Двухкорпусная выпарная установка с площадью нагрева 40 м2

Расчет двухкорпусной выпарной установки.docx

ЛИТОБЗОР ПО ТЕХНОЛОГИИ ПРОЦЕССА ВЫПАРКИ7
ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА И ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЕСКОЙ СХЕМЫ УСТАНОВКИ11
ВЫБОР КОНСТРКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ АППАРАТА14
МАТЕРИАЛЬНЫЙ И ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС УСТАНОВКИ16
ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСХОДА ГРЕЮЩЕГО ПАРА19
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОВЕРХНОСТИ ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ ВЫБОР ТИПА ИСПОЛНЕНИЯ ВЫПАРНОГО АППАРАТА28
РАСЧЕТ И ВЫБОР ТЕПЛООБМЕННИКОВ ИСХОДНОЙ СМЕСИ И БАРОМЕТРИЧЕСКОГО КОНДЕНСАТОРА32
ВЫБОР ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ ВЫПАРНОЙ УСТАНОВКИ39
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ44
В данном курсовом проекте будет выполнен расчет и проектирование двухкорпусной выпарной установки для выпаривания глицерина.
Глицерин относится к трехатомным спиртам и имеет химическую формулу C3H5(OH)3. При температуре выше 18°С он представляет собой вязкую бесцветную гигроскопическую жидкость с температурой кипения 290°С которая хорошо смешивается с водой.Глицеринтяжелее воды — плотностьглицеринапри 20°С составляет 1260 кгм3 [1].
Выпаривание представляет собой термический процесс кипения раствора с выделением паров растворителей в практически чистом виде при этом растворимое нелетучие вещество (твёрдое тело например соль или вязкая жидкость например глицерин) остаётся в концентрированном виде в аппарате. Получаемые при выпаривании пары удаляются в атмосферу или в конденсирующее устройство.
В большинстве случаев аппараты непрерывного действия компонуются в так называемые многокорпусные выпарные установки в которых упариваемый раствор последовательно проходит через ряд отдельных аппаратов. В каждом последующем аппарате устанавливается большая концентрация раствора чем в предыдущем.
Расчетная часть курсового проекта включает в себя несколько пунктов. В пункте «материальный баланс» используя систему балансовых уравнений будет произведен расчет недостающих значений расходов раствора на различных этапах выпаривания. В последующих пунктах будет определен расход греющего пара и поверхность теплопередачи. Далее в пункте «расчет и выбор теплообменников исходной смеси и барометрического конденсатора» будет произведен выбор ГОСТированных теплообменных аппаратов по площади теплопередачи. Затем в пунктах «выбор вспомогательного оборудования выпарной установки» будет подобрано по производительности данное вспомогательное оборудование.
Графическая часть включает в себя два чертежа. На первом из них изображена технологическая схема выпарной установки. На втором чертеже изображен общий вид выпарного аппарата с необходимыми размерами разрезами и отдельными узлами.
ЛИТОБЗОР ПО ТЕХНОЛОГИИ ПРОЦЕССА ВЫПАРКИ
Выпарные аппараты возможны периодического и непрерывного действия. Первые отличаются низкой производительностью и большими потерями теплоты для разогрева аппарата перед его пуском. В промышленности используются аппараты непрерывного действия.
По конструктивным признакам аппараты бывают вертикальные (компактные чаще применяемые) горизонтальные наклонные. По виду обогреваемой поверхности: трубчатые (наиболее часто используемые в промышленности) змеевиковые с паровой рубашкой. По давлению в аппарате: с повышенным давлением атмосферным давлением и вакуумом.
а – с сосной циркуляционной (опускной) трубой; б – с выносной опускной трубой; в – с вынесенной греющей камерой; 1 – греющая камера; 2 – паровое пространство; 3 – опускная (циркуляционная) труба; 4 – брызгоуловитель (сепаратор)
Рисунок 1.1 – Вертикальные выпарные аппараты с естественной циркуляцией раствора
Наибольшее распространение в различных отраслях промышленности получили трубчатые выпарные аппараты с естественной или принудительной циркуляцией раствора в них. Нагревательные камеры таких аппаратов могут быть расположены соосно с аппаратом (рисунок 1.1 а и б) или вынесены (рисунок 1.1 в). Естественная циркуляция раствора в аппаратах вызывается различием плотностей парожидкостной смеси в циркуляционной трубе и кипятильных трубах (рисунок 1.1). Скорость циркуляции в таких аппаратах невелика (03 08 мс) поэтому коэффициенты теплопередачи в их греющих камерах тоже относительно низкие. На рисунке 1.1 б представлен аппарат с вынесенной циркуляционной трубой которая не обогревается снаружи следовательно в ней раствор активно не кипит т.е. нет активного парообразования. Поэтому разность плотностей парожидкостной смеси в кипятильных трубах и циркуляционной трубе больше чем в аппаратах с сосной циркуляционной трубой скорость движения и коэффициент теплопередачи тоже несколько выше. Повышение скорости движения парожидкостной смеси в кипятильных трубах кроме того уменьшает возможность отложения кристаллов на внутренней поверхности этих труб которые могут образовываться при концентрировании растворов [2 c. 48].
Существенного снижения отложения в трубах кристаллов солей можно достичь при использовании аппаратов с вынесенной зоной кипения (рисунок 1.1 б и рисунок 1.2 а). В таких аппаратах вследствие увеличенного гидростатического давления столба жидкости кипения в трубах греющей камеры не происходит упаренный раствор только перегревается. При выходе перегретого раствора из этих труб в трубы кипятильные он попадает в зону пониженного гидростатического давления где и происходит интенсивное его закипание. Таким образом предотвращается возможность отложения кристаллов на теплообменной поверхности труб и следовательно увеличивается коэффициент теплопередачи и время эксплуатации аппарата между профилактическими ремонтами.
а – с сосной греющей камерой; б – с вынесенной греющей камерой; 1 – греющая камера; 2 – паровое пространство; 3 – циркуляционная (опускная) труба; 4 – сепарирующее устройство; 5 - насос
Рисунок 1.2 – Выпарные аппараты с принудительной циркуляцией раствора
Более высокие кратности циркуляции соответствующие скоростям движения парожидкостной смеси более 2 25 мс достигаются в выпарных аппаратах с принудительной циркуляцией (рисунок 1.2). Это обеспечивается установкой в циркуляционной трубе насосов обладающих высокой производительностью. Как результат – высокие коэффициенты теплопередачи (более 2000 Вт( ·К). В аппаратах с принудительной циркуляцией можно с успехом концентрировать высоковязкие или кристаллизующие растворы. Эти аппараты могут быть как с сосной (рисунок 1.2 а) так и с вынесенной греющей камерой (рисунок 1.2 б) а также с вынесенной зоной кипения (рисунок 1.2 а) [2 c. 50].
ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА И ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЕСКОЙ СХЕМЫ УСТАНОВКИ
1 Обоснование выбора двухкорпусной выпарной установки
С увеличением числа корпусов многокорпусной выпарной установки снижается расход греющего пара на 1 кг выпариваемой воды. Если в однокорпусном выпарном аппарате на выпаривание 1 кг воды приближенно расходуется 1 кг греющего пара то в двухкорпусной выпарной установке наименьший расход греющего пара на выпаривание 1 кг воды составляет 05 кг в трехкорпусной – 033 кг в четырехкорпусной – 025 кг и т. д.
Однако если при переходе от однокорпусной установки к двухкорпусной экономия греющего пара составляет приблизительно 50 % то при переходе от четырехкорпусной к пятикорпусной установке эта экономия уменьшается до 10 % и становится еще меньше при дальнейшем возрастании числа корпусов [2 c. 49].
Основной причиной определяющей предел числа корпусов выпарной установки является возрастание температурных потерь с увеличением числа корпусов. Для осуществления теплопередачи необходимо обеспечить в каждом корпусе некоторую полезную разность температур т. е. разность температур между греющим паром и кипящим раствором равную обычно не менее 5 7 °С для аппаратов с естественной циркуляцией и не менее 3 °С для аппаратов с принудительной циркуляцией.
При увеличении числа корпусов сверх допустимого предела сумма температурных потерь может стать равной или даже больше общей разности температур которая не зависит от числа корпусов установки. В результате выпаривание раствора станет невозможным.
В большинстве случаев на практике применяют выпарные установки с греющими поверхностями нагрева с 2-4 корпусами.
Выпарные аппараты с паровым обогревом можно разбить на три группы: с естественной циркуляцией раствора с принудительной циркуляцией раствора и плёночные аппараты. Выпарные аппараты с естественной циркуляцией отличаются высокой производительностью и широко используются для упаривания растворов с относительно невысокой вязкостью. В таких аппаратах циркуляция осуществляется за счет разности плотностей в отдельных точках аппарата.
На основании вышеизложенного для концентрирования водного раствора выбираем двухкорпусный выпарной аппарат непрерывного действия с принудительной циркуляцией.
2 Описание технологической схемы производства
Исходный раствор из емкости центробежным насосом подается в подогреватель экстрапаром а затем в подогреватель греющим паром. В теплообменниках исходный раствор подогревается до температуры близкой к температуре кипения а затем подается – в первый корпус выпарной установки. Предварительный подогрев раствора повышает интенсивность кипения в выпарном аппарате.
Первый корпус обогревается острым паром (сухим насыщенным). Вторичный пар образующийся при концентрировании раствора в первом корпусе направляется в качестве греющего во второй корпус. Сюда же поступает частично сконцентрированный раствор из первого корпуса.
Перетек раствора во второй корпус выпарной установки осуществляется с помощью циркуляционного насоса а вторичного пара в последующие корпуса возможен благодаря общему перепаду давлений возникающему в результате создания вакуума конденсацией вторичного пара последнего корпуса в барометрическом конденсаторе смешения (где заданное давление поддерживается подачей охлаждающей воды и отсосом неконденсирующихся газов вакуум-насосом). Смесь охлаждающей воды и конденсата выводится из конденсатора при помощи барометрической трубы с гидрозатвором. Образующийся во втором корпусе концентрированный раствор подается в емкость для упаренного раствора.
Конденсат греющих паров из выпарных аппаратов выводится с помощью конденсатоотводчиков.
Технологическая схема приведена на листе 1 графической части.
На рисунке 2.1 показана схема 2-х корпусной выпарной установки.
– Подогреватели 2 – 1-й корпус выпарной установки 3 – Циркуляционный насос 4 – 2-й корпус выпарной установки.
Рисунок 2.1 – Схема 2-х корпусной выпарной установки с принудительной циркуляцией
ВЫБОР КОНСТРКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ АППАРАТА
Выбор конструкционных материалов для проектируемого аппарата определяется особенностями протекающего в нем технологического процесса свойствами рабочих веществ их параметрами и характером механической нагрузки. В свою очередь технологические свойства конструкционного материала предопределяют способ изготовления из него деталей аппарата.
Аппарат изготовляют на основе технологического процесса степень совершенства которого определяет качество трудоемкость и сроки изготовления изделия а также потребность в механосборочном и специальном оборудовании и квалифицированной рабочей силе. Технологический процесс выбирают обычно после сопоставления нескольких вариантов. В технологическом процессе предусматривается порядок изготовления отдельных деталей и узлов и последовательность сборки изделия [2 c. 46].
В первой части разработки технологического процесса содержатся подробные сведения о качестве и порядке изготовления аппарата в соответствии с техническими условиями: класс аппарата марки материалов по ГОСТ способы заготовительных операций условия сварки требования к сварным швам режимы термической обработки методы межоперационного и окончательного контроля условия испытания готового изделия. Вторая часть разработки технологического процесса посвящается выбору рациональных операций обработки деталей последовательности рабочих операций а также выбору наиболее рациональных оборудования инструмента и приспособлений. В третьей части разработки определяется квалификация рабочих для различных операций технологического процесса трудоемкость работ по каждой операции и по всему процессу изготовления изделия продолжительность каждой операции количество расходуемых вспомогательных материалов размер необходимой производственной площади и место монтажа.
Разработанный технологический процесс изготовления деталей и сборки аппарата вносят в технологические карты и инструкции. Выбираем конструкционный материал стойкий в среде интервале изменения концентраций от 25 до 60 %. В этих условиях химически стойкой является сталь легированная Х17. Скорость коррозии её менее 01 ммгод коэффициент теплопроводности λ=251 Вт(мК) [2 c. 47].
МАТЕРИАЛЬНЫЙ И ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС УСТАНОВКИ
Количество раствора поступающего на выпарку определяется из материального баланса растворенного вещества [3 c.94]:
где – производительность установки по конечному раствору;
– конечная концентрация раствора 60 %;
– производительность установки по исходному раствору 3000 кгч;
– начальная концентрация раствора 25 %
Количество раствора поступающего на выпарку равно:
Определим количество воды выпаренной в установке:
Количество выпаренной воды на килограмм раствора поступающего на выпарку равно:
Теплоемкость раствора поступающего на выпарку:
где – теплоемкость сухого вещества [6 c. 112 табл. 4.2];
– теплоемкость воды .
Количество теплоты поступающей в подогреватель с экстрапаром на килограмм начального раствора:
где – количество экстрапара из первого корпуса кгкг;
– теплота парообразования экстрапара при давлении в первом корпусе .[5 c. 549 табл. LVII].
Перепад давлений приходящийся на один корпус:
где – давление греющего пара 06 МПа;
– давление в последнем корпусе 0038 МПа;
Тогда давление в первом и во втором корпусах будет:
Температура раствора после подогревателя экстрапаром определяется из уравнения теплового баланса подогревателя:
Температура раствора после подогревателя:
где – температура раствора поступающего на выпарку
Количество выпаренной воды во втором корпусе:
Количество выпаренной воды в первом корпусе:
Концентрация раствора в первом корпусе:
Концентрация раствора во втором корпусе:
ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСХОДА ГРЕЮЩЕГО ПАРА
Определяем физические параметры раствора в корпусах установки.
Теплоёмкость раствора в первом корпусе (4.2):
Теплоёмкость раствора во втором корпусе (4.2):
Физические константы воды и раствора находятся по таблицам свойств воды в состоянии насыщения [5 с. 537 таблица П.3] и по графикам [3 c.112].
Температура раствора находится по правилу Бабо [4 с. 264]. Согласно этому правилу отношение давлений пара над раствором и воды остается постоянным для всех температур кипения раствора. Находим температуру кипения раствора в первом корпусе при атмосферном давлении (0101 МПа)
При этой температуре давление насыщенного пара воды составляет [5 с.538 таблица П.4]
Для искомой температуры раствора первого корпуса при [формула (4.6)]:
По таблицам свойств воды и водяного пара находим температуру насыщения при данном давлении (). Эту же температуру будет иметь раствор в первом корпусе. Аналогично температура раствора во втором корпусе равна
В таблице 5.1 отображены параметры воды и раствора.
Таблица 5.1 – Основные теплофизические параметры воды и водного раствора по корпусам выпарной установки.
Наименование параметра
Удельная теплоемкость при постоянном давлении c кДж(кгК)
Кинематическая вязкость
Коэффициент теплопроводности Вт(м К)
Температура кипения раствора в предыдущем корпусе отличается от температуры греющего пара в последующем корпусе на сумму депрессий – физико-химической () гидростатической () и гидродинамической ().
Суммарная температурная депрессия определяется по следующее формуле:
Физико-химическую температурную депрессию раствора при атмосферном давлении определяем по графику [2 с. 111 рисунок 4.1]:
Давление в среднем слое кипящего раствора каждого корпуса определяется по уравнению:
где: – высота кипятильных труб в аппарате м. Принимаем
– плотность кипящего раствора
– паронаполнение (объемная доля пара в кипящем растворе) выбирается из интервала (04..06). Принимаем
– давление вторичных паров МПа.
Для пересчета физико-химической температурной депрессии раствора при давлении выпаривания используем формулу Тищенко [2 c.111 формула 4.1]:
где: – искомая физико-химическая депрессия при давлении выпаривания;
– температура кипения чистого растворителя по таблице [5 c.537 таблица П.3] при давлении в среднем слое пересчитанная по правилу Бабо соответственно равны ;
– удельная теплота парообразования для воды при давлении во втором и первом корпусе по таблице [5 c.538 таблица П.4] равна ;
– физико-химическая депрессия при атмосферном давлении.
Гидростатическая депрессия обусловлена разностью давлений в среднем слое кипящего раствора и на его поверхности.
Гидростатическая депрессия:
где – температура кипения раствора при давлении в корпусе.
Гидравлическая температурная депрессия обусловлена потерей давления пара на преодоление гидравлических сопротивлений трубопроводов при переходе из корпуса в корпус. Принимаем и
Все данные о температурных депрессиях сводим в таблицу 5.2:
Таблица 5.2 – Величины депрессий.
Полная (располагаемая) разность температур в установке:
где – температура греющего пара при ;
– температура вторичного пара во 2-ом корпусе;
Полезная разность температур:
Для удобства монтажа оба корпуса должны иметь одинаковые поверхности нагрева. В соответствии с этим полезная разность температур распределяется между корпусами прямо пропорционально их тепловым нагрузкам и обратно пропорционально коэффициентам теплопередачи т.е.:
Тепловые нагрузки корпусов могут быть приняты пропорционально количествам выпариваемой из них воды с поправкой на явление самоиспарения и увеличение скрытой теплоты парообразования во втором корпусе.
Отношение коэффициентов теплопередачи по корпусам принимаем предварительно (по опытным данным) . Подставив значения получим:
Полезная разность температур:
Полезная разность температур в первом корпусе равна:
Температура кипения раствора в первом корпусе:
Температура кипения раствора во втором корпусе:
На основе полученных результатов и данных взятых из таблиц водяного пара составляем таблицу 5.3:
Таблица 5.3 – Температуры и энтальпии пара и жидкости
Наименование параметров
Температура греющего пара оС
Температура кипения раствора оС
Температура вторичного пара оС
Теплота парообразования греющего пара кДжкг
Теплота парообразования вторичного пара кДжкг
Расход греющего пара в первом корпусе на 1 кг неконцентрированного раствора [3 с. 141 формула 4.39]:
Приняв 1=0 (to=t1) и 2=0 (установка работает без перепуска конденсата) найдём:
где – энтальпия вторичного пара во втором корпусе.
Определяем коэффициенты X2 Y2 и Z2 [3 c. 143 таблицы 4-3а и 4.3б]:
Расход пара в первом корпусе на 1 кг раствора (5.18):
Уточняем количества выпаренной воды.
Количество воды выпаренной в первом корпусе на 1 кг раствора определяется по формуле:
Таким образом количество выпаренной воды численно равно:
Количество воды выпаренной во втором корпусе на 1 кг раствора:
Количество воды выпаренной во всей установке:
Расхождение с предварительно найденным количеством воды что составляет менее 1%.
Количества теплоты переданное в отдельных корпусах:
Отношение полученных количеств теплоты: что немногим отличается от ранее найденного 085.
Проверка полученных концентрации растворов в корпусах:
Расхождение полученных и принятых значений незначительно повторный расчёт не проводится.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОВЕРХНОСТИ ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ ВЫБОР ТИПА ИСПОЛНЕНИЯ ВЫПАРНОГО АППАРАТА
Коэффициент теплоотдачи между конденсирующимся паром и стенкой определяется по формуле:
– принимаемая разность температур вблизи стенки в первом и втором корпусе принимаем и
Н – длина трубки (для обоих корпусов принимаем H=40 м).
Коэффициент теплоотдачи для первого корпуса (6.1):
Коэффициент теплоотдачи от стенки к кипящей жидкости:
где =15 мc =15 мс – скорость раствора в трубках;
d1=34 мм – диаметр трубок в 1-ом корпусе;
d2=32 мм – диаметр трубок во 2-ом корпусе.
Для первого корпуса (6.2):
Коэффициент теплопередачи определяется по формуле:
где ст и ст – параметры материала стенки и и ;
н и н – параметры накипи стенок где и и .
Для первого корпуса (6.3):
Проверяем принятую в расчёте разность температур:
что незначительно отличается от принятого значения.
Коэффициент теплоотдачи между конденсирующимся паром и стенкой для второго корпуса (6.1):
Коэффициент теплоотдачи от стенки к кипящей жидкости для второго корпуса (6.2):
Коэффициент теплопередачи для второго корпуса (6.3):
что незначительно отличается от принятого значения .
Площадь поверхности нагрева выпарных аппаратов определяется по формуле:
Для первого корпуса:
Для второго корпуса:
Погрешность составляет:
Поверхности нагрева обоих аппаратов согласно условию расчёта оказались примерно одинаковыми. Погрешность не превышает допустимую 10 %.
По ГОСТ 11987-81 выбираем выпарной аппарат с принудительной циркуляцией (тип 2) с вынесенной греющей камерой (исполнение 1) со следующими характеристиками (таблица 6.1):
Таблица 6.1 – Техническая характеристика выпарного аппарата
Номинальная поверхность теплообмена Fн
Диаметр греющей камеры dгк
Диаметр сепаратора dc
Диаметр циркуляционной трубы dц
Общая высота аппарата Ha
РАСЧЕТ И ВЫБОР ТЕПЛООБМЕННИКОВ ИСХОДНОЙ СМЕСИ И БАРОМЕТРИЧЕСКОГО КОНДЕНСАТОРА
1 Расчет подогревателя экстрапаром
Составим тепловой баланс подогревателя экстрапаром:
Количество теплоты переданное экстрапаром исходному раствору из теплового баланса:
где q – удельное количество теплоты переданное на подогреватель экстрапаром равное 1001 кДжкг [формула (4.3)];
W1 – количество вторичного пара в 1-ом корпусе
Из уравнения теплопередачи определим площадь поверхности теплообмена:
где k1 – коэффициент теплопередачи для конденсаторов выбирается из интервала (принимаем )
– средний температурный напор в первом корпусе:
Здесь – большая разница температур между двумя средами в подогревателе экстрапаром;
– меньшая разница температур между двумя средами в подогревателе экстрапаром.
Рисунок 7.1 – График изменения температур теплоносителя в подогревателе
Площадь поверхности теплообмена подогревателя эктрапаром:
Выбираем теплообменник «труба в трубе» [1 с. 61 Таблица 2.11] с поверхностью теплообмена со следующими техническими характеристиками:
Таблица 7.1 – Технические характеристики теплообменного аппарата
Диаметр теплообменных труб
Число теплообменных труб в одном аппарате
Диаметр трубы кожуха
2 Расчет подогревателя острым паром
Составим тепловой баланс подогревателя острым паром:
Определим количество теплоты преданное острым паром раствору из теплового баланса:
Также из теплового баланса (7.6) определяем расход пара который идет на подогрев раствора:
Определим площадь поверхности теплообмена (7.3):
где k2 – коэффициент теплопередачи для конденсаторов выбирается из интервала (принимаем )
– средний температурный напор:
(7.8)где – большая разница температур между двумя средами в подогревателе острым паром;
–меньшая разница температур между двумя средами в подогревателе острым паром.
Рисунок 7.2 – График изменения температур теплоносителя в подогревателе
Площадь поверхности теплообмена подогревателя острым паром равна:
Выбираем кожухотрубчатый теплообменник [1 с. 51 Таблица 2.3] с поверхностью теплообмена со следующими техническими характеристиками:
Таблица 7.2 – Технические характеристики теплообменного аппарата
3 Расчет барометрического конденсатора
Для создания вакуума в выпарных установках обычно применяют конденсаторы смешения с барометрической трубой. В качестве охлаждающего агента используют воду которая подается в конденсатор при температуре окружающей среды. Смесь охлаждающей воды и конденсата стекает из конденсатора по барометрической трубе.
Расход охлаждающей воды Gв определяют из теплового баланса конденсатора:
где – энтальпия паров в барометрическом конденсаторе.
Разность температур между паром и жидкостью на выходе из конденсатора должна быть 3-5 градусов. Поэтому конечная температура воды tк на выходе из конденсатора принимается на ниже температуры конденсации паров:
Тогда по формуле (7.9):
Диаметр барометрического конденсатора определяют из уравнения расхода:
где – плотность паров при давлении в конденсаторе равная ;
– скорость паров мс.
При остаточном давлении в конденсаторе порядка 104 Па скорость паров принимается . Тогда:
Выбираем барометрический конденсатор стандартного диаметра (по нормам НИИХИММАШа).
Диаметр барометрической трубы:
где – рекомендуемая скорость воды в барометрическом конденсаторе равная
Скорость воды в барометрической трубе:
где – плотность воды при температуре барометрического конденсатора равная
Высота барометрической трубы:
где – вакуум в барометрическом конденсаторе Па;
– сумма коэффициентов сопротивлений;
– коэффициент трения в барометрической трубе.
Коэффициент гидравлического трения зависит от режима течения жидкости т.е от числа Рейнольдса. Определим режим течения воды в барометрической трубе:
так как Re>Reкр то режим течения в трубе турбулентный (для гладких труб Reкр=2300).
При турбулентном режиме коэффициент гидравлического трения определяется по формуле:
Подставив значения в формулу (7.14) получим:
Отсюда выразив искомую высоту барометрической трубы получим:
ВЫБОР ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ ВЫПАРНОЙ УСТАНОВКИ
1 Выбор конденсатоотводчика
Конденсатоотводчик – энергосберегающее устройство которое является существенной составной частью любой паровой системы. Главное его назначение – выпускать из системы конденсат воздух и другие неконденсируемые газы но задерживать пар до тех пор пока он полностью не сконденсируется.
Конденсатоотводчики оказывают существенное влияние на работу пароконденсатной системы. Так отсутствие конденсатоотводчиков или их неисправность ведет к появлению гидроударов коррозии потерям с пролетным паром снижению производительности технологического оборудования и т.д.
Для проектируемой двухкорпусной выпарной установки требуется установить четыре конденсатоотводчика: для отвода конденсата из первого и второго корпусов а также из подогревателя греющего пара и подогревателя экстрапара. Рассмотрим выбор конденсатоотводчика на примере для первого корпуса выпарной установки.
Главным при выборе является определение расхода конденсата равным полному расходу пара в первом корпусе:
Далее определяем давлений после конденсатоотводчика по формуле:
где P – минимальный перепад давления в конденсатоотводчике [7 c. 342 таблица 8-2].
По найденным расходу конденсата и перепаду давления пара выбираем подпорную шайбу типа KSB [7 с. 343 Таблица 8-3] с диаметром условного прохода dу = 20 мм и максимальной производительностью Gmax = 1320 лч.
2 Выбор насоса исходной смеси
Объемный расход определяется по формуле:
где ρ0 – плотность раствора при начальной температуре раствора
Объемный расход (8.2):
Определим сопротивление сети:
где – избыточное давление в первом корпусе;
– потери давления в подогревателях;
– коэффициент на изменение давление принимаем ;
что соответствует величине напора
Выбираем погружной насос Rexa CUT GI03.41S-T25-2-540 [8].
3 Выбор вакуум-насоса
Вакуумные насосы служат для удаления (откачки) воздуха неагрессивных газов паров и парогазовых смесей предварительно очищенных от капельной влаги и механических загрязнений из замкнутых герметичных объемов в стационарных установках размещаемых в помещениях. Вакуумные насосы также применяются для создания предварительного разрежения в высоковакуумных установках.
Производительность вакуум-насоса определяется количеством газа который необходимо удалять из барометрического конденсатора:
Объемная производительность вакуум-насоса:
Температуру воздуха:
Давление воздуха равно:
где – давление в барометрическом конденсаторе;
Pn – давление сухого насыщенного пара при tв = 238 оС.
Производительность вакуум-насоса:
По ГОСТ 1867-57 подбираем вакуум-насос типа ВВН-075 со следующей технической характеристикой [1 с. 188 Приложение 4.7]:
Таблица 8.2 – Техническая характеристика вакуум-насоса
В процессе выполнения курсового проекта был произведен расчет установки для концентрирования водного раствора в результате которого по ГОСТ 11987-81 был подобран выпарной аппарат с принудительной циркуляцией (тип 2) с вынесенной греющей камерой (исполнение 1). Выбор обоснован тем что в аппаратах данного исполнения выделяется незначительное количество осадка который удаляется механическим способом.
Были проведены расчеты и выбраны геометрические размеры выпарного аппарата. Расчетная площадь теплообмена в первом и втором корпусах соответственно равны 341 м2 и 3569 м2 в результате был подобран выпарной аппарат с площадью 40 м2 так же подобраны теплообменники необходимые для предварительного подогрева исходного раствора. Расчетная площадь теплообмена для подогревателя экстрапаром составляет 012 м2 а для подогревателя острым паром – 15 м2. Были рассчитаны основные характеристики барометрического конденсатора вакуум насоса и насоса начальной смеси. По расчетным характеристикам выбраны вакуум-насос типа ВВН-075 и погружной насос Rexa CUT GI03.41S-T25-2-540.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
Космачева Э. М. Промышленные тепломассообменные процессы и установки : учебно-методическое пособие для студентов специальности 1-43 01 05 "Промышленная теплоэнергетика и теплотехника" Белорусский национальный технический университет Кафедра "Промышленная теплоэнергетика и теплотехника" ; – Минск : БНТУ 2014. – 225 с.
Космачева Э.М. «Проектирование монтаж и эксплуатация технологического оборудования» Методическое пособие по выполнению курсового проекта «Разработка технологической установки» для студентов специальности 1 – 43 01 05 «Промышленная теплоэнергетика» Минск: БНТУ 2014 г.
Дытнерский Ю.И. Основные процессы и аппараты химической технологии. Курсовое проектирование Г.С. Борисов В.П. Брыков Ю.И. Дытнерский и др. – Москва: «Химия» 1991. – 496 с.
Лебедев П.Д. Теплообменные сушильные и холодильные установки – Москва: «Энергия» 1966.
Лебедев П.Д. Теплоиспользующие установки промышленных предприятий. Курсовое проектирование П.Д. Лебедев А.А. Щукин. – Москва: «Энергия» 1966. – 408 с.
Павлов К.Ф. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии К.Ф. Павлов П.Г. Романков А.А. Носков. – Ленинград: «Химия» 1986. – 576 с.
Цветков Ф.Ф. Тепломассообмен: Учебное пособие для ВУЗов Ф.Ф. Цветков Б.А. Григорьев – Москва: «Издательство МЭИ» 2005. –550 с.
Плановский А.Н. Процессы и аппараты химической технологии: Учебное пособие для техникумов В.М. Рамм С.З. Каган – Москва: ГОСХИМИЗДАТ 1962. – 846 с.
Бакластов А.М. Проектирование монтаж и эксплуатация теплоиспользующих установок: Учебное пособие для cтудентов А.М. Бакластов – Москва: «Энергия» 1970. – 568 с.
Температуры кипения водных растворов неорганических
Определение площади поверхности теплопередачи

Двухкорпусная выпарная установка.dwg

Техническая характеристика xi-2
Аппарат предназначен для упаривания раствора глицерина с начальной массовой концентрацией 25% до концентрации 60% i0
Производительность по исходному раствору 3000 кгч 4. Поверхность теплообмена 40 м² s*
Давление греющего пара 0
МПа. 6. Количество экстрапара 0
Температура поступающего раствора 14°С i0
Паровое пространство
Циркуляционная труба
Общий вид выпарного аппарата с вынужденной циркуляцией и вынесенной греющей камерой
Расчёт 2-ух корпусной выпарной установки
Конструктивные размеры
Номинальная поверхность теплообмена
Диаметр греющей камеры
Диаметр циркуляционной трубы
Высота парового пространства
Условное давление в греющей камере
Условное давление в сепараторе