Здесь можно найти учебные материалы, которые помогут вам в написании курсовых работ, дипломов, контрольных работ и рефератов. Так же вы мажете самостоятельно повысить уникальность своей работы для прохождения проверки на плагиат всего за несколько минут.

ЛИЧНЫЙ КАБИНЕТ 

 

Здравствуйте гость!

 

Логин:

Пароль:

 

Запомнить

 

 

Забыли пароль? Регистрация

Повышение оригинальности

Предлагаем нашим посетителям воспользоваться бесплатным программным обеспечением «StudentHelp», которое позволит вам всего за несколько минут, выполнить повышение оригинальности любого файла в формате MS Word. После такого повышения оригинальности, ваша работа легко пройдете проверку в системах антиплагиат вуз, antiplagiat.ru, РУКОНТЕКСТ, etxt.ru. Программа «StudentHelp» работает по уникальной технологии так, что на внешний вид, файл с повышенной оригинальностью не отличается от исходного.

Работа № 113888


Наименование:


Курсовик Дисциплина Процессы и аппараты химической технологии, тема Рассчитать и спроектировать выпарную установку непрерывного действия для выпаривания водного раствора Na2SO4

Информация:

Тип работы: Курсовик. Добавлен: 18.10.2018. Год: 2017. Страниц: 44 в pdf. Уникальность по antiplagiat.ru: < 30%

Описание (план):


Учреждение образования «БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Факультет
Кафедра
Специальность
Специализация
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
КУРСОВОГО ПРОЕКТА
по дисциплине Процессы и аппараты химической технологии
Тема Рассчитать и спроектировать выпарную установку
непрерывного действия для выпаривания водного раствора
Na2SO4
Исполнитель
студентка курса группы ********
подпись, дата инициалы и фамилия

Минск 2017
3
Реферат
Пояснительная записка 44 с., 18 табл., 8 рис., 8 источников.
ВЫПАРИВАНИЕ, ВТОРИЧНЫЙ ПАР, ТЕМПЕРАТУРА КИПЕНИЯ,
ПЕРВИЧНЫЙ (ГРЕЮЩИЙ) ПАР, ПЛОЩАДЬ ТЕПЛООБМЕНА
Цель выполнения проекта является расчет и проектирование выпарной
установки непрерывного действия для выпаривания водного раствора Na2SO4.
В ходе выполнения курсового проекта приведено описание и обоснование
технологической схемы, конструкции и принципа действия выпарного аппарата,
конструкции и принципа действия вспомогательного оборудования. Выполнен
подробный расчет выпарных аппаратов, расчет и подбор вспомогательного
оборудования (теплообменника, конденсатора, насоса и вакуум-насоса).
!!!----------------------Внимание эта часть отсутсвует------------------------
Графическая часть включает:
- схема установки – 1 лист А1;
- общий вид аппарата с необходимыми разрезами, сечениями, отдельными
узлами – 1 лист А1.)
!!!----------------------Внимание эта часть отсутсвует------------------------
4
Содержание
Введение ......................................................................................................................... 5
1 Обоснование и описание схемы установки ........................................................... 6
1.1 Обоснование схемы установки ........................................................................ 6
1.2 Описание технологической схемы................................................................... 6
2 Описание конструкции и принципа действия выпарного аппарата ................... 9
2.1 Описание конструкции выпарного аппарата.................................................. 9
2.2 Описание принципа действия выпарного аппарата....................................... 10
3 Описание конструкции и принципа действия вспомогательного
оборудования ............................................................................................................ 11
4 Расчет выпарных аппаратов .................................................................................... 15
4.1 Расчет концентрации упаренного раствора .................................................... 15
4.2 Расчет температуры кипения растворов ......................................................... 16
4.3 Расчет полезной разности температур ............................................................ 20
4.4 Определение тепловых нагрузок ..................................................................... 21
4.5 Расчет коэффициентов теплопередачи............................................................ 22
4.6 Распределение полезной разности температур .............................................. 28
4.7 Уточненный расчет поверхности теплопередачи .......................................... 29
4.8 Определение толщины тепловой изоляции .................................................... 33
5 Подбор вспомогательного оборудования .............................................................. 34
5.1 Расчет подогревателя исходного раствора ..................................................... 34
5.2 Расчет и подбор насоса для подачи исходного раствора в выпарной
аппарат ...................................................................................................................... 37
5.3 Расчет поверхностного конденсатора ............................................................. 40
5.4 Расчет производительности вакуум-насоса.................................................... 42
Заключение..................................................................................................................... 43
Список использованных источников .......................................................................... 44
5
Введение
Химическая технология – наука о наиболее экономичных и экологически
целесообразных методах и средствах химической переработки сырых природных
материалов в продукты и промежуточные продукты. Зачатки химической
технологии как описательного раздела прикладной химии возникли в 15 веке, когда
стали появляться мелкие специализированные производства кислот, щелочей и
солей, различных фармацевтических препаратов и некоторых органических
веществ. Окончательное формирование химической промышленности как
самостоятельной научной дисциплины, несмотря на глубокие исторический корни,
относят к первому десятилетию двадцатого века, когда было разработано учение об
основных процессах и аппаратах химических производств. Теоретический
фундамент химической технологии возник при слиянии промышленной химии с
разделом физики, изучающим процессы переноса импульса, теплоты и массы.
Новым этапом явилось проникновение в конце шестидесятых годов идей, методов
и технологических средств кибернетики и как результат, развитие методов
математического моделирования, оптимизации и автоматизированного управления
химико-технологическими процессами.
За последние 20 лет химическая технология претерпела коллосальные
изменения в научном и прикладном отношении. В современных условиях массовые
продукты основной химии уступают место продуктам тонкого химического
синтеза, все чаще условия процессов и качество продуктов определяют свойства
поверхности раздела фаз, отдельных частиц, а не объема. Появились новые области
химической технологии: биотехнология, генная инженерия, «конструирование»
материалов на молекулярном уровне (нанотехнология).
Химическая технология относится к числу наук, обладающих огромным
потенциалом для улучшения условий жизни людей на Земле. Новые
технологические процессы приемы производства, новые источники энергии,
энергозамкнутые и замкнутые по материальным потокам циклы химических
производств, экономически сбалансированные, с отсутствием вредных выбросов в
окружающую среду, созданные на научной базе химической технологии –
крупнейший фактор повышения экономического потенциала общества и его
благосостояния.
Процесс выпаривания проводится в выпарных аппаратах. По принципу
работы выпарные аппараты разделяются на периодические и непрерывно
действующие.
В установках непрерывного действия исходный раствор непрерывно подается
в аппарат, а упаренный раствор непрерывно выводится из него.
В химической промышленности в основном применяют непрерывно
действующие выпарные установки с высокой производительностью за счет
большой поверхности нагрева (до 2500 м2 в единичном аппарате).
1 Обоснование и описание схемы установки
1.1 Обоснование схемы установки
Выберем схему непрерывно действующей выпарной установки, так как она
обеспечивает высокую производительность, меньшие затраты по сравнению с
периодической схемой и постоянство параметров во времени. В аппаратах
непрерывного действия обычно создают условия для интенсивной циркуляции
раствора, то есть в таких аппаратах гидродинамическая структура потоков близка к
модели идеального смешения.
Будем использовать для процесса выпаривания многокорпусную установку
(три корпуса), потому что в такой установке расход первичного пара на
выпаривание значительно меньше, чем в однокорпусной установке, так как
вторичный пар первого и второго корпусов используется для обогрева
соответственно второго и третьего корпусов, что приводит к уменьшению
энергозатрат при работе установки.
При выпаривании осуществляется прямоточное движение греющего пара и
раствора, что не требует установки насосов для перекачки раствора из корпуса в
корпус.
Процесс выпаривания будем осуществлять под вакуумом, так как
температура кипения выпариваемого раствора будет меньше, чем при избыточном
давлении, вследствие чего, необходима меньшая движущая сила для проведения
процесса.
Выберем аппарат с естественной циркуляцией с вынесенной греющей
камерой. В таких аппаратах поддерживается высокая интенсивность выпаривания
за счет увеличения разности плотностей жидкости и парожидкостной смеси в
циркуляционном контуре. Скорость циркуляции в аппарате позволяет выпаривать
концентрированные и кристаллизующиеся растворы, не опасаясь слишком
быстрого загрязнения поверхностей теплообмена.
Для конденсации водяного пара выберем поверхностный конденсатор, так
как он позволяет получить дистиллят вторичного пара.
1.2 Описание технологической схемы
Схема выпарной установки представлена рисунке 1.1.
Исходный разбавленный раствор из промежуточной емкости 1 центробежным
насосом 2 подается в подогреватель 3, где подогревается до температуры кипения, а
затем в первый корпус выпарной установки 4.
Греющая камера первого корпуса подогревается первичным водяным паром.
Вторичный пар образуется при концентрировании раствора в первом корпусе,
Изм.. Лист № докум. Подп. Дата
Разр Ткачева Лит Лист Листов
Пров Левданский
Н.контр.
Утв Левданский
Обоснование и описание
схемы установки
7
1- емкость исходного раствора; 2, 11 – насосы, 3 – теплообменник – подогреватель;
4 - 6 – выпарные аппараты; 7 –конденсатор поверхностный; 8 – вакуум-насос;
9 – гидрозатвор; 10 – емкость упаренного раствора
Потоки: Р1 – раствор исходный; Р2 – раствор упаренный; ВП1, ВП2, ВП3 –
вторичный пар 1,2,3 корпуса; ВП4 – конденсат вторичного пара; ПВ – паро-
жидкостная смесь; В4, В5 – вода оборотная (подача, возврат) ; Т7, Т8 – пар
греющий, конденсат; К3 - канализация
Рисунок 1.1 - Схема вакуум-выпарной установки
направляется в качестве греющего в греющую камеру второго корпуса 5.
Сюда же поступает частично сконцентрированный раствор из первого
корпуса.
Аналогично третий корпус 6 обогревается вторичным паром второго и в нем
производится концентрирование раствора, поступающего из второго корпуса.
Самопроизвольный переток раствора и вторичного пара в следующие
корпуса возможен благодаря общему перепаду давлений, возникающему в
результате создания вакуума конденсацией вторичного пара последнего корпуса в
поверхностном конденсаторе 7 (где заданное давление поддерживается отсосом
1
2
3
4 5 6
7
10 9 8
11
8
неконденсирующихся газов вакуум-насосом 8). Конденсат вторичного пара
выводится из конденсатора при помощи трубы с гидрозатвором 9. Образующийся в
третьем корпусе концентрированный раствор поступает в промежуточную емкость
упаренного раствора 10 и центробежным насосом 11 подается в точку потребления
раствора.
2 Описание конструкции и принципа действия выпарного аппарата
2.1 Описание конструкции выпарного аппарата
Аппарат с естественной циркуляцией и вынесенной греющей камерой и
кипением раствора в трубах широко применяется для выпарки кристаллизующихся
и пенящихся растворов (рисунок 2.1). В таком аппарате увеличивается
интенсивность выпаривания за счет увеличения разности плотностей, и увеличения
площади поверхности теплопередачи и высоты кипятильных труб.
1 – греющая камера; 2 – сепаратор; 3- циркуляционная труба; 4 – брызгоотделитель.
Потоки: А – вход греющего пара; Б – вход исходного раствора; В – выход
упаренного раствора; Г – выход вторичного пара; Д – выход конденсата греющего
пара.
Рисунок 2.1 - Аппарат с естественной циркуляцией и вынесенной греющей камерой
Выпарной аппарат состоит из трех основных частей: сепаратора с
брызгоотделителем, греющей камеры и циркуляционной трубы, нижней и верхней
камер.
Греющая камера представляет собой одноходовой кожухотрубчатый
теплообменник, в верхней и нижней трубных решетках которого развальцованы
концы греющих труб.
Сепаратор представляет собой цилиндрический сосуд с коническим днищем
и верхней эллиптической крышкой, в верхней части которого установлен
брызгоотделитель.
Циркуляционная труба представляет собой цилиндрическая необогреваемая
Изм.. Лист № докум. Подп. Дата
Разр Ткачева Лит Лист Листов
Пров Левданский
Н.контр.
Утв Левданский
Описание конструкции и
принципа действия выпарного
аппарата
1
4
2
3
Б
В
Г
А
Д
10
труба, соединяющая сепаратор и греющею камеру, предназначенная для
циркуляции раствора.
Для наблюдения за работой аппарата предусмотрены смотровые окна, для
установки термометров и манометров предусмотрены бобышки.
Вход и выход греющего пара, а также выход вторичного пара и вход
исходной смеси осуществляется через штуцера.
2.2 Описание принципа действия выпарного аппарата
Исходный раствор Na2SO4 концентрацией 7 масс.% поступает под нижнюю
трубную решетку нагревательной камеры, поднимаясь по кипятильным трубам,
выпаривается. Вторичный пар отделяется от жидкости в сепараторе 2 (рисунок 2.1).
Жидкость опускается по необогреваемой циркуляционной трубе 3, смешивается с
исходным раствором, и цикл циркуляции повторяется снова. Вторичный пар,
пройдя брызгоотделитель 4, удаляется сверху сепаратора. Упаренный раствор
Na2SO4 концентрацией 30 масс.% отбирается через боковой штуцер в коническом
днище сепаратора.
Выносная нагревательная камера 1, легко отделяется от корпуса аппарата,
что облегчает и ускоряет её чистку и ремонт. Ревизию и ремонт нагревательной
камеры можно производить без полной остановки аппарата (а лишь при снижении
его производительности), если присоединить к его корпусу две нагревательные
камеры.
Скорость циркуляции в аппаратах с выносной нагревательной камерой может
достигать 1,5 м/с, что позволяет выпаривать в них концентрированные и
кристаллизующиеся растворы, не опасаясь слишком быстрого загрязнения
поверхности теплообмена.
В установке установлен общий перепад давления 20 кПа, который возникает
в результате создания в конденсаторе, где заданное давление поддерживается
отсосом неконденсирующихся газов вакуум насосом.
3 Описание конструкции и принципа действия вспомогательного
оборудования
Существуют поверхностные теплообменники, к которым относятся
трубчатые (кожухотрубные, типа «труба в трубе», оросительные, погруженные),
пластинчатые, спиральные, аппараты с рубашками, с оребренной поверхностью
теплообмена [9], с.334.
В качестве теплообменников для проведения процессов нагревания или
охлаждения теплоносителей используем кожухотрубные теплообменники.
Теплопередающая поверхность аппаратов может составлять от нескольких
сотен квадратных сантиметров до нескольких тысяч квадратных метров.
Кожух (корпус) кожухотрубчатого теплообменника (рисунок 3.1)
представляет собой трубу, сваренную из одного или нескольких стальных листов.
1- корпус (обечайка); 2 – трубные решетки; 3 – трубы; 4 – крышка; 5 - днище
Потоки: I – теплоноситель в межтрубном пространстве; II –теплоноситель в
трубном пространстве
Рисунок 3.1- Многоходовой кожухотрубчатый теплообменник
Кожухотрубчатые теплообменники состоят из корпуса 1, трубной решетки 2,
трубок 3, сферической крышки 4, днища 5, штуцера для подвода и отвода первого
теплоносителя, и штуцера для подвода и отвода второго теплоносителя. Трубы 3 в
решетках 2 таких теплообменников размещают по периметрам правильных
шестиугольников, то есть по вершинам равносторонних треугольников. Трубы в
трубных решетках закрепляют чаще всего развальцовкой.
Изм.. Лист № докум. Подп. Дата
Разр Ткачева Лит Лист Листов
Пров Левданский
Н.контр.
Утв Левданский
Описание конструкции и
принципа действия
вспомогательного
оборудования
1
2
3
4
I
I
II II
5
12
Действие теплообменника основано на прохождении одного теплоносителя
через трубное пространство и второго через межтрубное пространство, а
имеющаяся между ними разность температур позволяет передавать тепло через
разделительные стенки труб.
В таких теплообменниках при небольших расходах теплоносителя
достигаются высокие скорости движения жидкости и обеспечивается интенсивная
теплоотдача и теплопередача; спиральные теплообменники, которые компактны,
работают при высоких скоростях теплоносителей.
Центробежный одноступенчатый насос (рисунок 3.2) имеет рабочее колесо 1
с загнутыми назад лопатками, которое с большой скоростью вращается в корпусе 2
спиралеобразной формы. Жидкость из всасывающего трубопровода 3 поступает по
оси колеса и, попадая на лопатки, приобретает вращательное движение. Под
действием центробежной силы давление жидкости увеличивается и она
выбрасывается из колеса в неподвижный корпус 2 и напорный трубопровод 4.
1 – рабочее колесо; 2 – корпус; 3 – всасывающий трубопровод;
4 – напорный трубопровод; 5 - приемный клапан с всасывающей сеткой
Рисунок 3.2 – Схема центробежного одноступенчатого насоса
При этом на входе в колесо создается пониженное давление и, вследствие
разности давлений, жидкость из приемного резервуара поступает в насос.
Без заполнения корпуса жидкостью колесо насоса при вращении не может
создать достаточной разности давлений, необходимой для подъема жидкости по
всасывающей трубе. Поэтому перед пуском в ход центробежный насос должен быть
залит жидкостью. Чтобы жидкость не выливалась из насоса и всасывающей трубы
при заливке насоса или его остановке, на конце всасывающей трубы устанавливают
приемный (обратный) клапан 5 с всасывающей сеткой. Одноступенчатые
центробежные насосы предназначены для создания небольших напоров - до 50 м.
Поверхностные конденсаторы, представляющие собой многоходовые
кожухотрубные теплообменники, охлаждаемые холодной водой, применяются, как
правило, если нежелательно смешение конденсата вторичного пара с охлаждающей
водой.
1
2
3
4 4
1
5
13
Поверхностные конденсаторы по конструкции сходны с другими типами
поверхностных теплообменников - подогревателями, холодильниками,
испарителями (рисунок 3.3).
Потоки: А/Б – вход/выход охлаждающей воды; В – вход вторичного пара;
Г – выход конденсата вторичного пара.
Рисунок 3.3 – Поверхностный конденсатор
Поверхностные конденсаторы имеют большие поверхности теплообмена,
сопоставимые с таковыми для выпарного аппарата, требуют повышенных расходов
воды и настолько дороги, что используются практически лишь тогда, когда
применение других конденсаторов невозможно. Например, при выпаривании
неводных растворов солей предпочтительны поверхностные конденсаторы, так как
в смесительных потребовалась бы дополнительная стадия разделения
сконденсировавшегося вторичного пара и охлаждающего агента.
Поверхностный конденсатор создает небольшое паровое сопротивление (не
выше 1333 - 3999 Па), иметь достаточно высокий коэффициент теплопередачи.
Для создания вакуума используем водокольцевой вакуумный насос
(рисунок 3.4).
А - рабочее колесо, B - кругообразный корпус, С - кольцо рабочей жидкости,
D - жидкостной сепаратор, Е - поток свежей рабочей жидкости, F – вход паро-
жидкостной смеси
Рисунок 3.4 - Схема вакуумного насоса
Б В
А Г
14
Перед пуском насос до оси заполняется жидкостью. При вращении рабочего
колеса А жидкость лопатками отбрасывается к корпусу В, и между ступицей
рабочего колеса и жидкостным кольцом С образуется серпообразное пространство,
разделённое лопаткам рабочего колеса на рабочие ячейки, объём которых
изменяется в зависимости от угла поворота рабочего колеса. На угле поворота
рабочего колеса, при котором объём рабочих ячеек увеличивается, они соединяются
со всасывающим окном и через него заполняются откачиваемым газом.
Когда объём рабочей ячейки станет максимальным она отсоединяется от окна
всасывания. При дальнейшем повороте рабочего колеса объём рабочей ячейки
уменьшается, и в ней происходит сжатие газа. На определённом угле поворота
рабочая ячейка соединяется с нагнетательным окном, и газ благодаря уменьшению
объёма рабочей ячейки выталкивается через нагнетательное окно в нагнетательный
патрубок.
Отличительной особенностью жидкостно-кольцевых (водокольцевых)
вакуумных насосов является то, что сжатие газа в них осуществляется жидкостным
кольцом, которое приводится в движение лопаточным рабочим колесом,
эксцентрично расположенным в корпусе.
4 Расчет выпарных аппаратов
4.1 Расчет концентрации упаренного раствора
Производительность установки по выпариваемой воде W , кг/с, определим
из уравнения материального баланса:
? ?o
o
c ce
?
= ? -
K
H
H x
W G 1 x , (4.1)
где H G – массовый расход исходного раствора, кг/с;
H x , K x – массовые доли растворенного вещества в исходном и упаренном
растворе, кг/кг.
По заданию известна производительность по исходному раствору –
H G =18000 кг/ч или 5 кг/с, массовая доля растворенного вещества в исходном
растворе H x = 7 масс.%, в упаренном - K x = 30 масс.%.
3,833
0,3
07 , 0 1 5 = ?o
o ce
W = ? ? - кг/с.
Массовый расход упаренного раствора:
G G W K H = - , (4.2)
= 5 - 3,833 =1,167 K G кг/с.
На основании практических данных принимаем, что производительность
по выпариваемой воде распределяется между корпусами в соответствии с
соотношением [2] с.166:
w1:w2:w3 = 1,0:1,1:1,2. (4.3)
3,3
1
1
w = ?W , (4.4)
1,162
3,3
1 3,833
1 w = ? = кг/с.
3,3
1,1
2
w = ?W , (4.5)
1,278
3,3
1,1 3,833
2 w = ? = кг/с.
3,3
1,2
3
w = ?W (4.6)
Изм.. Лист № докум. Подп. Дата
Разр Ткачева Лит Лист Листов
Пров Левданский
Н.контр.
Утв Левданский
Расчет выпарных аппаратов
16
1,394
3,3
1,2 3,833
3 w = ? = кг/с.
Рассчитаем концентрацию раствора в корпусах:
1
1 G w
G x
x
H
H H
-
?
= , (4.7)
0,091
5 1,162
5 0,07
1 =
-
x = ? кг/кг или 9,1 %.
1 2
2 G w w
G x
x
H
H H
- -
?
= , (4.8)
0,137
5 1,162 1,278
5 0,07
2 =
- -
x = ? кг/кг или 13,7 %.
1 2 3
3 G w w w
x G x
H
H H
- - -
= ? , (4.9)
0,3
5 1,162 1,278 1,394
5 0,07
3 =
- - -
x = ? кг/кг или 30 %.
4.2 Расчет температуры кипения растворов
Примем стандартное давление насыщенного водяного пара Г1 P = 0,7 МПа [7]
с.18, что соответствует температуре насыщенного водяного пара в 164,9 0С.
Общий перепад давлений в установке:
?Роб = Рг1 - БК P , (4.10)
где Рг1 – давление насыщенного водяного пара, МПа;
Рбк – давление в барометрическом конденсаторе, МПа.
По заданию давление в барометрическом конденсаторе БК P = 0,02 МПа.
?Роб = 0,7 - 0,02 = 0,68 МПа.
Допустим, что общий перепад давлений в первом приближении
распределяется между корпусами поровну.
Тогда давления греющих паров в корпусах (в МПа):
Г1 P = 0,7 МПа.
Давление греющего пара соответственно во втором корпусе
3
P
P P ОБ
Г2 Г1
D
= - . (4.11)
0,473
3
P 0,7 0,68 Г2 = - = МПа.
Давление греющего пара соответственно в третьем корпусе
17
3
P P PОБ
Г3 Г2
= - D . (4.12)
0,247
3
P 0,473 0,68 Г3 = - = МПа.
Давление пара в барометрическом конденсаторе:
3
P
P P ОБ
БК Г3
D
= - . (4.13)
0,02
3
P 0,247 0,68 БК = - = МПа.
По давлению паров находим их температуры и энтальпии [3], таблица LII,
с. 467, таблица 4.1:
Таблица 4.1 - Значение температуры и энтальпии пара для разного давления
где tг1, tг2, tг3 – температура греющего пара соответственно в первом, втором и
третьем корпусе, 0С;
tбк – температура конденсации паров в барометрическом конденсаторе, 0С;
Iг1, Iг2, Iг3 – энтальпия греющего пара соответственно для первого, второго и
третьего корпуса, кДж/кг;
Iбк – энтальпия конденсации паров в барометрическом конденсаторе, кДж/кг;
iг1, iг2, iг3 – энтальпия конденсата греющего пара соответственно для первого,
второго и третьего корпуса, кДж/кг.
Принимаем гидродинамическую депрессию ?’’’ = 1 0С [2] c.167 для каждого
корпуса.
Тогда температура вторичных паров в корпусах:
tвп1 = tг2 + ?1’’’, (4.14)
tвп1 =149,6+1 = 150,6 0С.
tвп2 = tг3 + ?2’’’, (4.15)
tвп2 =126,5+1 = 127,5 0С.
tвп3 = tбк + ?3’’’, (4.16)
tвп3=59,7+1 = 60,7 0С.
Сумма гидродинамических депрессий равна:
??’’’= ?1’’’ +?2’’’+?3’’’, (4.17)
??’’’=1+1+1 = 3 0С.
Рг, МПа tг, 0С Iг, кДж/кг iг, кДж/кг
Г1 P = 0,7 tг1 = 164,9 Iг1 = 2770 iг1 =697,5
Г2 P = 0,473 tг2 = 149,6 Iг2 = 2752 iг2 = 631,2
Г3 P = 0,247 tг3 = 126,5 Iг3 = 2720 iг3 = 531,6
БК P = 0,02 tбк = 59,7 Iбк = 2607
18
По температурам вторичных паров определим их давления [3], таблица LII,
с. 467, таблица 4.2:
Таблица 4.2 - Значение давления и энтальпии вторичного пара для разных
температур
tвп, 0С Рвп, МПа Iвп, кДж/кг
tвп1 = 150,6 Рвп1 = 0,485 Iвп1 = 2753
tвп2 = 127,5 Рвп2 = 0,254 Iвп2 = 2722
tвп3 = 60,7 Рвп3 = 0,021 Iвп3 = 2608
где tвп1, tвп2, tвп3 – температура вторичного пара соответственно в первом, втором и
третьем корпусе, 0С;
Рвп1, Рвп2, Рвп3 – давление вторичного пара соответственно в первом, втором и
третьем корпусе, МПа;
Iвп1, Iвп2, Iвп3 – энтальпия вторичного пара соответственно для первого, второго
и третьего корпуса, кДж/кг.
Ориентировочная поверхность теплопередачи ( ОР F ) первого корпуса:
q
w
F w
ОР
max r max ?
= , (4.18)
где max w - максимальное значение производительности по выпариваемой воде по
корпусам, кг/с;
max rw – теплота парообразования вторичного пара для max w , Дж/кг [3] табл. LII,
с.467;
q - удельная тепловая нагрузка, Вт/м2.
Примем q = 35000 Вт/м2 (для аппаратов с естественной циркуляцией
q = 20000-50000 Вт/м2) [2], c.168.
93,8
35000
1,394 2356 103
= ? ? = ОР F м2.
Согласно ГОСТ 11987-81 трубчатые аппараты с естественной циркуляцией и
вынесенной греющей камерой (тип II, исполнение 1) состоит из кипятильных труб
высотой Н = 4 м при диаметре кипятильных труб d = 38 мм и толщина стенки
?с = 2 мм [8], с. 756.
Выберем выпарной аппарат с поверхностью теплопередачи 125 м2, и
высотой кипятильных труб 4 м.
Плотность водного раствора Na2SO4 при t = 20 0С и соответствующих
концентрациях в корпусах (9,1 %, 13,7 % и 30 % соответственно в первом, втором и
третьем корпусе) определим по [6], с. 101.
?1=1082 кг/м3, ?2=1128 кг/м3; ?3=1131 кг/м3.
Давление в среднем слое кипящего раствора каждого корпуса:
( )
2
P = P + r ? g ?H ? 1-e CP ВП , (4.19)
где H – высота кипятильных труб, м;
19
r – плотность кипящего раствора, кг/м3;
e – паронаполнение (объемная доля пара в кипящем растворе), м3/м3.
Примем ? = 0,5 м3/м3 [2] с.168.
6 ( ) 5
1 4,96 10
2
= 0,485 ?10 + 1082 ? 9,81? 4 ? 1- 0,5 = ? CP P Па.
( ) 6 5
2 2,651 10
2
= 0,254 ?10 + 1128 ? 9,81? 4 ? 1- 0,5 = ? CP P Па.
( ) 6 4
3 3,21 10
2
= 0,021?10 + 1131? 9,81? 4 ? 1- 0,5 = ? CP P Па.
Этим давлениям соответствуют следующие температуры кипения и теплоты
испарения растворителя, таблица 4.3:
Таблица 4.3 - Значения температуры кипения и теплоты испарения растворителя
при различных давлениях
Р ср, МПа t ср, 0С r вп, кДж/кг
Р1ср = 0,496 t1ср = 151,4 rвп1 = 2116
Р2ср = 0,2651 t2ср = 129 rвп2 = 2182
Р3ср = 0,0321 t3ср = 70,8 rвп3 = 2340
где Р1ср, Р2ср, Р3ср – давление в среднем слое кипящего раствора соответственно в
первом, втором и третьем корпусе, МПа;
t1ср, t2ср, t3ср – температура в среднем слое кипящего раствора соответственно в
первом, втором и третьем корпусе, 0С;
rвп1, rвп2, rвп3 – теплота парообразования вторичного пара соответственно для
первого, второго и третьего корпуса, кДж/кг.
Определим гидростатическую депрессию (?’’) по корпусам:
?1’’= t1ср - tвп1, (4.20)
?1’’= 151,4 – 150,6= 0,8 0С.
?2’’= t2ср – tвп2 , (4.21)
?2’’= 129 – 127,5 = 1,5 0С.
?3’’= t3ср –tвп3 , (4.22)
?3’’= 70,8 – 60,7 = 10,1 0С.
Сумма гидростатических депрессий:
? ?’’ = ?1’’+ ?2’’+ ?3’’, (4.23)
? ?’’= 0,8+1,5 +10,1 = 12,4 0С.
Определим температурную депрессию по корпусам по формуле Тищенко [2]
формула 4.4 с. 169:
20
ВП
2
2
r
1,62 10 АТМ СР D = ? - ? D ?T , (4.24)
где СР T – температура паров в среднем слое кипятильных труб, К;

АТМ D – температурная депрессия при атмосферном давлении, 0С [2],
приложения 4.5, с. 187.
При х1 = 9,1 % ,
АТМ1 D = 0,73 0С.
( ) 1
2116
1,62 10 0,73 151,4 273
2
2
1 D = ? - ? ? + = 0С.
При х2 = 13,7 % ,
АТМ 2 D = 1,17 0С.
( ) 1,4
2182
1,62 10 1,17 129 273
2
2
2 D = ? - ? ? + = 0С.
При х3 = 30 % ,
АТМ 3 D = 2,8 0С.
( ) 2,3
2340
1,62 10 2,8 70,8 273
2
2
3 D = ? - ? ? + = 0С
Сумма температурных депрессий:
? ?’ = ?1’+ ?2’+ ?3’, (4.25)
? ?’= 1+1,4+2,3 = 4,7 0С.
Температуры кипения растворов в корпусах:
tк1 = tг2+ ?1’+ ?1’’+ ?1’’’, (4.26)
tк1 =149,6+1+0,8+1 = 152,4 0С.
tк2 = tг3+ ?2’+ ?2’’+ ?2’’’, (4.27)
tк2 = 126,5+1,4+1,5+1 = 130,4 0С.
tк3 = tбк+ ?3’+ ?3’’+ ?3’’’, (4.28)
tк3 =59,7+2,3+10,1+1 = 73,1 0С.
4.3 Расчет полезной разности температур
Общая полезная разность температур равна:
??tп = ?tп1+ ?tп2+ ?tп3, (4.29)
Полезные разности температур по корпусам равны:
?tп1 = tг1 – tк1 , (4.30)
?tп1 = 164,9 – 152,4 = 12,5 0С.
?tп2 = tг2 – tк2 , (4.31)
?tп2 = 149,6 – 130,4= 19,2 0С.
21
?tп3 = tг3 – tк3 , (4.32)
?tп3 = 126,5– 73,1 = 53,4 0С.
Тогда ??tп равна:
??tп = 12,5+19,2+53,4 = 85,1 0С.
Проверим общую полезную разность температур:
??tп = tг1 – tбк – (? ?’+? ?’’+? ?’’’), (4.33)
??tп = 164,9 – 59,7 - (4,7+12,4+3) = 85,1 0С.
4.4 Определение тепловых нагрузок
Расход греющего пара в первый корпус, производительность каждого
корпуса по выпаренной воде и тепловые нагрузки по корпусам определяем путем
совместного решения уравнений тепловых балансов по корпусам и уравнения
баланса по воде для всей установки:
Q1=D·(Iг1-iг1) = 1,03·[Gн·сн· (tк1-tн)+w1·(Iвп1-cв·tк1) +Q1конц], (4.34)
Q2= w1·(Iг2-iг2) = 1,03·[(Gн - w1) ·с1·(tк2- tк1)+w2·(Iвп2-cв·tк2) +Q2конц], (4.35)
Q3= w2·(Iг3-iг3) = 1,03·[(Gн - w1 – w2)·с2·(tк3- tк2)+w3·(Iвп3-cв·tк3) +Q3конц], (4.36)
где 1,03 – коэффициент, учитывающий 3% потерь тепла в окружающую среду;
сн - теплоемкости исходного раствора, кДж/(кг·К) [6] c. 254;
с1, с2 – теплоемкости растворов соответственно в первом и во втором
корпусах, кДж/(кг·К) [6] c. 254;
Q1конц , Q2конц, Q3конц – теплоты концентрирования по корпусам, кВт;
tн – температура кипения исходного раствора при давлении в первом корпусе, 0С.
Температуру кипения исходного раствора находим по формуле [2] с.170.
tн = tвп1 + ?н’, (4.37)
где ?н’- температурная депрессия для исходного раствора, 0С.
Температурная депрессия для исходного раствора:
( )
ВП1
2
2 1
r
1,62 10 t 273 D = ? - ? DАТМ ? ВП +
Н , (4.38)
где АТМ D - температурная депрессия при атмосферном давлении при начальной
концентрации исходного раствора 7 масс.%, 0С [2], приложения 4.5, с. 187.
При хн = 7 % , АТМ D = 0,56 0С.
( ) 0,8
2116
1,62 10 0,56 150,6 273
2
D = ? -2 ? ? + =
Н
0С.
tн = 150,6+0,8 = 151,4 0С.
Рассчитаем теплоту концентрирования для третьего корпуса:
Q3конц = Gн ·хн·?q, (4.39)
22
где ?q – разность интегральных теплот растворения при концентрациях х2 и х3,
кДж/кг [5] с. 628.
?q = 54 -48 = 6 кДж/кг.
Q3конц =5·0,07·6 = 2,1 кВт.
Сравним Q3конц с ориентировочной тепловой нагрузкой для третьего корпуса
Q3ор:
Q3ор = (Gн - w1 – w2)·с2·(tк3- tк2)+w3·(Iвп3-cв·tк3), (4.40)
Q3ор = (5-1,162-1,278)·3,784·(73,1-130,4)+1,394·(2608 - 4,19·73,1) = 2654 кВт.
Поскольку Q3конц составляет значительно меньше 3% от Q3ор, в уравнениях
тепловых балансов по корпусам пренебрегаем величиной Qконц.
Получим систему уравнений:
Q1=D·(2770-697,5) =1,03·[5·3,887·(152,4-151,4)+w1·(2753-4,19·152,4)].
Q2=w1·(2752-631,2) =1,03·[(5-w1) ·4,007·(130,4-152,4)+w2·(2722-4,19·130,4)].
Q3=w2·(2720-531,6)=1,03·[(5 -w1-w2)·3,784·(73,1-130,4)+w3·(2608-4,19·73,1)].
W=w1+w2+w3=1,162+1,278+1,394 = 3,833.
Решая систему уравнений получаем:
w1= 1,167 кг/с
w2= 1,261 кг/с
w3= 1,406 кг/с.
D = 1,237 кг/c
Q1 = 2563 кВт
Q2 = 2475 кВт
Q3 = 2759 кВт.
Наибольшее отклонение вычисленных нагрузок по испаряемой воде:
100 1,4
1,261
1,261 1,278
? =
-
D = %
Отклонение меньше 5 %, поэтому температуры кипения и концентрации не
нужно пересчитывать.
Результаты расчета сведены в таблице 4.5.
Таблица 4.5 - Сводная таблица результатов вычислений
Параметр Корпус
1 2 3
Производительность по испаряемой влаге, w, кг/с 1,167 1,261 1,406
Концентрация раствора х, % ?9,1 ?13,7 30
Давление греющих паров Рг, МПа 0,7 0,473 0,247
Температура греющих паров tг, 0С 164,9 149,6 126,5
Температурные потери ??, 0С 2,8 3,9 13,4
Температура кипения раствора tк, 0С 152,4 130,4 73,1
Полезная разность температур ?tп, 0С 12,5 19,3 53,4
23
4.5 Расчет коэффициентов теплопередачи
Коэффициент теплопередачи:
1
1 2
1 1 -
? ?o
o
c ce
?
= +a +l a
d
a
К , (4.41)
где ?1 – коэффициент теплоотдачи от конденсирующегося пара к стенке, Вт/(м2·К);
?2 – коэффициент теплоотдачи от стенки к кипящему раствору, Вт/(м2·К);
??/? – суммарное термическое сопротивление, м2·К/Вт.
н
н
ст
ст
l
d
l
d
l
d
a = + , (4.42)
где ?ст/?ст – термическое сопротивление стенки, (м2·К)/Вт;
?н/?н – термическое сопротивление накипи, (м2·К)/Вт [2] c. 171.
Выбираем материал стойкий к среде Na2SO4 в интервале изменения
концентрации от 4,8 до 40 %. В этих условиях химически стойким является сталь
марки 12Х18Н10Т. Средняя теплопроводность равна 16,5 Вт/(м·К) [2] c. 171.
? ?/? = 0,002/16,5+0,0005/2 = 3,7·10-4 (м2·К)/Вт.
Коэффициент теплоотдачи от конденсирующегося пара к стенке:
4
1 1
3
1
2
1 1
1 2,04
H t
r
ж
ж ж
? ? D
= ? ? ?
m
r l
a , (4.43)
где r1 – теплота конденсации греющего пара, Дж/кг [4] табл. LVII, с.549;
?ж1, ?ж1, ?ж1 – соответственно плотность, кг/м3; теплопроводность, Вт/(м·К);
вязкость, Па·с конденсата при средней температуре пленки [4] табл. LVII, с.549.
2
t1
1
= - D ПЛ Г t t , (4.44)
где ?t1 – разность температур конденсации пара и стенки, 0С.
Расчет коэффициентов теплоотдачи ведем методом последовательных
приближений.
Первый корпус выпарной установки.
Пусть ?t1 = 1,5 0С.
164,2
2
= 164,9 - 1,5 = ПЛ t 0С.
Физические свойства конденсирующегося пара представлены в таблице 4.6.
Таблица 4.6 - Физические свойства конденсирующегося пара
Параметр Значение Источник информации
Теплота конденсации r1, кДж/кг 2075 [4] табл. LVII, с.549
Плотность ?ж1, кг/м3 903,5 [4] табл. LVII, с.549
Теплопроводность ?ж1, Вт/(м·К) 0,683 [4] табл. XXXIX, с.537
Вязкость ?ж1, Па•с 0,165•10-3 [4] табл. XXXIX, с.537
24
Коэффициент теплоотдачи от конденсирующегося пара к стенке:
9862
0,165 10 4 1,5
2,04 2075 10 903,5 0,683 4
3
3 2 3
1 =
? ? ?
= ? ? ? ? - a Вт/(м2·К).
Для установившегося процесса передачи тепла справедливо уравнение:
1 1 2 2 q = ? Dt = Dtcт = ? Dt
a
a
l
d
a , (4.45)
где q – удельная тепловая нагрузка, Вт/м2;
?tст – перепад температур на стенке, 0С;
?t2 – разность между температурой стенке со стороны раствора и температурой
кипения раствора, 0С.
Перепад температур на стенке:
?tст = ?1·?t1·??/?, (4.46)
?tст = 9862·1,5·3,7·10-4 = 5,5 0С.
?t2 = ?tп1- ?tст- ?t1, (4.47)
?t2 =12,5– 5,5 – 1,5 = 5,5 0С.
Физические свойства раствора Na2SO4 представлены в таблице 4.7.
Таблица 4.7 - Физические свойства раствора Na2SO4 и его паров по корпусам
Параметр Корпус
I II III
Источник
информации
Теплопроводность раствора ?, Вт/(м·К) 0,658 0,646 0,604 [6] с. 337
Вязкость раствора ?, Па•с 0,242•10-3 0,337•10-3 1,128•10-3 [6] c. 177
Плотность раствора ?, кг/м3 990,2 1052 1274 [6] с.101
Теплоемкость раствора с, кДж/(кг·К) 4,007 3,784 3,537 [6] c. 254
Поверхностное натяжение ?, Н/м 74,9•10-3 75,2•10-3 75,2•10-3 [2] c. 186
Теплота парообразования rВ, кДж/кг 2118 2186 2356 [4] табл.LVII, с.549
Плотность пара ?, кг/м3 2,586 1,41 0,135 [4] табл.LVII, с.549
Коэффициент теплоотдачи от стенки к кипящему раствору [2], с. 172:
0 ,3
1
0 ,3
1
0 ,66
0
0 ,6
1
0 ,5
1
0 ,06
1
0 ,5
1
1,3
0 ,6 1
2 1 1 780 ( )
s r m
l r r
a a
? ? ? ?
= ? ? D ? ? ?
r с
t
В
П , (4.48)
где 0
r – плотность пара при давлении 1 кгс/см2.
=
? ? ? ? ? ? ?
? ?
= ? ? ? -3 0,5 3 0,6 0,66 0,3 -3 0,3
1,3 0,5 0,06
0,6
2 (74,9 10 ) (2118 10 ) 0,579 4,007 (0,242 10 )
0,658 990,2 2,586
a 780 (9862 1,5)
= 4057 Вт/(м2·К).
q1=?1·?t1, (4.49)
25
q1=9862·1,5 = 14793 Вт/м2.
q2= ?2·?t2, (4.50)
q2=4057·5,5= 22314 Вт/м2.
Отклонение между удельными тепловыми нагрузками:
100%
min
1 2 ?
-
D =
q
q q
, (4.51)
где min q - минимальное значение удельной тепловой нагрузки, Вт/м2.
100 50,8
14793
14793 22314
? =
-
D = %.
Так как q’?q’’, следовательно проводим второе приближение.
Пусть ?t1 = 2,5 0С.
163,7
2
= 164,9 - 2,5 = ПЛ t 0С.
Коэффициент теплоотдачи от конденсирующегося пара к стенке:
8678
0,165 10 4 2,5
2,04 2077 10 904 0,683 4
3
3 2 3
1 =
? ? ?
= ? ? ? ? - a Вт/(м2·К).
Перепад температур на стенке:
?tст = 8678·2,5·3,7·10-4 = 8,1 0С.
?t2 =12,5– 8,1– 2,5 = 1,9 0С.
Коэффициент теплоотдачи от стенки к кипящему раствору:
=
? ? ? ? ? ? ?
? ?
= ? ? ? -3 0,5 3 0,6 0,66 0,3 -3 0,3
1,3 0,5 0,06
0,6
2 (74,9 10 ) (2118 10 ) 0,579 4,007 (0,242 10 )
0,658 990,2 2,586
a 780 (8678 2,5)
= 5105 Вт/(м2·К).
q1=8678·2,5= 21695 Вт/м2.
q2=5105·1,9= 9700 Вт/м2.
100 123,4
9700
21695 9700
? =
-
D = %.
Так как q’?q’’, следовательно проводим третье приближение.
Постоим графически зависимость q = f(?t1) для ?t 1 =1,5 0С и ?t 1 =2,5 0С.
Пусть ?t1 = 1,9 0С.
164
2
= 164,9 - 1,9 = ПЛ t 0С.
Коэффициент теплоотдачи от конденсирующегося пара к стенке:
26
14000
15000
16000
17000
18000
19000
20000
21000
22000
1,5 1,7 1,9 2,1 2,3 2,5
?t1, 0С
q, Вт/м2
Рисунок 4.1 - Графически зависимость q = f(?t1)
9295
0,165 10 4 1,9
2,04 2076 10 903,7 0,683 4
3
3 2 3
1 =
? ? ?
= ? ? ? ? - a Вт/(м2·К).
Перепад температур на стенке:
?tст = 9295·1,9·3,7·10-4 = 6,6 0С.
?t2 =12,5– 6,6 – 1,9 = 4 0С.
Коэффициент теплоотдачи от стенки к кипящему раствору:
=
? ? ? ? ? ? ?
? ?
= ? ? ? -3 0,5 3 0,6 0,66 0,3 -3 0,3
1,3 0,5 0,06
0,6
2 (74,9 10 ) (2118 10 ) 0,579 4,007 (0,242 10 )
0,658 990,2 2,586
a 780 (9295 1,9)
= 4512 Вт/(м2·К).
q1=9295·1,9 = 17660 Вт/м2.
q2=4512·4 = 18048 Вт/м2.
100 1,9
17660
17660 18048
? =
-
D = %.
q1?q2, расхождение составляет 1,9 %, что меньше 5 %.
1427
4512
3,7 10 1
9295
1 1
4
1 = ?o
o ce
= ? + ? +
-
К - Вт/(м2·К).
Второй корпус выпарной установки.
27
Пусть ?t1 = 3,5 0С.
147,9
2
= 149,6 - 3,5 = ПЛ t 0С.
7912
0,184 10 4 3,5
2,04 2126 10 919 0,687 4
3
3 2 3
1 =
? ? ?
= ? ? ? ? - a Вт/(м2·К).
?tст =7912·3,5·3,7·10-4 = 10,3 0С.
?t2 =19,3– 10,3– 3,5 = 5,5 0С.
=
? ? ? ? ? ? ?
? ?
= ? ? ? -3 0,5 3 0,6 0,66 0,3 -3 0,3
1,3 0,5 0,06
0,6
2 (75,2 10 ) (2186 10 ) 0,579 3784 (0,337 10 )
0,646 1052 1,41
a 780 (7912 3,5)
= 5176 Вт/(м2·К).
q1=7912·3,5 = 27692 Вт/м2.
q2=5176·5,5 = 28468 Вт/м2.
100 2,8
27692
27692 28468
? =
-
D = %.
q1?q2, расхождение составляет 2,8 %, что меньше 5%.
1447
5176
3,7 10 1
7912
1 1
4
2 = ?o
o ce
= ? + ? +
-
К - Вт/(м2·К).
Третий корпус выпарной установки.
Пусть ?t1 = 13,4 0С.
119,8
2
= 126,5 - 13,4 = ПЛ t 0С.
5438
0,233 10 4 13,4
2,04 2208 10 943,2 0,684 4
3
3 2 3
1 =
? ? ?
= ? ? ? ? - a Вт/(м2·К).
?tст =5438·13,4·3,7·10-4 = 27,1 0С.
?t2 = 53,4 – 27,1– 13,4 = 12,9 0С.
=
? ? ? ? ? ? ?
? ?
= ? ? ? -3 0,5 3 0,6 0,66 0,3 -3 0,3
1,3 0,5 0,06
0,6
2 (75,2 10 ) (2356 10 ) 0,579 3537 (1,128 10 )
0,604 1274 0,135
a 780 (5438 13,4)
= 5501 Вт/(м2·К).
q1=5438·13,4= 72869 Вт/м2.
q2=5501·12,9 = 70963 Вт/м2.
100 2,7
70963
72869 70963
? =
-
D = %.
28
q1? q2, расхождение составляет 2,7 %, что меньше 5%.
1356
5501
3,7 10 1
5438
1 1
4
3 = ?o
o ce
= ? + ? +
-
К - Вт/(м2·К).
4.6 Распределение полезной разности температур
Полезные разности температур в корпусах установки находим условия
равенства их поверхностей теплопередачи:
a
a=
=
D = D ? 3
1
j
j
j
j
П j п
K
Q
K
Q
t t , (4.52)
где п Dt , j Q , j K – соответственно полезные разности температур, тепловая нагрузка,
коэффициент теплопередачи для j-го корпуса.
27,6
1356
2759
1447
2475
1427
2563
1427
2563
85,1 1 =
+ +
D = ? П t 0С.
26,3
1356
2759
1447
2475
1427
2563
1447
2475
85,1 2 =
+ +
D = ? П t 0С.
31,2
1356
2759
1447
2475
1427
2563
1356
2759
85,1 3 =
+ +
D = ? П t 0С
Проверим общую разность температур установки:
??tп= ?tп1+ ?tп2+ ?tп3, (4.53)
??tп =27,6+26,3+31,2 = 85,1 0С.
Рассчитаем поверхность теплопередачи выпарных аппаратов:
П К t
F Q
? D
= , (4.54)
65,1
1427 27,6
2563 103
1 =
?
F = ? м2.
65,1
1447 26 ,3
2475 10 3
2 =
?
F = ? м2.
65,1
1356 31,2
2759 10 3
3 =
?
F = ? м2
29
Найденные значения отличаются от ориентировочно определенной ранее
поверхности Fор на 44 %. Поэтому в последующих приближениях нет
необходимости.
Полезные разности температур, рассчитанные из условия равного перепада
давления, найденные в первом приближении из условия равных поверхностей
теплопередачи в корпусах существенно различаются, таблица 4.8.
Таблица 4.8 – Полезная разность температур по корпусам
Параметр Корпус
1 2 3
Распределенные в 1-м приближении значения ?tп, 0С 27,6 26,3 31,2
Предварительно рассчитанные значения ?tп, 0С 12,5 19,3 53,4
Поэтому необходимо заново перераспределить температуры (давления)
между корпусами установки. В основу этого перераспределения температур
должны быть положены разности температур, найденные из условий равенства
поверхностей теплопередачи аппаратов.
4.7 Уточненный расчет поверхности теплопередачи
Второе приближение
Во втором приближении температурные потери примем такие же, что и в
первом приближении.
Полученные после перераспределения температур параметры растворов и
паров по корпусам представлены в таблице 4.9.
Таблица 4.9 – Параметры растворов и паров по корпусам
Параметр Корпус
I II III
Производительность по испаряемой влаге, w, кг/с 1,167 1,261 1,406
Концентрация раствора х, % ?9,1 ?13,7 30
Температура греющих паров в 1-м корпусе tг1, 0С 164,9 – –
Полезная разность температур ?tп, 0С 27,6 26,3 31,2
Температура кипения раствора tк = tг – ?tп, 0С 137,3 108,2 73,1
Температура вторичного пара tвп = tк – (?’ + ?’’) , 0С 135,5 105,3 60,7
Энтальпии вторичного пара Iвп, кДж/кг 2734 2688 2608
Давление вторичного пара Рвп, МПа 0,319 0,123 0,021
Температура греющего пара tг = tвп – ?’’’, 0С – 134,5 104,3
Температура кипения исходного раствора при давлении в первом корпусе.
tн = 135,5+0,8 = 136,3 0С.
Рассчитываем тепловые нагрузки.
Q1= 1,03·[5·3,887·(137,3-136,3)+1,167·(2734-4,19·137,3)] = 2615 кВт.
30
Q2= 1,03·[(5-1,167) ·4,007·(108,2 -137,3)+1,261·(2688-4,19·108,2)]= 2440 кВт
Q3= 1,03·[(5 -1,167-1,261)·3,784·(73,1-108,2)+1,406·(2608-4,19·73,1)] = 2981 кВт.
Физические свойства раствора Na2SO4 при измененных температурах
кипения представлены в таблице 4.10.
Таблица 4.10 - Физические свойства раствора Na2SO4 и его паров по корпусам
Параметр Корпус
I II III
Источник
информации
Теплопроводность раствора ?, Вт/(м·К) 0,66 0,65 0,604 [6] с. 337
Вязкость раствора ?, Па•с 0,271•10-3 0,412•10-3 1,128•10-3 [6] c. 177
Плотность раствора ?, кг/м3 1005 1072 1274 [6] с.101
Теплоемкость раствора с, кДж/(кг·К) 4,007 3,784 3,537 [6] c. 254
Поверхностное натяжение ?, Н/м 74,9•10-3 75,2•10-3 75,2•10-3 [2] c. 186
Теплота парообразования rВ, кДж/кг 2163 2246 2356 [4] табл.LVII, с.549
Плотность пара ?, кг/м3 1,748 0,713 0,135 [4] табл.LVII, с.549
Полученные данные методом последовательных приближений по корпусам
представлены в таблице 4.11.
Таблица 4.11 - Параметры по корпусам
Параметр 1 корпус 2 корпус 3 корпус
Разность температур ?t1, 0С 6 5,4 6,2
Коэффициент теплоотдачи 1
a , Вт/(м2·К) 6969 6977 6349
Разность температур ?t2, 0С 6 6,9 10,4
Коэффициент теплоотдачи 2 a , Вт/(м2·К) 7108 5588 3802
Удельная тепловая нагрузка q1, Вт/м2 41814 37676 39364
Удельная тепловая нагрузка q2, Вт/м2 42648 38557 39541
Отклонение D , % 2,0 2,3 0,4
Коэффициент теплопередачи К, Вт/(м2·К) 1525 1441 1262
Полезная разность температур П Dt , 0С 25,3 25 34,8
Сравнение полезных разностей температур, полученных во втором и в
первом приближении приведено в таблице 4.12.
Таблица 4.12 – Полезная разность температур по корпусам
Параметр Корпус
1 2 3
II приближение ?tп, 0С 25,3 25 34,8
I приближение ?tп, 0С 27,6 26,3 31,2
Различие между полезными разностями температур, % 9,1 5,2 11,5
31
Различие между полезными разностями температур по корпусам в 1-м и 2-м
приближении более 5%.
Делаем следующее приближение.
Третье приближение.
Полученные после перераспределения температур параметры растворов и
паров по корпусам представлены в таблице 4.13.
Таблица 4.13 - Параметры растворов и паров по корпусам
Параметр Корпус
I II III
Производительность по испаряемой влаге, w, кг/с 1,167 1,261 1,406
Концентрация раствора х, % ?9,1 ?13,7 30
Температура греющих паров в 1-м корпусе tг1, 0С 164,9 – –
Полезная разность температур ?tп, 0С 25,3 25 34,8
Температура кипения раствора tк = tг – ?tп, 0С 139,6 111,8 73,1
Температура вторичного пара tвп = tк – (?’ + ?’’) , 0С 137,8 108,9 60,7
Энтальпии вторичного пара Iвп, кДж/кг 2737 2694 2608
Давление вторичного пара Рвп, МПа 0,342 0,138 0,021
Температура греющего пара tг = tвп – ?’’’, 0С – 136,8 107,9
Температура кипения исходного раствора при давлении в первом корпусе.
tн = 137,8+0,8 = 138,6 0С.
Рассчитываем тепловые нагрузки.
Q1= 1,03·[5·3,887·(139,6-138,6)+1,167·(2734-4,19·139,6)] = 2608 кВт.
Q2= 1,03·[(5-1,167) ·4,007·(108,9 -139,6)+1,261·(2694-4,19·108,9)]= 2449 кВт
Q3= 1,03·[(5 -1,167-1,261)·3,784·(73,1-108,9)+1,406·(2608-4,19·73,1)] = 2945 кВт.
Физические свойства раствора Na2SO4 при измененных температурах
кипения представлены в таблице 4.14.
Таблица 4.14 - Физические свойства раствора Na2SO4 и его паров по корпусам
Параметр Корпус
I II III
Источник
информации
Теплопроводность раствора ?, Вт/(м·К) 0,658 0,646 0,604 [6] с. 337
Вязкость раствора ?, Па•с 0,266•10-3 0,398•10-3 1,128•10-3 [6] c. 177
Плотность раствора ?, кг/м3 1003 1069 1274 [6] с.101
Теплоемкость раствора с, кДж/(кг·К) 4,007 3,784 3,537 [6] c. 254
Поверхностное натяжение ?, Н/м 74,9•10-3 75,2•10-3 75,2•10-3 [2] c. 186
Теплота парообразования rВ, кДж/кг 2156 2236 2356 [4] табл.LVII, с.549
Плотность пара ?, кг/м3 1,863 0,798 0,135 [4] табл.LVII, с.549
32
Полученные данные методом последовательных приближений по корпусам
представлены в таблице 4.15.
Таблица 4.15 - Параметры по корпусам
Параметр 1 корпус 2 корпус 3 корпус
Разность температур ?t1, 0С 5,4 5,1 7,4
Коэффициент теплоотдачи 1
a , Вт/(м2·К) 7155 7102 6108
Разность температур ?t2, 0С 5,5 6,4 10,6
Коэффициент теплоотдачи 2 a , Вт/(м2·К) 6850 5559 4130
Удельная тепловая нагрузка q1, Вт/м2 38637 36220 45199
Удельная тепловая нагрузка q2, Вт/м2 37675 35578 43778
Отклонение D , % 2,6 1,8 3,2
Коэффициент теплопередачи К, Вт/(м2·К) 1521 1444 1286
Полезная разность температур DtП , 0С 25,6 25,3 34,2
Сравнение полезных разностей температур, полученных во втором и в
первом приближении приведено в таблице 4.16.
Таблица 4.16 – Полезная разность температур по корпусам
Параметр Корпус
1 2 3
III приближение ?tп, 0С 25,6 25,3 34,2
II приближение ?tп, 0С 25,3 25 34,8
Различие между полезными разностями температур, % 1,2 1,2 1,8
Различие между полезными разностями температур по корпусам во 2-м и 3-м
приближении меньше 5%.
Рассчитаем поверхность теплопередачи выпарных аппаратов:
67
1521 25,6
2608 103
1 =
?
F = ? м2.
67
1444 25,3
2449 10 3
2 =
?
F = ? м2.
67
1286 34,2
2945 10 3
3 =
?
F = ? м2
Выбираем [8], с. 756 выпарной аппарат со следующими характеристиками,
таблица 4.17.
33
Таблица 4.17 - Основные размеры выпарного аппарата (по ГОСТ 11987-81)
F, м2
l= 4000 мм
D, мм
не менее
D1, мм
не более
D2, мм
не более
Н, мм
не более
80 800 1200 250 9570
где l – высота труб, мм;
F – номинальная поверхность теплообмена, м2;
D – диаметр греющей камеры, мм;
D1 – диаметр сепаратора, мм;
D2 – диаметр циркуляционной трубы, мм;
Н – высота аппарата, мм.
4.8. Определение толщины тепловой изоляции
Толщину изоляции Н d определяем из равенства удельных тепловых потоков
через слой изоляции, от поверхности изоляции в окружающую среду:
( ) ( ) 2 СТ 1 СТ 2
Н
Н
В СТ В ? t - t = ? t - t
d
l
a , (4.55)
где В a – коэффициент теплоотдачи от внешней поверхности изоляционного
материала к воздуху ( В a =9,3+0,058• СТ 2 t ), Вт/(м2·К);
СТ 2 t – температура изоляции со стороны окружающего воздуха, 0С;
В t - температура окружающей среды (воздуха) , 0С;
Н l - коэффициент теплопроводности изоляционного материала, Вт/(м·К);
Н d - толщина тепловой изоляции, м;
СТ1 t - температура изоляции со стороны аппарата , 0С.
Для аппаратов, работающих в закрытом помещении СТ 2 t выбираем из
интервала (35-45 0С) – 40 0С.
Температуру СТ1 t можно принять равной tг1.
В a =9,3+0,058·40=11,62 Вт/(м2·К).
Температура воздуха принимаем В t = 20 0С.
Принимаем в качестве изоляционного материала совелит (85 % магнезин и
15 % асбест) с теплопроводностью Н l = 0,09 Вт/(м·К) [2] с.177.
0,048
(40 20 )
(164 ,9 40 )
11,62
0,09
( )
( )
2
1 2 =
-
= ? -
-
-
= ?
СТ В
СТ СТ
В
Н
Н t t
t t
a
l
d м.
5 Подбор вспомогательного оборудования
5.1 Расчет подогревателя исходного раствора
Исходные данные для первого теплоносителя (греющий пар):
- начальная/конечная температура при давлении насыщенного водяного пара
Рг1 = 0,7 МПа [3], таблица LII, с. 467 tн1 = tк1= 164,9 0С.
Исходные данные для второго теплоносителя (исходной раствор):
- начальная температура (tн2) = 40 0С (по заданию)
- конечная температура (tк2) = 138,6 0С (температура кипения исходного
раствора при 7 масс.%, рассчитанная в подразделе 4.7)
Изменение температур теплоносителей показано на рисунке 5.1.
I – теплоноситель в межтрубном пространстве; II –теплоноситель в трубном
пространстве
Рисунок 5.1 - Изменение температур теплоносителей
Большая разность температур ?tб:
?tб= tк1- tн2= 164,9 - 40 =124,90С.
Меньшая разность температур ?tм:
?tм= tн1- tк2 = 164,9 – 138,6 = 26,4 0С.
Так как ?tб/?tм =4,7>2, то средняя движущая сила процесса является
среднелогарифмическим значением [2] с.46:
? ?o
o
c ce
?
D
D
D - D
D =
М
Б
Б М

t
t
t t t
ln
, (5.1)
63,3
26,4
ln 124,9
124,9 26,4 =
?o
o ce
?
D = - CР t 0С.
Изм.. Лист № докум. Подп. Дата
Разр Ткачева Лит Лист Листов
Пров Левданский
Н.контр.
Утв Левданский
Подбор вспомогательного
оборудования
138,6 0С
С
164,9 0С
tср2=101,60С
tср1=164,9 0С
II
I 164,9 0С
40 0С
35
tср2 = tср1 –?tср, (5.2)
tср2 = 164,9 –63,3 = 101,6 0С.
Тепловой поток проходящий через стенку труб к исходному раствору:
Q2= GН·c2·(tк2-tн2), (5.3)
где c2 – теплоемкость исходного раствора при tср2, кДж/(кг·К) [6] c. 254.
c2=3954 кДж/(кг·К).
Q2=5·3954·(138,6-40) = 1,95·106 Вт.
Тепловой поток со стороны первого теплоносителя:
Q1=1,03·Q2, (5.4)
где 1,03 – 3 % потери тепла в подогревателе.
Q1=1,03·1,95·106= 2,01·106 Вт.
Ориентировочное значение поверхности теплообмена:
ор ср
ор К t
F Q
?D
= 1 , (5.5)
где Кор - ориентировочный коэффициент теплопередачи [2], таблица 2.1, с. 47.
Кор=800 Вт/(м2·К).
39,6
800 63,3
2,01 106
=
?
= ? ор F м2.
Параметры выбранного подогревателя приводятся в таблице 5.1 ([2],
таблица 2.3, с. 51).
Таблица 5.1 - Параметры выбранного подогревателя по ГОСТ 15118-79
Параметр Значение
Поверхность теплообмена, F 49 м2
Внутренний диаметр труб, dв 0,021 м
Наружный диаметр труб, dн 0,025 м
Длина труб, L 3 м
Число труб, n 206
Число ходов, z 4
Расхождение между ориентировочной поверхностью теплопередачи и
поверхностью теплопередачи выбранного теплообменника составляет:
?100%
-
D =
ор
ор
F
F F
, (5.6)
100% 23,7
39,6
D = 49 - 39,6 ? = %.
36
Запас входит в интервал допустимых (10 -30 %).
Расчет гидравлического сопротивления подогревателя
Скорость среды в трубах подогревателя:
2
2 2
4
p r
w
? ? ?
= ? ?
d n
G z
В
H , (5.7)
где 2 r – плотность раствора при средней температуре, кг/м3 [6] с. 101.
0,28
3,14 0,021 206 1019
4 5 4
2 2 =
? ? ?
w = ? ? м/с.
Значение критерия Рейнольдса Re2 [2], с. 67:
2
2 2
Re 4
p ? ? ?m
? ?
=
d n
G z
В
H . (5.8)
где 2
m - вязкость раствора при средней температуре, Па•с [6] с. 177.
16818
3,14 0,021 206 0,35 10
Re 4 5 4 2 2 3 =
? ? ? ?
= ? ? - .
Так как 2300< 2 Re <100 000, то значение ? для шероховатых трубопроводов
(стальных) рассчитываем по формуле [4], с.24:
u u u
u
e e
e
e
? ?o
o
c ce
?
= - ? +
0,9
2 Re
6,81
3,7
1 2 lg e
l
, (5.9)
где ?=е/dэ – относительная шероховатость стенки трубопровода;
е – средняя высота шероховатостей стенки, м;
dэ – эквивалентный диаметр трубопровода, м.
Для стальных труб при незначительной коррозии е=0,2 мм [3], таблица XII
с. 519.
?=0,2·10-3/0,025=0,0095.
u uu
u
e ee
e
?o
o ce
= - ? + ?
0,9
16818
6,81
3,7
1 2 lg 0,0095
l
.
Отсюда ? =0,041.
Диаметр кожуха выбранного подогревателя равен Dk = 600 мм, число ходов
z = 4, тогда диаметр условного прохода его штуцеров равен dш=150 мм [2],
таблица 2.6, с. 55.
Скорость потока в штуцерах:
2
2
4
p r
w
? ?
= ?
Ш
H
Ш d
G
, (5.10)
37
0,28
3,14 0,15 1019
4 5
2 =
? ?
= ? Ш w м/с.
Расчетная формула для определения гидравлического сопротивления в
трубном пространстве имеет вид [2], с. 69:
2
3
2
[ 2 ,5 ( 1) 2 ]
2
Р
2
2
2
2 2 2
2
2
ТР1
ш
T
z z
d
L z w r r w r w
D = l ? ? ? ? + ? - + ? ? ? + ? , (5.11)
1625
2
3 1019 0,28
2
[2,5 (4 1) 2 4] 1019 0,28
2
0,28 1019
0,021
Р 0,041 3 4
2 2 2
ТР1 D = ? ? ? ? + ? - + ? ? ? + ? ? = Па.
5.2 Расчет сети и подбор насоса для подачи исходного раствора в
выпарной аппарат
Сопротивление трубопровода:
труб тр мс ск ст гс ТР1 DР = DР + DР + DР + DР + DР + DР , (5.12)
где тр DР – потери давления на трение, Па;
мс DР , ск DР , ст DР , гс DР , ТР1 DР – потери давления на местные сопротивления, на
создание скоростного напора, на преодоление разности статических давлений
между конечной и начальными точками трубопровода, на преодоление разности
гидростатических давлений между этими точками трубопровода и на
подогреватель исходного раствора, Па.
Диаметр трубопровода:
w
d GН
труб ? ?
=
0,785 2 r , (5.13)
где w – рекомендуемая среднерасходная скорость, м/с;
2 r - плотность раствора при начальной температуре, кг/м3 [6] с.101.
Рекомендуемая скорость жидкости в нагнетательных трубопроводов насосов
1,5-3 м/с [2], с.16. Примем скорость течения исходного раствора в трубопроводе
w= 2 м/с.
0,055
1055 0,785 2
5 =
? ?
= труб d м .
Выбираем стандартный внутренний диаметр трубопровода ТП d = 64 мм с
толщиной стенок 3 мм [2], с. 16.
Действительная скорость исходного раствора в трубопроводе
(рассчитывается для внутреннего диаметра трубопровода):
2
2
4
p r
w
? ?
= ?
ТП
Н
d
G
, (5.14)
38
1,47
3,14 0,064 1055
4 5
2 =
? ?
w = ? м/с.
2
1
2
2 r w
x
l ? ? ?
?o
o
c ce
?
D + D + D = + ? +a
ТП
тр мс ск d
Р Р Р L , (5.15)
где L – длина трубопровода, м.
Значение критерия Рейнольдса:
2
Re 2
m
w ? ?r = ТП d
, (5.16)
где 2
m - динамическая вязкость при начальной температуре, Па•с [6] c. 177
5
3 1,0 10
0,965 10
Re 1,47 0,064 1055 = ?
?
= ? ? - .
Для стальных труб при незначительной коррозии е=0,2 мм [3], таблица XII
с. 519.
?=0,2·10-3/0,064 = 3,125•10-3.
Из графика [4] рисунок 1.5, с. 22 ? =0,027.
Пусть общая длина трубопровода равна 12 м.
Часть схемы выпарной установки представлена на рисунке 5.2.
1- емкость исходного раствора; 2– насос, 3 – теплообменник – подогреватель;
4 – выпарной аппарат
Рисунок 5.2 - Схема вакуум-выпарной установки
Исходный
раствор
Конденсат пара
1 2
3
4
3 м
3 м
1 м
39
Сумма коэффициентов местного сопротивления [2], с. 15: вход в трубу,
?=0,5; выход из трубы, ?=1,0; колено (5 шт.), ?=1,1; вентиль нормальный при
полном открытии (3 шт.), ?=4,4.
??= 5·1,1+3·4,4+1+0,5 = 20,1.
Разность геометрических высот при подачи раствора в нижний штуцер
рассчитывается исходя из высоты труб подогревателя 3 м, расстояния от
фундамента до подогревателя равному 1 м (принимаем), а также расстояния между
подогревателем и нижним штуцером выпарного аппарата 3 м (принимаем), то есть
Н =7 м.
29930
2
20,1 1055 1,47
0,064
1 0,027 12
2
= ? ? ?o
o ce
D + D + D = ? + ? + тр мс ск Р Р Р Па.
?Ргс = ?2·g·H, (5.17)
где g – ускорение свободного падения, м/с2;
Н – разность геометрических высот конечной и начальной точек
трубопровода, м.
Ргс = 1055·9,81·7 = 72447 Па.
?Рст = Р2 - Р1, (5.18)
где Р2, Р1 – абсолютные статические давления на выходе и входе в
трубопровод, Па.
Р2 = Рвп1 + HУР• ?Р •g, (5.19)
где HУР - величина уровня раствора по водомерному стеклу, м;
?Р – плотность раствора конечной концентрации при температуре кипения,
кг/м3 [6] с. 101.
HУР = (0,26 + 0,0014•(?Р – ?В)) •HТР, (5.20)
где HТР - рабочая высота труб, м;
?В – плотность воды при температуре кипения раствора, кг/м3 [4] таблица IV,
с.512.
HУР = (0,26 + 0,0014•(1242 – 949,1)) •4 = 2,68 м.
Р2 = 0,342·106 + 2,68•1242•9,81 = 374531 Па.
?Рст= 374531 - 1,0·105 = 274531 Па.
труб DР = 29930+72447 + 274531 + 1625 = 3,785·105 Па.
Рассчитываем потерю напора в технологической линии:
g
Р
Н труб
пот ?
D
=
2 r , (5.21)
36,6
1055 9,81
3,785 105
=
?
= ? пот Н м.
40
Объемный расход исходного раствора:
2
Н
r
Q = G , (5.22)
4,739 10 3
1055
Q = 5 = ? - м3/с.
Подбираем насос по [2], приложению 1.1, с. 38: центробежный насос марки
Х 20/53, с Q=5,5·10-3 м3/c и Н = 44 м.
5.3 Расчет поверхностного конденсатора
В качестве поверхностного теплообменника используем кожухотрубчатый
теплообменник. Температура паров на входе/выходе теплообменника равна
tбк= 59,7 0С (таблица 4.1).
В качестве охлаждающего агента используем воду оборотную, температура
которой изменяется от 21 0С (по заданию) до 30 0С (примем).
Изменение температур теплоносителей в межтрубном и трубном
пространстве представлены на рисунке 5.3.
I – теплоноситель в трубном пространстве; II – теплоноситель в межтрубном
пространстве
Рисунок 5.3 - Изменение температур теплоносителей
Большая разность температур ?tб:
?tб= tк2- tн1 = 59,7 - 21 = 38,7 0С .
Меньшая разность температур ?tм:
?tм= tн2- tк1 = 59,7 - 30 = 29,7 0С .
Средняя движущая сила процесса ?tср:
2
Б М
СР
Dt = Dt + Dt , (5.23)
34,2
2
D = 38,7 + 29,7 = СР t 0С.
tср1= tср2 - ?tср, (5.24)
59,7 0С 59,7 0С
30 0С 21 0С
tср2=59,7 0С
tср1=25,5 0С
II
I
41
tср1=59,7– 34,2 = 25,5 0С.
Тепловой поток со стороны конденсирующегося вторичного пара, Вт:
Q =w ?Iбк 2 3 , (5.25)
3 6
2 Q =1,406? 2607?10 = 3,665?10 Вт.
Тепловой поток со стороны охлаждающей воды:
1,03
2
1
Q = Q , (5.26)
где 1,03 – 3 % потери тепла в теплообменнике.
6
6
1 3,558 10
1,03
Q = 3,665?10 = ? Вт.
Расход охлаждающей воды:
( ) 1 1
1
в к н
В с t t
G Q
? -
= , (5.27)
где в с – теплоемкость охлаждающей воды при средней температуре, Дж/(кг·К) [4]
рисунок XI, с.562.
94,36
4190 (30 21)
3,558 106
=
? -
= ? В G кг/с.
Ориентировочный коэффициент теплопередачи [2], таблица 2.1, с. 47
ор K =1000 Вт/(м2 ·К).
Тогда ориентировочное значение поверхности теплообмена составит:
104
1000 34,2
3,558 106
=
?
= ? ОР F м2.
Выбираем стандартный теплообменник по ГОСТ 15122 – 79 [4] таблица
XXXIV, с.533.
Таблица 5.2 - Параметры выбранного теплообменника
Параметр Значение
Площадь теплообмена, F 126 м2
Длина труб, L 6 м
Число труб, n 334
Число ходов, z 4
Допустимый запас площади теплообмена:
42
100% 21,1
104
D = 126 -104 ? = %.
Запас входит в интервал допустимых (10-30 %).
Диаметр кожуха выбранного теплообменника равен Dk= 600 мм, число ходов
z=4, тогда диаметр условного прохода его штуцеров равен dш=150 мм [2],
таблица 2.6, с.55.
5.4 Расчет производительности вакуум-насоса
Производительность вакуум-насоса ВОЗД G определяется количеством газа,
который необходимо удалять из барометрического конденсатора:
ВОЗД G =2,5·10-5·(w3+Gв)+0,01·w3, (5.28)
где 2,5·10-5 – количество газа, выделяющегося из 1 кг воды;
0,01 – количество газа, подсасываемого в конденсатор через неплотности, на
1 кг паров.
ВОЗД G =2,5·10-5·(1,406+94,36)+0,01·1,406= 1,6·10-2 кг/с.
Объемная производительность вакуум-насоса равна:
( )
ВОЗД ВОЗД
ВОЗД ВОЗД
ВОЗД M
273
P
R t G
V
?
? + ?
= , (5.29)
где R – универсальная газовая постоянная, Дж/(кмоль·К);
ВОЗД M – молекулярная масса воздуха, кг/кмоль;
ВОЗД t – температура воздуха, 0С;
ВОЗД P – парциальное давление сухого воздуха в барометрическом
конденсаторе, Па.
ВОЗД t = tн + 4 + 0,1·(tк - tн) , (5.30)
ВОЗД t = 21+ 4 + 0,1·(59,7- 21) = 28,9 0С.
Давление воздуха:
ВОЗД P = Рбк – Рп, (5.31)
где Рп – давление сухого насыщенного пара при ВОЗД t , Па [3], таблица LII, с. 466.
ВОЗД P = 0,02·106 – 0,004·106 = 1,6·104 Па.
( ) 0,089
29 1,6 10
8310 273 28,9 1,6 10
4
2
ВОЗД =
? ?
= ? + ? ?
-
V м3/с = 5,33 м3/мин.
По [2], приложению 4.7, с. 188 выбираем вакуум-насос ВВН – 6
производительностью 6 м3/мин, остаточным давлением 38 мм.рт.ст. с мощностью
на валу 12,5 кВт.
43
Заключение
В результате проведения расчетов выпарных аппаратов и
вспомогательного оборудования получили следующие характеристики:
- выпарные аппараты с естественной циркуляцией и вынесенной
греющей камерой (тип II, исполнение 1) в количестве 3 штук:
- номинальная поверхность теплообмена 80 м2;
- высота труб 4 м;
- диаметр греющей камеры 0,8м;
- диаметр сепаратора 1,2 м;
- диаметр циркуляционной трубы 0,25 м;
- высота аппарата 9,57 м
подогреватель исходного раствора ГОСТ 15118-79:
- поверхность теплообмена 49 м2;
- число ходов - 4
центробежный насос:
- марка Х20/53;
- производительность 5,5·10-3 м3/c;
- напор 44 м
поверхностный конденсатор:
- поверхность теплообмена 126 м2;
- число ходов - 4
вакуум-насос:
- марка ВВН – 6;
- производительность 6 м3/мин;
- остаточное давление 38 мм.рт.ст.
- мощность на валу 12,5 кВт.
44
Список использованных источников
1. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. –
М.: Химия,1971.-784 с.
2. Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по
проектированию. Под ред. Ю. И. Дытнерского. М.: Химия, 1991.-496 с.
3. Романков П. Г., Фролов В. Ф. и др. Методы расчета процессов и аппаратов
химической технологии (примеры и задачи). – СПб: Химия, 1993. – 496 с.
4. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу
процессов и аппаратов химической технологии. – Л.: Химия, 1987. – 576 с.
5. Справочник химика. М. - Л.: Химия, Т.III, 1965. 1006 с.
6. Зайцев И.Д., Асеев Т.Г. Физико-химические свойства бинарных и
многокомпонентных неорганических веществ. –М.: Химия, 1988. –416 с.
7. Калишук Д.Г., Протасов С.К., Марков В.А. Процессы и аппараты
химической технологии. Методические указания по одноименной дисциплине.
Мн.: 1992.- 41 с.
8. Тимонин А.С. Основы конструирования и расчета химико-
технологического и природоохранного оборудования. Справочник. т.2. – Калуга:
Издательство Н. Бочкаревой, 2002. – 1028 с.


Перейти к полному тексту работы


Смотреть похожие работы

* Примечание. Уникальность работы указана на дату публикации, текущее значение может отличаться от указанного.