кг/с. 6.1.2. Диаметр к онденсатора. Определяют по уравнению расхода: d бк = (4 W 3 /( rp v )) 1/2 r я= 0,04782 кг/ м3 – плотность паров (2, стр. 23). При остаточном давлении к конденсаторе порядка 10 4 Па скорость паров v =15 – 25 м/с. Тогда d бк = (4*3716,4/3600(0,04782*3,14*20)) 1/2 = 1,17м. По (4, стр. 41) подбираем конденсатор: Ё d бк = 1200мм; Ё Высота цилиндрической части 4,90м Ё Диаметры штуцеров условные: Ш Для входа вторичного пара 450мм; Ш Для входа охлаждающей воды 250мм; Ш Для барометрической трубы 250мм; Ш Для выхода парогазовой смеси 200мм. 6.1.3. Высота барометрической трубы. Диаметр барометрической трубы d бт = 250мм. Скорость воды в барометрической трубе: v = 4( G в + W 3 )/( rp d бт 2 ) = 4(31,98+1,03)/(1000*3,14*0,25 2 )= =0,67м/с. Высота барометрической трубы: Н бт =В/ r в g + (1+ Sx+l Н бт / d бт )v 2 /2g + 0,5 , где В – вакуум в барометрическом конденс аторе; Sx - сумма коэффици ентов местных сопротивлений; l - коэффициент тре ния в барометрической трубе; 0,5 – запас высоты на возможное изменение барометрического давления. В = Ратм - Рбк = 98000 – 7000 = 91000 Па; Sx = x вх+ x вых =0,5 +1,0 =1,5, где x вх, x вых – коэффициенты местны х сопротивлений на входе в трубу и выходе из неё (3, стр. 494). Коэффициент трения l зависит от режима течения жидкости. Определим режи м: Re = d бт v/ n в = 0,25*0,67/0,81*10 -6 = 206790 , где n в = 0,81*10 -6 м 2 /с при t к = 34,7 0 С (3, стр. 512). При Re = 206790 коэффициен т трения определяется по формуле Никурадзе: l = 0,0032 + 0,221* Re -0,237 =0,015 Т. о., Н бт =91000/1000*9,81 + (1+1,5 яяяяя 5 Н бт / 0,25)0,67 2 /2*9,81 + 0,5=9,833+0,00137 Н бт Н бт =9,8 м. 6.1.4. Барометрический ящик. Барометрический ящик, заполненный водой и сообщающийся с атмосферой, является гидравлическим затвором для баро метрической трубы. Объём воды в ящике должен обеспечивать заполнение ба рометрической трубы при пуске установки. Следовательно, объём ящика дол жен быть не менее объёма барометрической трубы, а форма ящика может быть произвольной: V 3 >= p d бт 2 Н бт /4>=3,14*0,25 2 *9,8/4 = 0,48 м 3 . 6.2. Расчёт производительности вакуум-нас оса. Производительность вакуум-насоса G возд определяется количеством газа (воздуха), который не обходимо удалять из барометрического конденсатора: G возд =2,5*10 -5 ( G в + W 3 )+0,01 W 3 = 2,5*10 -5 (31,98+1,03) +0,01*1,03 = 11,1*10 -3 кг/с Объёмная производительность вакуум-нас оса равна: V возд = R(273+t возд ) G возд /(M возд P возд ), где R = 8314 Дж/(кмоль*К)- универсаль ная газовая постоянная; M возд = 29 кг/кмоль – молекулярная масса воздуха; t возд - температура воздуха: t возд = t н +4+0,1*( t к – t н ) = 20 + 4 + 0,1* 14,7 = 25,5 0 С; Р возд - па рциальное давление сухого воздуха в барометрическом конденсаторе: Р возд = Р бк – Р п = 7000-3355 = 3645 Па, где давление сухог о насыщенного пара Р п = 0,03426 ат = 3355 Па при температуре 25,5 0 С (2, стр. 17). Тогда V возд = 8314(273+25,5) 1,1*10 -3 /(29*3645)=0,026 м 3 /с =1,55 м 3 /мин Зная объёмную производительность и остаточное давление, по к а талог у (7, стр. 188) подбираем вакуум- насос типа ВВН-3 с мощностью на валу N = 6,5 кВт. 7. Расчет и выбор вспомогательного оборуд ования выпарной установки. 7.1. Конденсатоотводчики. Для отвода конденсата, образующегося при работе теплообменных аппаратов, в зависимости от давления пара, применя ют различные виды устройств. 7.1.1. Конденсатоотводчик для отвода конде нсата из теплообменника, обогревающего исходный раствор до температур ы кипения. Температура греющего пара на входе в тепл ообменник 127 0 С, следовательно, давление Р = 2,5160 ат = =0,247 МПа. При данном давлении устойчиво работает конденсатороотводчик термодин амический муфтовый чугунный типа 45ч12нж. Ш Расчётное количество конденсата после теплообмен ника: Расход греющего пара G расч = 2774 кг/ч, тогда G = 1,2 G расч = 3,3 т/ч. Ш Давление пара перед конденсатоотводчиком: Р 1 = 0,95*Р = 1,44 ати. Ш Давление пара после конденсотоотводчика: Р 2 = 0,5* Р 1 = 0,72 ати. Ш Условная пропускная способность: KVy = G /( A * D P 0,5 ), где D P = 0,72 ат = 0,07МПа – перепад давления на конденсатоотводчике; А = 0,67 – коэффициент, учитывающий температуру конденсата и перепад давле ний на конденсатоотводчике (11, стр.6). KVy = 3,3/(0,67*0,72 0,5 ) = 6 т/ч. Ш Подбор конденсатоотводчиков типа 45ч12нж по (11, стр. 7): Установим 3 одинаковых ко нденсатоотводчика с условной пропускной способностью KVy = 2; диаметр условного прохода равен 40мм; размеры L =170 мм, L 1= 22мм, Hmax =89мм, H 1= 42,5мм, Do =111,5мм. 7.1.2. Конденсатоотводчик для отвода конде нсата из первого корпуса выпарной установки. Температура греющего пара на входе в аппа рат 150 0 С, сл едовательно, давление Р = 4,85 ат =0,476 МПа. При данном давлении устойчиво работает конденсатороотводчик термодин амический муфтовый чугунный типа 45ч12нж. Ш Расчётное количество конденсата после теплообмен ника: Расход греющего пара G расч = 6596 кг/ч, тогда G = 1,2 G расч = 7,9 т/ч. Ш Давление пара перед конденсатоотводчиком: Р 1 = 0,95*Р = 3,61 ати. Ш Давление пара после конденсотоотводчика: Р 2 = 0,5* Р 1 = 1,81 ати. Ш Условная пропускная способность: Ш KVy = G /( A * D P 0,5 ), где D P = 1,8 ат = 0,18 МПа – перепад давления на конденсатоотводчике; А = 0,55 – коэффициент, учитывающий температ уру конденсата и перепад давлений на конденсатоотводчике (11, стр.6). KVy = 4,61/(0,55*0,18 0,5 ) = 6,2 т/ч. Ш Подбор конденсатоотводчика типа 45ч12нж по (11, стр. 7): Установим 2 одинаковых конденсатоотводчика с условной пропускно й способностью KVy = 2 и один с условной пропускной способностью KVy = 2,5. При KVy = 2 диаметр условного прохо да равен 40мм; размеры L =170мм, L 1= 22мм, Hmax =89мм, H 1= 42,5мм, Do =111,5мм. При KVy = 2,5 диаметр условного прохо да равен 50мм; размеры L =200мм, L 1= 24мм, Hmax =103мм, H 1= 60мм, Do =115мм. 7.1.3. Конденсатоотводчик для отвода конде нсата из второго корпуса выпарной установки. Температура греющего пара на входе в аппа рат 127 0 С, сл едовательно, давление Р =0,247 МПа. При данном давлении устойчиво работает конденсатороотводчик термодин амический муфтовый чугунный типа 45ч12нж. Ш Расчётное количество конденсата после теплообмен ника: Расход греющего пара G расч = W 1- E 1=2,3 т/ч, тогда G = 1,2 G расч = 2,8 т/ч. Ш Давление пара перед конденсатоотводчиком: Р 1 = 0,95*Р = 1,425 ати. Ш Давление пара после конденсотоотводчика: Р 2 = 0,5* Р 1 = 0,713 ати. Ш Условная пропускная способность: KVy = G /( A * D P 0,5 ), где D P = 0,7125 ат – перепад давления на конденсатоотводчике; А = 0,7 – коэффициент, учитывающий температ уру конденсата и перепад давлений на конденсатоотводчике (11, стр.6). KVy = 2,8/(0,7*0,713 0,5 ) = 5 т/ч. Ш Подбор конденсатоотводчика типа 45ч12нж по (11, стр. 7): Установим 2 одинаковых конденсатоотводчика с условной пропускно й способностью KVy = 2,5. При KVy = 2,5 диаметр условного прохо да равен 50мм; размеры L =200мм, L 1= 24мм, Hmax =103мм, H 1= 60мм, Do =115мм. 7.1.4. Конденсатоотводчик для отвода конден сата из третьего корпуса выпарной установки. Температура греющего пара на входе в аппа рат 92 0 С, сл едовательно, давление Р =0,076 МПа = 0,077ат. При данном давлении устойчиво работает конденсатороотводчик поплавкр вый муфтовый (с опрокинутым поплавком) 4513нж. Ш Расчётное количество конденсата после теплообмен ника: Расход греющего пара G расч = W 2 = 3,0 т/ч, тогда G = 1,2 G расч = 3,6 т/ч. Ш Давление пара перед конденсатоотводчиком: Р 1 = 0,95*Р = 0,0722МПа = 0,7 ат. Ш Давление пара после конденсотоотводчика: Р 2 = 0,5* Р 1 = 0,0361МПа = 0,4 ат. Ш Условная пропускная способность: t н = 89,45 0 С – температура насыщенного пара (2, стр. 23) t к = 75,42 0 С - температура конденсата (2, стр.23) т.к. t к / t н = 0,84 < 0,85, то KVy = G /( r t * D P ) 0,5 , где D P = 0,0361МПа = 0,37 ат – перепад давления на конденсатоотводчике; r t = 0,2459 кг/м 3 – плотность среды, протекающей через конденсатоот водчик при температур t к (2, стр.23). KVy = 3,6/(0,37*0,2459) 0,5 = 12 т/ч. Ш Подбор конденсатоотводчика (11, стр. 7): У становим 2 одинаковых конденсатоотводчика с условной пропускной способностью KVy = 6,3; диаметр условного п рохода равен 50мм; размеры L =24мм, L 1= 50мм, H = 390мм, D =250мм. 7.2. Ёмкости. На проектируемой установке должны быть п редусмотрены ёмкости для исходного и упаренного растворов, обеспечива ющие непрерывную работу установки в течение 3 часов. 7.2.1. Ёмкость для исходного раствора. Производительность по исходному раство ру S 0 = 20000 кг / ч . Плотность 10% раствора хлорида натрия при т емпературе окружающей среды r = 1070,7 кг/м 3 . Тогда объём раствора равен V = S 0 / r = я ? 20000/1070,7 = 18,7 м 3 / ч . Тогда предварительный объём емкости с уч ётом коэффициента заполнения e = я 0,8 я равен V ’ = V *3ч/ e = 70 м 3 . 7.2.2. Ёмкость для исходного раствора. Производительность по исходному раство ру S 3 = S 0 - W = 20000 – 12000 = 8000 кг / ч . Плотность 25% раствора хлорида натрия при т емпературе t 3 = 43,4 0 С r = 1137,7 кг/м 3 . Тогда объём раствора равен V = S 0 / r = я ? 8000/1137,7 = 7,0 м 3 / ч . Тогда предварительный объём емкости с уч ётом коэффициента заполнения e = я 0,8 я равен V ’ = V *3ч/ e = 26 м 3 8. Список литературы. 1) Н.И.Гельперин, К.И.Солопенков «Прямоточная многокор пусная выпарная установка с равными поверхностями нагрева». Москва,1975г. 2) М.П.Вукалович «Термодинамические свойства воды и во дяного пара». Москва, Машиновтроение,1967г. 3) К.Ф.Павлов, Н.Г.Романков, А.А.Носков «Примеры и задачи п о курсу процессов и аппаратов химической технологии». Ленинград, Химия , 1987г. 4) П.Г.Алексеев, М.К.Захаров «Методические указания по к урсовому проектированию прямоточных многокорпусных выпарных установ ок с равными поверхностями нагрева». Москва, МИТХТ,1999г. 5) А.А.Лощинский, А.Р.Толщинский «Основы конструирован ие и расчета химической аппаратуры». Москва, Машиностроение, 1970г. 6) Б.М.Гурович «Таблицы теплофизических свойств некот орых веществ». Ташкент, Ташкентский политехнический институт им. А.Ф.Бер уни, 1975г. 7) Ю.И.Дытнерский «Основные процессы и аппараты химиче ской технологи и. Пособие по проектированию». Москва, Химия, 1991г. 8) Б.Г.Варфоломеев, В.В.Карасёв «Конструктивное оформл ение выпарных аппаратов. Учебно-методическое пособие». Москва, МИТХТ, 2000г. 9) Дж.Перри «Справочник инженера химика». Том 1. Ленингр ад, Химия, 1969г. 10) Н.И.Кошкин, М.Г.Ширкевич «Справочник по элементарной физике». Москва, Физматгиз, 1962. 11) В.М.Мясоедников «Подбор конденсатоотводчиков». Мос ква, МИТХТ, 2000г.
1Архитектура и строительство
2Астрономия, авиация, космонавтика
 
3Безопасность жизнедеятельности
4Биология
 
5Военная кафедра, гражданская оборона
 
6География, экономическая география
7Геология и геодезия
8Государственное регулирование и налоги
 
9Естествознание
 
10Журналистика
 
11Законодательство и право
12Адвокатура
13Административное право
14Арбитражное процессуальное право
15Банковское право
16Государство и право
17Гражданское право и процесс
18Жилищное право
19Законодательство зарубежных стран
20Земельное право
21Конституционное право
22Конституционное право зарубежных стран
23Международное право
24Муниципальное право
25Налоговое право
26Римское право
27Семейное право
28Таможенное право
29Трудовое право
30Уголовное право и процесс
31Финансовое право
32Хозяйственное право
33Экологическое право
34Юриспруденция
 
35Иностранные языки
36Информатика, информационные технологии
37Базы данных
38Компьютерные сети
39Программирование
40Искусство и культура
41Краеведение
42Культурология
43Музыка
44История
45Биографии
46Историческая личность
47Литература
 
48Маркетинг и реклама
49Математика
50Медицина и здоровье
51Менеджмент
52Антикризисное управление
53Делопроизводство и документооборот
54Логистика
 
55Педагогика
56Политология
57Правоохранительные органы
58Криминалистика и криминология
59Прочее
60Психология
61Юридическая психология
 
62Радиоэлектроника
63Религия
 
64Сельское хозяйство и землепользование
65Социология
66Страхование
 
67Технологии
68Материаловедение
69Машиностроение
70Металлургия
71Транспорт
72Туризм
 
73Физика
74Физкультура и спорт
75Философия
 
76Химия
 
77Экология, охрана природы
78Экономика и финансы
79Анализ хозяйственной деятельности
80Банковское дело и кредитование
81Биржевое дело
82Бухгалтерский учет и аудит
83История экономических учений
84Международные отношения
85Предпринимательство, бизнес, микроэкономика
86Финансы
87Ценные бумаги и фондовый рынок
88Экономика предприятия
89Экономико-математическое моделирование
90Экономическая теория

 Анекдоты - это почти как рефераты, только короткие и смешные Следующий
От ощущения, что играть в футбол хуже сборной России уже невозможно, становится тошно. Слава Богу, на Евро 2016 есть украинская сборная.
Anekdot.ru

Узнайте стоимость курсовой, диплома, реферата на заказ.

Обратите внимание, курсовая по химии "Расчет и подбор выпарной установки", также как и все другие рефераты, курсовые, дипломные и другие работы вы можете скачать бесплатно.

Смотрите также:


Банк рефератов - РефератБанк.ру
© РефератБанк, 2002 - 2016
Рейтинг@Mail.ru