• RU
  • icon На проверке: 14
Меню

Расчёт прямоточной двухкорпусной выпарной установки

  • Добавлен: 20.03.2020
  • Размер: 736 KB
  • Закачек: 1
Узнать, как скачать этот материал

Описание

Процессы и аппараты химических призводств Курсовое проектирование Расчёт прямоточной двухкорпусной выпарной установки

Состав проекта

icon
icon 1-4_peredelanny.xls
icon 5_punkt.xls
icon apparat_moy.cdw
icon barometricheskiy_kondensator_pechat.cdw
icon PAKhT_pechat.docx

Дополнительная информация

Контент чертежей

icon apparat_moy.cdw

apparat_moy.cdw
Выход вторичного пара
Вход исходного раствора
Выход упаренного раствора
Для сообщения с атмосферой
Для термотетра ртутного
Техническая характеристика
Аппарат предназначен для упаривания
начальной концентрацией
Производительность по исходному раствору
Поверхность теплообмена 400 м
Максимальное давление в греющей камере
Среда в аппарате и трубном пространстве -
ранстве - насыщенный водяной пар и его
Максимальная температура в межтрубном
пространстве - 133.5
При изготовлении аппарата руководствоваться ОСТ 26-01-112-79
Корпус аппарата и соприкасающиеся с упариваемым раствором де-
тали изготовить из стали 1Х18Н10Т ГОСТ 5632-72
из стали Ст. 3 сп. ГОСТ 380-71.
Аппарат испытать на прочность и плотность в горизонтальном
положении пробным гидравлическим давлением 0
Аппарат подлежит приемке согласно правилам приемки Гостех-
Сварные соединения контролировать рентгенопросвечиванием в
объеме 100% по ОСТ 26-291-71. Сварные соединения нержавеющих
сталей контролировать на стойкость против межкристалитной
коррозии по ГОСТ 6032-84.
Неуказанный вылет штуцеров - 120 мм.
Действительное расположение штуцеров
Размеры для справок.
Циркуляционная труба
Крышка греющей камеры
с естесственной циркуляцией
и вынесенной греющей камерой.
Технические требования.

icon barometricheskiy_kondensator_pechat.cdw

barometricheskiy_kondensator_pechat.cdw
Выход парогазовой смеси
Для барометрической трубы
Вход парогазовой смеси
Техническая характеристика
Аппарат предназначен для конденсации паров воды
Производительность 32 кгс
Температура ввода паров воды 59.7
Температура ввода воды 20
испытании и поставке аппарата должны
выполняться требования ГОСТа 12.2.003-74"Оборудование
производственное. Общие требования безопасности
Материал аппарата сталь Ст3сп ГОСТ 380-71
Материал опоры сталь Ст3 ГОСТ 380-71.
Сварные швы контролировать в объёме 100% рентгенопро-
Действительое расположение штуцеров
Неуказанный вылет штуцеров 150мм.
Прокладки по ГОСТ 28759.6-90.
Труба барометрическая

icon PAKhT_pechat.docx

МАТЕРИАЛЬНЫЙ БАЛАНС (РАСЧЕТ НАГРУЗКИ И КОНЦЕНТРАЦИЙ ПО КОРПУСАМ)4
1Концентрации упариваемого раствора6
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕМПЕРАТУР КИПЕНИЯ ПО КОРПУСАМ7
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОЛЕЗНОЙ РАЗНОСТИ ТЕМПЕРАТУР ТЕПЛОВЫХ НАГРУЗОК11
1 Определение тепловых нагрузок11
РАСЧЕТ КОЭФФИЦИЕНТОВ ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ14
1Выбор конструкционного материала14
2Расчет коэффициентов теплопередачи14
РАСЧЕТ ПОВЕРХНОСТИ ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ И ВЫБОР АППАРАТА ПО ГОСТ24
1 Утонченный расчет поверхности теплопередачи24
2Определение толщины тепловой изоляции33
РАСЧЕТ БАРОМЕТРИЧЕСКОГО КОНДЕНСАТОРА И БАРОМЕТРИЧЕСКОЙ ТРУБЫ34
2Расход охлаждающей воды34
3Диаметр конденсатора34
4Высота барометрической трубы36
ПОДБОР ВАКУУМ-НАСОСА38
РАСЧЕТ И ПОДБОР ПОДОГРЕВАТЕЛЯ СЫРЬЯ40
РАСЧЕТ И ПОДБОР СЫРЬЕВОГО НАСОСА45
РАСЧЁТ ДИАМЕТРОВ ШТУЦЕРОВ49
1Штуцер для ввода греющего пара в первый аппарат49
2Штуцер для ввода раствора в первый корпус выпарной установки49
3Штуцер для отвода конденсата из выпарного аппарата50
4Штуцер для вывода вторичного пара из первого аппарата51
5Штуцер для барометрического конденсатора52
Выпаривание – процесс концентрирования растворов твердых нелетучих веществ путем удаления жидкого летучего растворителя в виде паров. Сущность выпаривания заключается в переводе растворителя в парообразное состояние и отводе полученного пара от оставшегося сконцентрированного раствора. Выпаривание обычно проводится при кипении т.е. в условиях когда давление пара над раствором равно давлению в рабочем объеме аппарата.
Процесс выпаривания относится к числу широко распространенных. Последнее объясняется тем что многие вещества например едкий натр едкое кали аммиачная селитра сульфат аммония и др. получают в виде разбавленных водных растворов а на дальнейшую переработку и транспорт они должны поступать в виде концентрированных продуктов.
В химической технике используются следующие основные способы выпаривания: простое выпаривание проводимое как непрерывным так и периодическим методами многократное выпаривание осуществляемое только непрерывно и выпаривание с применением теплового насоса. Два последних способа проведения процесса обеспечивают значительную экономию тепла и поэтому имеют преобладающее значение.
Все перечисленные процессы проводят как под давлением так и под вакуумом в зависимости от параметров греющего пара и свойств выпариваемых растворов.
МАТЕРИАЛЬНЫЙ БАЛАНС (РАСЧЕТ НАГРУЗКИ И КОНЦЕНТРАЦИЙ ПО КОРПУСАМ)
Рисунок 1 - принципиальная схема установки
Поверхность теплопередачи каждого корпуса выпарной установки определяют по основному уравнению теплопередачи:
Для определения тепловых нагрузок коэффициентов теплопередачи K и полезной разностей температур необходимо знать распределение упариваемой воды концентраций растворов и их температур кипения по корпусам. Эти величины находятся методом последовательных приближений.
Производительность установки по выпариваемой воде определяем из уравнения материального баланса:
где расход исходного раствора ;
(масс.) концентрация исходного раствора;
(масс.) концентрация конечного раствора
1Концентрации упариваемого раствора
Распределение концентраций раствора по корпусам установки зависит от соотношении нагрузок по выпариваемой воде в каждом аппарате. Примем что производительность по выпариваемой воде распределяется между корпусами в соответствии с соотношением:
где и производительность по выпариваемой воде соответственно в первом и втором корпусах.
Далее рассчитываются концентрации растворов в корпусах:
Концентрация раствора в последнем корпусе соответствует заданной концентрации упаренного раствора .
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕМПЕРАТУР КИПЕНИЯ ПО КОРПУСАМ
Общий перепад давлений в установке равен:
где давление греющего пара МПа.
В первом приближении общий перепад давлений распределяют между корпусами поровну. Тогда давления греющего пара во втором корпусе (в МПа) равно:
Давление пара в барометрическом конденсаторе:
что соответствует заданному давлению в барометрической камере.
По давлениям паров находим их температуры и энтальпии [1]:
При определении температуры кипения растворов в аппаратах исходят из следующих допущений. Распределение концентраций раствора в выпарном аппарате с интенсивной циркуляцией практически соответствует модели идеального перемешивания поэтому концентрацию кипящего раствора принимают равной конечной в данном корпусе и следовательно температуру кипения раствора определяют при конечной концентрации.
Изменение температуры кипения по высоте кипятильных труб происходит вследствие изменения гидростатического давления столба жидкости. Температуру кипения раствора в корпусе принимают соответствующей температуре кипения в среднем слое жидкости. Таким образом температура кипения раствора в корпусе отличается от температуры греющего пара в последующем корпусе на сумму температурных потерь от температурной () гидростатической () и гидродинамической () депрессий ().
Гидродинамическая депрессия обусловлена потерей давления пара на преодоление гидравлических сопротивлений трубопроводов при переходе из корпуса в корпус. Обычно в расчетах принимают на корпус. Примем для каждого корпуса . Тогда температуры вторичных паров в корпусах равны:
Сумма гидродинамических депрессий:
По температурам вторичных паров определим их давления и теплоты парообразования. Они равны соответственно:
Гидростатическая депрессия обусловлена разностью давлений в среднем слое кипящего раствора и на его поверхности. Давление в среднем слое кипящего раствора каждого корпуса определяется по уравнению:
где Н – высота кипятильных труб в аппарате м; – плотность кипящего раствора кгм3; – паронаполнение (объемная доля пара в кипящем растворе) м3м3.
Для выбора значения H необходимо ориентировочно оценить поверхность теплопередачи выпарного аппарата Fop. При кипении водных растворов можно принять удельную тепловую нагрузку аппаратов с естественной циркуляцией.
Примем . Тогда поверхность теплопередачи 1-го корпуса ориентировочно равна:
Так как при выпаривании раствора хлорида натрия выделяется незначительное количество осадка по ГОСТ 11987-81 [2] выберем трубчатые аппараты с естественной циркуляцией и вынесенной греющей камерой (тип 1 исполнение 2 состоящие из кипятильных труб высотой 5 м при диаметре и толщине стенки .
При пузырьковом режиме кипения паронаполнение составляет. Примем . Плотность водных растворов при температуре 20 С и соответствующих концентрациях в корпусах равна [1]:
При определении плотности раствора в корпусах пренебрегаем изменением ее с повышением температуры от 20 С до температуры кипения ввиду малого значения коэффициента объемного расширения и ориентировочно принятого значения .
Давления в среднем слое кипятильных труб в корпусах равны (Па):
Этим давлениям соответствуют следующие температуры кипения и теплоты испарения растворителя [1]:
Определим гидростатическую депрессию по корпусам (в °С):
Сумма гидростатических депрессий:
Температурную депрессию определим по уравнению:
где T – температура паров в среднем слое кипятильных труб К; – температурная депрессия при атмосферном давлении [4]:
Находим значение по корпусам (в °С):
Сумма температурных депрессий:
Температуры кипения растворов в корпусах равны (в °С):
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОЛЕЗНОЙ РАЗНОСТИ ТЕМПЕРАТУР ТЕПЛОВЫХ НАГРУЗОК
Общая полезная разность температур равна:
Полезные разности температур по корпусам (в °С) равны:
Тогда общая полезная разность температур:
Проверим общую полезную разность температур:
1 Определение тепловых нагрузок
Расход греющего пара в 1-й корпус D производительность каждого корпуса по выпаренной воде и тепловые нагрузки по корпусам Q1 Q2 определим путем совместного решения уравнений тепловых балансов по корпусам и уравнения баланса по воде для всей установки:
где 103 – коэффициент учитывающий 3% потерь тепла в окружающую среду; сн с2 – теплоемкости растворов соответственно исходного в первом и во втором корпусах [3]; tн – температура поступления исходного раствора в 1-ый корпус
где температурная депрессия для исходного раствора; Iг1 Iг2 – энтальпии гр. паров; i1 i2 – энтальпии жидкости (воды) при температурах греющих паров. При решении уравнений можно принять:
Теплоемкость раствора в первом корпусе найдем [2стр.254];
Cн= 4190(1 – х) (3.5)
90( 1 – 006)=392 кДж(кг·К)
Теплоемкость раствора в первом корпусе найдем [2стр.253]:
С2=4190(1-x)+c1x(3.5)
90(1-025)+8965025=3367 кДж(кг·К)
где c1’ – удельная теплоемкость растворенного вещества Дж(кг К) [2стр.254].
Решение этой системы уравнений дает следующие результаты:
Результаты расчета сведем в таблицу:
Таблица 3.1 – распределение параметров по корпусам установки
Производительность по испаряемой воде кгс
Концентрация растворов x %
Давление греющих паров Pг МПа
Температура греющих паров tг С
Температурные потери град
Температура кипения раствора tк С
Полезная разность температур град
Расход греющего пара D кгс
Тепловые нагрузки Q кВт
Наибольшее отклонение вычисленных нагрузок по испаряемой воде в каждом корпусе от предварительно принятых ( ) не превышает 3 % поэтому не будем пересчитывать концентрации и температуры кипения растворов по корпусам.
РАСЧЕТ КОЭФФИЦИЕНТОВ ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ
1Выбор конструкционного материала
Выбираем конструкционный материал стойкий в среде кипящего раствора NaCl в интервале изменения концентраций от 6 до 25 % [6]. В этих условиях химически стойкой является сталь марки Х17. Скорость коррозии ее не более 01 ммгод коэффициент теплопроводности .
2Расчет коэффициентов теплопередачи
Коэффициент теплопередачи для первого корпуса определяют по уравнению аддитивности термических сопротивлений:
Распределение температур в процессе теплопередачи от пара через стенку к кипящему раствору показано на рисунок 4.1.
Рисунок 4.1.- Распределение температур в процессе теплопередачи от пара к кипящему раствору через многослойную стенку:
– пар; 2 – конденсат; 3 –стенка 4 – накипь; 5 – кипящий раствор
Примем что суммарное термическое сопротивление равно термическому сопротивлению стенки и накипи . Термическое сопротивление загрязнений со стороны пара не учитываем.
Коэффициент теплоотдачи от конденсирующегося пара к стенке равен[2]:
где – теплота конденсации греющего пара Джкг; λж1 – соответственно плотность (кгм3) теплопроводность Вт(м·К) вязкость (Па·с) конденсата при средней температуре пленки tпл = tг1 – Δt12 где Δt1 – разность температур конденсации пара и стенки °С.
Расчет ведут методом последовательных приближений. В первом приближении примем =20. Тогда
= - =1335 – 1 =1325 (4.4)
Для установившегося процесса передачи тепла справедливо уравнение:
q = Δt1 = = Δt2(4.5)
Где q – удельная тепловая нагрузка Втм2; Δtст – перепад температур на стенке °С; Δt2 – разность между температурой стенки со стороны раствора и температурой кипения раствора °С
Δtст = Δt1 = 86895·2·3695 · 10-4 = 642 °С(4.6)
Δt2 = Δtп1 - Δtст - Δt1 = 1657 – 642 – 2 = 815 °С(4.7)
Коэффициент теплоотдачи от стенки к кипящему раствору для пузырькового кипения в вертикальных кипятильных трубках при условии естественной циркуляции раствора равен [6]:
= Aq06 = 780 q06(4.8)
Таблица 4.1 - Физические свойства кипящих растворов NaCl и их паров:
Теплопроводность раствора Вт(мК)
Плотность раствора кгм3
Теплоемкость раствора с Дж(кгК)
Вязкость раствора Пас
Поверхностное натяжение Нм
Теплота парообразования rв Джкг
Подставив численные значения получим:
= 780173789806 = =41638
Проверим правильность первого приближения по равенству удельных тепловых нагрузок:
q’ = Δt1 = 86895·2 =1737898
q’’ = Δt2 =41638· 815 = 3393466
Как видим q’ q’’ для второго приближения примем Δt1 = 38°С
Пренебрегая изменением физических свойств конденсата при незначительном изменении температуры рассчитаем по соотношению:
= 86895 = 74013(4.9)
Δtст= = 74013·38·3695 · 10-4 = 104°С
Δt2= 1657 – 104 – 38 = 238°С
q’ = 74013·38 = 281248
q’’ = 555813· 238 = 132234
Для расчета в третьем приближении строим графическую зависимость удельной тепловой нагрузки q от разности температур между паром и стенкой в первом корпусе (рисунок 4.2) и определяем
Если расхождение между тепловыми нагрузками не превышает 3% расчет коэффициентов и на этом заканчивают.
Далее рассчитаем коэффициент теплопередачи для второго корпуса К2. Коэффициент теплоотдачи от конденсирующегося пара к стенке равен[2]:
Где – теплота конденсации греющего пара Джкг; λж1 – соответственно плотность (кгм3) теплопроводность Вт(м·К) вязкость (Па·с) конденсата при средней температуре пленки tпл где Δt1 – разность температур конденсации пара и стенки°С.
Расчет ведут методом последовательных приближений. В первом приближении примем =2 град. Тогда
Δtст = 72396 · 2 · 3695 · 10-4= 535
Δt2= 4744 – 535 – 2 = 4009
q’ = Δt1 = 72396·2 = 1447924
q’’ = Δt2 =23587 ·4009= 9456289.
Для второго приближения примем Δt1 = 12. Пренебрегая изменением физических свойств конденсата при незначительном изменении температуры рассчитаем по соотношению:
Δtст = 46257·12·3695 · 10-4 = 205
Δt2= 4744 – 205 – 12 = 1493
=780555084706 =52824
q’ = Δt1 = 5550847·12 = 5550847
q’’ = Δt2 =52824 ·1493= 7886917.
Для расчета в третьем приближении строим графическую зависимость удельной тепловой нагрузки q от разности температур между паром и стенкой в первом корпусе (рисунок 4.3) и определяем
2 Распределение полезной разности температур
Полезные разности температур в корпусах установки находим из условия равенства их поверхностей теплопередачи:
Где Δtпj Qj Kj – соответственно полезная разность температур тепловая нагрузка коэффициент теплопередачи для j-того корпуса.
Проверим общую полезную разность температур установки:
Δtп1 + Δtп2 = 3268 + 3133 = 6401
Теперь рассчитаем поверхность теплопередачи выпарных аппаратов по формуле:
Найденные значения мало отличаются от ориентировочно определенной ранее поверхности Fор. Поэтому в последующих приближениях нет необходимости вносить коррективы на изменение конструктивных размеров аппаратов (высоты диаметра и числа труб). Сравнение распределенных их условий равенства поверхностей теплопередачи и предварительно рассчитанных значений полезных разностей температур представлено ниже:
Таблица 4.2 - Сравнение распределенных разностей температур
Распределенные в 1-м приближении значения °С
Предварительно рассчитанные значения °С
Как видно полезные разности температур рассчитанные из условия равного перепада давления в корпусах и найденные в 1-м приближении из условия равенства поверхностей теплопередачи в корпусах существенно различаются (более чем на 5%). Поэтому необходимо заново перераспределить температуры между корпусами установки. В основу этого перераспределения температур должны быть положены полезные разности температур найденные из условия равенства поверхностей теплопередачи аппаратов.
РАСЧЕТ ПОВЕРХНОСТИ ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ И ВЫБОР АППАРАТА ПО ГОСТ
1 Утонченный расчет поверхности теплопередачи
В связи с тем что существенное изменение давлений по сравнению с рассчитанным в первом приближении происходит только в 1-м и 2-м корпусах во втором приближении принимаем такие значения для каждого корпуса как в первом приближении. Полученные после перераспределения температур (давлений) параметры растворов и паров по корпусам представлены ниже:
Производительность по испаряемое воде
Концентрация растворов x%
Температура греющего пара в 1-м корпусе
Полезная разность температур
Температура кипения раствора
Температура вторичного пара
Давление вторичного пара
Температура греющего пара
Рассчитаем тепловые нагрузки:
Q1= 103[22·39(10082 – 9869)+738(2670 – 419·10082)]= =1727287.;
Q2= 103[(22– 738) 3367(7179– 10082)+782(2626 – 419·7179)]=
tн= tвп1 + = 9769+ 10 = 9869°C
Расчет коэффициентов теплопередачи:
Расчет ведут методом последовательных приближений. В первом приближении примем =90 град. Тогда
= - =1335 – 45 =129
Таблица 5.1 - Физические свойства кипящих растворов NaCl и их паров:
q’ = Δt1 = 55413·9 =4987131
q’’ = Δt2 =74792· 525 = 3927663
Как видим q’ q’’ для второго приближения примем Δt1 = 8°С
Δtст = 570685·8·3695 · 10-4 = 1687°С
Δt2= 3268 – 1687 – 8 = 781°С
q’ = 570685·8 = 4565479
q’’ = 709309· 781 = 553939
Для расчета в третьем приближении строим графическую зависимость удельной тепловой нагрузки q от разности температур между паром и стенкой в первом корпусе (рисунок 5.1) и определяем
Если расхождение между тепловыми нагрузками не превышает 3% расчет коэффициентов и на этом заканчивают. Находим К1:
Где – теплота конденсации греющего пара Джкг; λж1 – соответственно плотность (кгм3) теплопроводность Вт(м·К) вязкость (Па·с) конденсата при средней температуре пленки tпл где Δt1 – разность температур конденсации пара и стенки °С.
Расчет ведут методом последовательных приближений. В первом приближении примем =6 град. Тогда
Δtст = 53704 · 6 ·3695 · 10-4= 1191
Δt2= 3133 – 1191 – 6 = 1342
q’ = Δt1 = 53704·6 = 3222211
q’’ = Δt2 =44273 ·1342= 5942876 .
Для второго приближения примем Δt1 = 11. Пренебрегая изменением физических свойств конденсата при незначительном изменении температуры рассчитаем по соотношению:
Δtст = 461522·11·3695 · 10-4 = 1876
Δt2= 3133 – 1876 – 11 = 157
= 78050767406 = =581565
q’ = Δt1 = 461522·11 = 507674
q’’ = Δt2 =581565 ·157= 913248.
Для расчета в третьем приближении строим графическую зависимость удельной тепловой нагрузки q от разности температур между паром и стенкой в первом корпусе (рисунок 5.2) и определяем
2Распределение полезной разности температур
Δtп1 + Δtп2 = 3124 + 3277 = 6401
Сравнение полезных разностей температур полученных во 2-м и 1-м приближениях приведено ниже:
Различия между полезными разностями температур по корпусам в 1-м и 2-м приближениях не превышают 5%.
Поверхность теплопередачи выпарных аппаратов:
По ГОСТ 11987—81 [2] выбираем выпарной аппарат со следующими характеристиками:
Номинальная поверхность теплообмена м2
Диаметр греющей камеры мм
Диаметр сепаратора мм
Диаметр циркуляционной трубы мм
Общая высота аппарата мм
Схема выпарного аппарата: 1 – греющая камера 2 – сепаратор 3 – циркуляционная труба
2Определение толщины тепловой изоляции
Толщину тепловой изоляции находят из равенства удельных тепловых потоков через слой изоляции от поверхности изоляции в окружающую среду:
где – коэффициент теплоотдачи от внешней поверхности изоляционного материала в окружающую среду Вт(м2К) [7]; – температура изоляции со стороны окружающей среды (воздуха); для аппаратов работающих в закрытом мщении выбирают в интервале 35 – 45 С а для аппаратов работающих на открытом воздухе в зимнее время – в интервале 0 – 10 С; – температура изоляции со стороны аппарата; ввиду незначительного термического сопротивления стенки аппарата по сравнению с термическим сопротивлением слоя изоляции принимают равной температуре греющего пара ; – температура окружающей среды (воздуха) С; – коэффициент теплопроводности изоляционного материала Вт(м К).
Рассчитаем толщину тепловой изоляции для 1-го корпуса:
В качестве материала для тепловой изоляции выберем совелит (85 % магнезии + 15% асбеста) [9] имеющий коэффициент теплопроводности . Получим:
Принимаем толщину тепловой изоляции 0038 м и для второго корпуса.
РАСЧЕТ БАРОМЕТРИЧЕСКОГО КОНДЕНСАТОРА И БАРОМЕТРИЧЕСКОЙ ТРУБЫ
Для создания вакуума в выпарных установках обычно применяют конденсаторы смешения с барометрической трубой. В качестве охлаждающего агента используют воду которая подается в конденсатор чаще всего при температуре окружающей среды (около 20°С). Смесь охлаждающей воды и конденсата выливается из конденсатора по барометрической трубе. Для поддержания постоянства вакуума в системе из конденсатора с помощью вакуум-насоса откачивают неконденсирующиеся газы.
Необходимо рассчитать расход охлаждающей воды основные размеры (диаметр и высоту) барометрического конденсатора и барометрической трубы производительность вакуум-насоса.
2Расход охлаждающей воды
Расход охлаждающей воды Gв определяют из теплового баланса конденсатора:
Где Iбк - энтальпия паров в барометрическом конденсаторе Джкг; tн – начальная температура охлаждающей воды равная 16°С; tк – конечная температура смеси воды и конденсата °С.
Разность между температурой конденсата и температурой конденсации вторичного пара в конденсаторе 5°С (по условию)
tк = tбк – 50 = 548 – 50 = 498°С(6.2)
3Диаметр конденсатора
Диаметр барометрического конденсатора dбк определяют из уравнения расхода:
где ρ - плотность паров при температуре в барометрическом конденсаторе кгм3; v – скорость паров мс
При остаточном давлении в конденсаторе порядка 104 Па скорость паров .. Тогда
Выбираем барометрический конденсатор диаметром dбк = 1600 мм [3]
Таблица 6.1 - Характеристики барометрического конденсатора
Толщина стенки аппарата S
Расстояние от верхней полки до крышки аппарата а
Расстояние от нижней полки до днища аппарата r
Расстояние между осями конденсатора и ловушки:
Расстояние между полками
Условные проходы штуцеров
для выхода парогазовой смеси (В)
для барометрической трубы (Г)
для входа парогазовой смеси (И)
для выхода парогазовой смеси (Ж)
для барометрической трубы (Е)
4Высота барометрической трубы
Внутренний диаметр барометрической трубы dбт равен 300 мм [3]. Скорость воды в барометрической трубе:
Высота барометрической трубы:
Hбт = + (1++λ) + + 05 (6.6)
где В – вакуум в барометрическом конденсаторе Па; – сумма коэффициентов местных сопротивлений; λ – коэффициент трения в барометрической трубе; 05 – запас высоты на возможное изменение барометрического давления м
В = Ратм – Рбк = 981·104 – 16·104 = 821·104 Па(6.7)
= вх + вых = 05 + 10 = 15 (6.8)
где вх вых – коэффициенты местных сопротивлений на входе в трубу и на выходе из нее.
Коэффициент трения λ зависит от режима течения жидкости. Определим режим течения воды в барометрической трубе:
Re=vвdбтρв= = 108·106(6.9)
Для гладких труб при Re=108·106 коэффициент трения λ=00097 [2рисунок 1.4].
Найдем высоту барометрической трубы:
Hбт = +(1+15+00097)+05
Отсюда находим Hбт = 10338 м
Рисунок 6.1 - Схема барометрического конденсатора с сегментными полками (изготавливается диаметром 800 - 2000 мм)
ПОДБОР ВАКУУМ-НАСОСА
Производительность вакуум-насоса Gвозд определяется количеством газа(воздуха) который необходимо удалять из барометрического конденсатора:
Gвозд = 25·10-5(w2 + Gв) + 001w2(7.1)
где 25·10-5 – количество газа выделяющегося из 1 кг воды 001 – количество газа подсасываемого в конденсатор через неплотности на 1 кг паров. Тогда:
Gвозд = 25·10-5(782 + 1319) + 001·782 =81 кгс
Объемная производительность вакуум-насоса равна:
где R – универсальная газовая постоянная Дж(кмоль·К); Mвозд – молекулярная масса воздуха кгмоль; tвозд – температура воздуха °С; Рвозд – парциальное давление сухого воздуха в барометрическом конденсаторе Па.
Температуру воздуха рассчитывают по уравнению:
tвозд = tн + 4 + 01(tк – tн) = 16+4+01(498-16) = 234 °С(7.3)
Давление воздуха равно:
Рвозд = Рбк – Рп(7.4)
Где Рп – давление сухого насыщенного пара (Па) при tвозд = 234°С. Подставив получим:
Рвозд = 16·104 – 981·00398·104 = 121·104 Па
Vвозд= = 057 м3с = 3413 м3мин
Зная объемную производительность Vвозд и остаточное давление Рбк по каталогу [8] подбираем вакуум-насос типа ВВН-50 мощностью на валу N = 94 кВт
Таблица 7.1 - Характеристики вакуум-насоса
Остаточное давление мм.рт.ст.
Производительность м3мин
Мощность на валу кВт
РАСЧЕТ И ПОДБОР ПОДОГРЕВАТЕЛЯ СЫРЬЯ
Ориентировочное значение поверхности [2].
средняя разность температур потоков при противоточном движении теплоносителей.
греющий пар 1335 1335
-теплоемкость раствора при и xн=6%.
Предварительно принимаем что перепад температур равномерно распределяется между границами раздела фаз внутри стенки. Тогда температуру стенки принимаем:
Задаваясь числом Re=15000 определим соотношение nz для теплообменника из труб диаметром dн=25х2:
n – общее число труб;
z– число ходов по трубному пространству;
d– внутренний диаметр труб м;
–вязкость раствора Па.
В соответствии с [3таблица 2.9] соотношение nz принимает наиболее близкое к заданному значение у теплообменников с диаметром кожуха D=800 мм диаметром труб d=25х2 мм числом ходов z=2 и общим числом труб n=442.
Действительное число Re:
Значение критерия Прандтля найдем по формуле:
= 39021 -теплоемкость раствора [6];
–вязкость раствора Па. [6];
????=0672 - теплопроводность раствора NaCl[6]
Nu1=0023Re108Pr104(8.8)
При рассчитанной температуре стенки определим Prст.
где с - удельная теплоёмкость раствора [6];
- вязкость раствора [6] Пас;
λ - коэффициент теплопроводности раствора [6].
Определим соотношение :
Nu1=0023(12716)08(203)040997=5846
Значение коэффициента теплоотдачи раствора α1определим по формуле:
α1= 5846 · = 187085
Определим коэффициент теплоотдачи от пара конденсирующегося на поверхности труб для вертикальных труб: ([2] стр.53)
????=068 - теплопроводность конденсата [6] ;
ρ=957 - плотность конденсата [2];
=01910-3 - вязкость конденсата Пас [6];
Gгп – расход греющего пара ;
= Джкг-удельная теплота парообразования
Сумма термических сопротивлений стенки труб из нержавеющей стали и загрязнений со стороны воды и пара равна:
= + = 00020175 + 000043 = 545 (8.12)
-коэффициент теплоотдачи раствора;
-коэффициент теплоотдачи пара;
- термическое сопротивление загрязнений ;[2]
- термическое сопротивление стенки;
- теплопроводность нержавеющей стали;[2]
Найдем коэффициент теплопередачи:
Тогда поверхность теплообмена будет равна:
Подогреватель сырья с длиной труб 3 м и поверхностью 104 м2 подходит с запасом:
где - минимальное значение запаса поверхности .
Рассчитаем температуру стенки tст по формуле:
где q - удельный тепловой поток ;
α1 - коэффициент теплоотдачи раствора;
tср2 - средняя температура раствора оС.
Рассчитаем удельный тепловой поток по формуле:
где К - рассчитанный коэффициент теплопередачи;
tср - средняя разность температур.
где с - удельная теплоёмкость раствора К;
Определим соотношение (PrPrст)025:
Так как различия между соотношениями полученными ранее невелики: окончательно принимаем теплообменник с поверхностью теплообмена 104 м2 подробная характеристика которого представлена в таблице 8.1.
Таблица 8.1 - Характеристика теплообменника [3]
Поверхность теплообмена в м2 при длине труб
Площадь сечения потока 102 м2
Площадь сечения одного хода по трубам 102 м2 fтр
В вырезе перегоро-док
Между перего-родками
РАСЧЕТ И ПОДБОР СЫРЬЕВОГО НАСОСА
Сырьевой насос будем выбирать по напору и мощности.
Сначала выбираем диаметр трубопровода предварительно рассчитав внутренний диаметр трубопровода приняв скорость смеси во всасывающий и нагнетательной линиях одинаковой и равной w = 2 мс [3].
Внутренний диаметр трубопровода:
где ρ – плотность раствора при концентрации 6% и температуре 20 оС [6].
Выбираем трубопровод из труб углеродистой стали диаметром 108x4 мм с внутренним диаметром 100 мм [3].
Тогда скорость потока:
Трубопровод стальной - коррозия трубопровода незначительна.
Рассчитаем потери на трение и местные сопротивления. Для этого рассчитаем критерий Рейнольдса:
где р – динамическая вязкость сырья при температуре 20 oС [6].
По рассчитанному значению Re определяем что режим течения турбулентный.
Среднее значение абсолютной шероховатости стенок труб [2]:
=02 мм – для стальных труб при незначительной коррозии.
Рассчитаем относительную шероховатость [6]:
Определяем характер трения в трубе [6]:
Следовательно мы имеем зону смешанного трения. Для этой зоны значение коэффициента λ рассчитывается по формуле [6]:
Сумма коэффициентов местных сопротивлений для всасывающей линии [1]:
где 1 = 05 – вход в трубу (принимаем с острыми краями) [3];
60927 = 0426 - прямоточный вентиль (для d = 100 мм и Re 3105 k= 0927) [3];
015=015 – плавный отвод под углом 90о [3].
Теперь найдем потери давления и напора на преодоление сопротивления трения и местных сопротивлений на всасывающей линии:
Принимаем Lвс = 10 м а Lн = 20 м. Тогда:
Сумма коэффициентов местных сопротивлений для нагнетательной линии [3]:
где 1 = 1 – выход из трубы [3];
= АВ = 10015=015 - плавный отвод под углом 90о [3];
= AB = 113015 = 017 - отвод под углом 110о [3].
Теперь найдем потери давления и напора на преодоление сопротивления трения и местных сопротивлений на нагнетательной линии:
Общие потери напора [3]:
Рассчитываем полный напор развиваемый насосом [3]:
где Р2 - давление в аппарате в который подается жидкость численно равно Рвп1 при tвп1=9769 (935776 Па);
Р1 - давление в аппарате из которого перекачивается жидкости численно равно атмосферному (101325 Па);
НГ - геометрическая высота подъёма жидкости принимаем равной 9 м.
Полезная мощность насоса:
Для центробежного насоса средней подачи принимаем КПД насоса н=07 и КПД передачи пер=08 [3]. Тогда мощность которую должен развивать электродвигатель насоса на выходном валу при установившемся режиме работы:
Тогда мощность потребляемая насосом:
где дв – КПД двигателя зависящий от N [3].
Принимаем центробежный насос характеристики которого представлены в таблице [3].
Таблица 9.1 - Характеристики центробежного насос
Укомплектованный электродвигателем характеристики которого представлены в таблице [3].
Таблица 9.2 - Характеристики электродвигателя
РАСЧЁТ ДИАМЕТРОВ ШТУЦЕРОВ
Внутренний диаметр трубопровода круглого рассчитывается по формуле:
где Q – расход среды м3с;
w – скорость среды мс.
1Штуцер для ввода греющего пара в первый аппарат
Т.к. перекачиваемой средой являются насыщенные пары то по данным скоростей [3] принимаем значение w = 20 мс.
где Q1 – тепловая нагрузка первого корпуса во втором приближении Вт;
rг.п. – теплота парообразования греющего пара Джкг.
Плотность греющего пара при t = 1335 оC равна ρ = 1648 кгм3 [2].
Тогда расход среды будет равен:
Выбираем по ГОСТ 26-1404-76 ОСТ 26-1410-76 штуцер с условным диаметром Dy=500 мм подробные характеристики которого представлены в таблице .
Таблица 10.1 - характеристики штуцера с условным диаметром 500 мм
2Штуцер для ввода раствора в первый корпус выпарной установки
Массовый расход: D = 20 кгс
Плотность раствора входящего в первый корпус при температуре кипения t = 1008оC и концентрации = 6 % равна ρ = 998кгм3 [6].
Объёмный расход равен:
Т.к. перекачиваемой средой является жидкость то по данным скоростей [3] принимаем значение w = 2 мс.
Выбираем по ГОСТ 26-1404-76-ОСТ 26-1410-76 штуцер с условным диаметром Dy = 125 мм подробные характеристики которого представлены в таблице .
Таблица 10.2 - характеристики штуцера с условным диаметром 125 мм
3Штуцер для отвода конденсата из выпарного аппарата
Плотность воды берем при температурах греющих паров считая что пар конденсируется не охлаждаясь.
Выбираем по ГОСТ 26-1404-76-ОСТ 26-1410-76 штуцер с условным диаметром Dy = 80 мм подробные характеристики которого представлены в таблице .
Таблица 10.3 - характеристики штуцера с условным диаметром 80 мм
4Штуцер для вывода вторичного пара из первого аппарата
Плотность пара при температуре tвп1 = 9769 оC равна ρ = 055кгм3 [2].
Т.к. перекачиваемой средой являются насыщенные пары то по данным скоростей [3] принимаем значение w = 22 мс.
Выбираем по ГОСТ 26-1404-76-ОСТ 26-1410-76 штуцер с условным диаметром Dy = 500 мм подробные характеристики которого представлены в таблице .
Таблица 10.4 - характеристики штуцера с условным диаметром 500 мм
5Штуцер для барометрического конденсатора
Плотность пара при температуре tвозд = 234 оC и Рвозд = 121·104 Па равна:
Т.к. перекачиваемой средой является воздух то по данным скоростей [3] принимаем значение w = 22 мс.
Выбираем по ОСТ 26-1404-76-ОСТ 26-1410-76 штуцер с условным диаметром Dy=250 мм подробные характеристики которого представлены в таблице .
Таблица 10.5 - характеристики штуцера с условным диаметром 250 мм
При выполнении курсовой работы на тему: «Расчет прямоточной двухкорпусной выпарной установки» были получены следующие данные:
Выбран выпарной аппарат с естественной циркуляцией и вынесенной греющей камерой с длинной труб l = 5000 мм диаметром трубок d = 38×2 мм.
Также был выбран барометрический конденсатор с внутренним диаметром d = 2000 мм.
По заданию было необходимо упарить раствор NaClс начальной концентрацией xн = 7 % до концентрации xк = 25 %.
В результате расчетов была обеспечена требуемая глубина процесса.
Плановский А.Н. Николаев П.И. Процессы и аппараты химической и нефтехимической технологии. Л.: Химия 1972. 496 с.
Павлов К.Ф. Романков П.Г. Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов. Л.: Химия 1976. 552 с.
Дытнерский Ю.И.Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию. 2 – е изд перераб. и дополн. М.: Химия 1991. – 496 с.
Справочник химика. М. – Л.: Химия Т. III 1962. 1006 с. Т. V 1966. 974 с.
Воробьева Г.Я. Коррозионная стойкость материалов в агрессивных средах химических производств. Изд. 2 – е. Л.: Химия 1976. 328 с.
Зайцев И.Д. Асеев Г.Г. Физико-химические свойства бинарных и многокомпонентных растворов неорганических веществ. Справ.изд. – М.: Химия 1988. 416 с.
ГОСТ 11987 – 81. Аппараты выпарные трубчатые.
Вакуумные насосы. Каталог-справочник. М.:ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ 1970. 63 с.
Чернышев А. К. Поплавский К. Л. Заичко Н. Д. Сборник номограмм для химико-технологических расчетов. Л.: Химия 1974. 200 с.

Свободное скачивание на сегодня

Обновление через: 7 часов 38 минут
up Наверх