Умова задачі
Розрахувати двокорпусні випарну установку безперервної дії для випарювання S o = 12 000 кг / год розчину солі KNO 3 від початкової концентрації a 1 = 8% ваг. до кінцевої a 2 = 55% вагу. Слабкий розчин солі підігрівається в теплообміннику від t н = 30 ˚ C до t o = 82 ˚ C. Тиск пари, що гріє P гр = 4,5 ата. Вакуум у другому корпусі становить P вак = 690 мм рт. ст. Випарна установка обслуговує барометричним конденсатором змішання, що живиться водою з t в = 20 ˚ C. З першого корпусу відводиться E = 300 кг / год екстра-пара.Визначити:
1. Витрата гріючої пари в випарних апаратів і подогревателе;
2. Поверхні теплообміну підігрівача і випарних апаратів;
3. Витрата охолоджуючої води в конденсаторі;
4. Діаметр і висоту барометричної труби.
Схема двухкорпусной випарної установки
W 1 Q 1
G в t в '
V Г
d Г 2
d Г 1
T 2 D 2
h 2
C до 2 D кр T 2
t 2 C 2
S 2 a 2
W 1 - E 1
i 1
E 1
C до D до T 1
t 1 C 1
S 1 a 1
P р h 1
D р T р
t o C o
S o a o
P 1
P 2
W 2 Q 2
i 2
Розрахунок підігрівача
W 1 Q 1 |
G в t в ' |
V Г |
d Г 2 |
d Г 1 |
T 2 D 2 h 2 |
C до 2 D кр T 2 |
t 2 C 2 |
S 2 a 2 |
W 1 - E 1 |
i 1 |
E 1 |
C до D до T 1 |
t 1 C 1 |
S 1 a 1 |
P р h 1 |
D р T р |
t o C o |
S o a o |
P 1 |
P 2 |
W 2 Q 2 |
i 2 |
Вихідні дані:
S o = 12 000 кг / год;a 1 = 8%;
a 2 = 55%;
t н = 30 ˚ C;
t o = 82 ˚ C;
t в '= 20 ˚ C;
а) Довідкові дані * f = y = о =
для розчину а = 8%, t o = 82 ˚ C 09 кг / м 3
= 3,91 × -6 м 2 / с
= · = 3,91 × -6 м 2 / с · 09 кг / м = 3,94519 · 10 -3 Па × з
r р = 2304 кДж / кг
t нас = 100,7 ˚ C
r = 2253 кДж / кг
657 Вт / м × К
б) Перерахування одиниць
1. Кількість переданого тепла від конденсатора до води
Q = S o × r р = 3,33 кг / с × 2304 кДж / кг = 7672 (кВт)2. Витрата пари, що гріє
Д гр = Q / r = 7672 / 2253 = 3,405 (кг / с)3. Підготовка до розрахунку коефіцієнта теплопередачі
а) t = t кон - t кип = 18,7 ˚ C
б) Розрахунок A
С = 0,943 (вертикальний теплообмінник); Ao = 13.10 3.
Для вибору висоти теплообмінника треба оцінити F ор, а для цього потрібно задатися К (К < меньш).
До ор = 1000 Вт / м 2;
H = 1400 мм
в) d n · 's = 38х2 [6, стор 415]
г)
д) Розрахунок параметра У
4. Розрахунок коефіцієнта теплопередачі
| № ітерації | До нове | До |
| 1 | 1000 | 1940,997 |
| 2 | 1940,997 | 1860,799 |
| 3 | 1860,799 | 1866,738 |
| 4 | 1866,738 | 1866,293 |
| 5 | 1866,293 | 1866,326 |
| 6 | 1866,326 | 1866,324 |
| 7 | 1866,324 | 1866,324 |
5. Розрахунок поверхні теплообміну
Уточнення підбору по каталогу, за умови, що F катав> F розр; H катав <1,4 м
Вибираємо одноходової теплообмінник типу ТН або ТЛ: F = 239 м 2, H = 1,2 м, × -3 м.
Розрахунок двухкорпусной випарної установки
Вихідні дані:
S o = 12 000 кг / год;a o = 8%;
a 2 = 55%;
t н = 30 ˚ C;
t o = 82 ˚ C;
P гр = 4,5 ата = 4,413 бар;
P вак = 690 мм рт. ст.;
t в '= 20 ˚ C;
E = 300 кг / год.
а) Довідкові дані з [1] та [2]
| a%, мас | 0 | 5 | 10 | 15 | 20 | 25 | 30 | 40 | 60 | 8 | 55 |
| t кип, ˚ С | 100 | 100,5 | 100,9 | 101,2 | 102,1 | 104,1 | 108,2 | 100,7 | 107,0 | ||
| = q | 1 | 0,98 | 0,96 | 0,94 | 0, 92 | 0,9 | 0,88 | 0,84 | 0,76 | 0,968 | 0,78 |
б) Перерахування одиниць
1. Розрахунок кількості випарованої води і розподіл її по корпусах. Розрахунок концентрації a 1
2. Розрахунок температурних депресій і температур кипіння
При концентрації a 1 = 17,3%, t a1 101,4 ˚ С; 1 = t a1 - t ст = 101,6 -100,0 = 1,4 ˚ C
В другому корпусі вважаємо за правилом Бабо.
Абсолютний тиск P II = P атм - P вак = 1,033 - 0,842 = 0,191 атм = 0,188 бар
(P s) ст береться з таблиці насичених парів для температури кипіння розчину при a 2 = 55% (t кип = 107 ˚ С). (P s) ст = 1,294 бар. [3, таблиця 1].
За тиском 0,240 бар шукаємо температуру кипіння розчину у другому корпусі: t кип = 64,08 ˚ C. Визначаємо при тиску 0,188 бар: 58,7 ˚ C [3, таблиця 2].
Поправка Стабнікова не вводиться, оскільки розчинення солі KNO 3 є ендотермічною [4, таблиця XXXVII].
II = t кип - II = 64,0 - 58,7 = 5,3 ˚ C.
3. Сумарна корисна різниця температур
За P гр = 4,5 ата 4,4 бар знаходимо за таблицею насичених парів [3, таблиця 2] знаходимо T 1 = 147,1 ˚ C.
Г (1-2) приблизно від 1 до 3 ˚ C. Приймаються Г (1-2) = 1,7 ˚ C.
Розподіляємо довільно по корпусах:
1 = 40 ˚ C;
2 = 40 ˚ C.
4. Таблиця першого наближення
| Символ | I наближення | |||
| Попередній варіант | Остаточний варіант | |||
| I корпус | II корпус | I корпус | II корпус | |
| T | 147,1 | 104 | 143,9 | |
| | 40 | 40 | ||
| t | 107,1 | 64 | 64 | |
| | 1,4 | 5,3 | 5,3 | |
| | 101,7 | 58,7 | 58,7 | |
| Г | 1,7 | 1,7 | ||
| a% | 17,3 | 55 | 17,3 | 55 |
| P гр | 4,4 | 0,239 | 4,5 | |
| P | 1,29 | 0,188 | 0,188 | |
| h | 2742 | 2616 | 2742 | |
| i | 2713 | 2607 | 2607 | |
- температура вторинної пари = t -
P - тиск усередині корпусу (за таблицею властивостей води і пари на лінії насичення при t)
5. Уточнення значень W i (W 1, W 2)
Складемо тепловий баланс по другому корпусу:Теплоємність вихідного розчину C o = 3,94 кДж / кг × град [1]
Теплоємність конденсату C к = 4,23 кДж / кг × град [5]
Теплоємність розчинника C р = 4,20 кДж / кг × град [5]
Підготовка до розрахунку поверхні теплообміну
А - множник у виразі для коефіцієнта тепловіддачі від конденсирующегося пара до поверхні нагріву;
B - множник у виразі для коефіцієнта тепловіддачі від поверхні нагріву до киплячого розчину.
а) Розрахунок A I і A II.
С = 0,943 [5, стор 149]
A 0I = 13,0 × 10 3, A 0II = 12,2 × 10 3 [5, стор 138]
За довідником знаходимо для F = 82 м 2 висоту випарного апарату H = 3,5 м. [6, стор 416].
б) Розрахунок B Оi і B оII.
| (Бар) | |
| (Бар) |
4,25 ккал / (м · град · год) 4,94 Вт / м × К. = 2 мм = 0,002 м
6. Розрахунок комплексів для розрахункового рівняння
| Корпус | ||||||
| I | 386,3 | 2813 | 1402 | 51562 | 37,22 | 43,54 |
| II | 336,6 | 2341 | 1146 | 153146 | 53,50 | 81,78 |
| | - | 5154 | 2548 | - | 90,72 | 123,61 |
Визначення поверхні теплообміну F
Використовуючи в програмі Microsoft ® Excel 97 функцію пошуку певного результату для осередку з допомогою підбору значення іншої комірки, знаходимо F для
| F, м 2 | F 4 / 3 | F 1 / 3 | ||||
| 66,348 | 268,598 | 19,190 | 38,401 | 4,048 | 22,410 | 80,000 |
Уточнення 1 і 2
F розр = 48,74 м 2; 1 = 54,747 ˚ C
2 = 25,254 ˚ C
1 + 2 = 54,747 + 25,254 = 80,000 ˚ C
нев'язка відсутня.
7. Уточнений кінцевий варіант таблиці
| Символ | II наближення | |||
| Попередній варіант | Остаточний варіант | |||
| I корпус | II корпус | I корпус | II корпус | |
| T | 147,1 | 104 | 147,1 | 103,2 |
| | 40 | 40 | 40,8 | 39,2 |
| t | 107,1 | 64 | 106,3 | 64 |
| | 1,4 | 5,3 | 1,4 | 5,3 |
| | 101,7 | 58,7 | 104,9 | 58,7 |
| Г | 1,7 | 1,7 | 1,7 | 1,7 |
| a% | 17,3 | 55 | 17,3 | 55 |
| Pгр | 4,4 | 0,24 | 4,5 | 1,13 |
| P | 1,29 | 0,188 | 1,2 | 0,188 |
| h | 2742 | 2616 | 2742 | 2659 |
| i | 2713 | 2607 | 2684 | 2607 |
P 11 гр - по T з таблиці
t - температура кипіння розчину. t = T -
- температура вторинної пари = t -
P - тиск усередині корпусу (за таблицею властивостей води і пари на лінії насичення при t)
8. Нова перевірка W i і Q i
а)б)
9. Зіставлення значень Q I і Q II і Q 'I і Q' II
Розбіжність менше 5% знайдені значення теплових навантажень Q 1 = 3462 кВт, Q 2 = 1260 кВт, потоків W 1 = 1,384 кг / с, W 2 = 1,346 кг / с, Q 1 = 3462 кВт, Q 2 = 1260 кВт. , поверхні F = 50 м 2 і параметрів процесу (див. табл.) приймаємо як остаточні.
10. Витрата пари, що гріє в першому корпусі
Розрахунок барометричного конденсатора
Температура конденсації конд = II - Г = 58,7 - 1,7 = 57,0 (˚ C).За конд визначаємо тиск у конденсаторі P конд = 0,173 бар. [3, табл. 1].
1. Витрата води на конденсацію
2. Розрахунок потоку газу, який утворюється в конденсаторі
а) Розрахунок витрати парогазової суміші
G Г = [0,025 · (G в + W 2) + 10 · W 2] × 10 -3 = [0,025 × (22,51 + 1,346) + 10 × 1,346] × 10 -3 = 14,06 × 10 - 3 кг / сб) Розрахунок температури парогазової суміші
в) Парціальний тиск газу
P п = 0,0367 бар. [3, табл. 1].P Г = P конд - P п = 0,173 - 0,0367 = 0,136 бар.
г) Об'ємний потік відсмоктується газу (по ур-у Менделєєва-Клапейрона)
3. Розрахунок барометричної трубки
а) Розрахунок діаметра барометричної трубки по рівнянню Бернуллі
Приймемо швидкість руху рідини по трубі: W 'Б.Т = 0,6 м / с. в з таблиці при t''.
Дивимося по сортаменту труб d б.тр. = 240 мм.
б) Висота барометричної труби (за рівнянням Бернуллі)
Список літератури
1. Буровіч Б.М., Горєлов А.Я., Межерецкій С.М. Довідник теплофізичних властивостей розчинів. Ташкент, 1987.2. Гельперін І.І, Солопенко К.Н. Прямоточна багатокорпусних випарна установка з рівними поверхнями нагріву. Москва, 1975.
3. Рівкін С.Л., Александров А.А. Теплофізичні властивості води і водяної пари. Москва, «Енергія», 1980.
4. Павлов К.Ф., Романків П.Г., Носков А.А. Приклади і задачі за курсом процесів і апаратів хімічної технології. Видавництво «Хімія», 1981.
5. Міхєєв М.А., Міхєєва І.М. Основи теплопередачі. Москва, «Енергія», 1973.
6. Лащинський А.А, Толчинський А.Р. Основи конструювання і розрахунку хімічної апаратури. Москва, 1980.
7. Айнштейн В.Г., Захаров М.К., Носов Г.А. Загальний курс процесів і апаратів хімічної технології (книга 1). Видавництво «Хімія», 1999.
Зміст
"1-3" Умова задачі ........................................... .................................................. ... 1
Схема двухкорпусной випарної установки .............................................. .... 1
Розрахунок підігрівача ................................................ ...................................... 2
Вихідні дані :............................................... ............................................ 2
а) Довідкові дані .............................................. ...................................... 2
б) Перерахування одиниць .............................................. ............................................ 2
1. Кількість переданого тепла від конденсатора до води .................... 2
2. Витрата пари, що гріє ............................................... ............................. 2
3. Підготовка до розрахунку коефіцієнта теплопередачі ............................ 2
4. Розрахунок коефіцієнта теплопередачі ............................................... ...... 3
5. Розрахунок поверхні теплообміну ............................................... ............ 3
Розрахунок двухкорпусной випарної установки .............................................. ...... 3
Вихідні дані :............................................... .............................................. 3
а) Довідкові дані з [1] та [2 ]...................................... .............................. 3
б) Перерахування одиниць .............................................. .............................................. 3
1. Розрахунок кількості випарованої води і розподіл її по корпусах. Розрахунок концентрації a 1 .............................................. ................................................. 4
2. Розрахунок температурних депресій і температур кипіння ...................... 4
3. Сумарна корисна різниця температур ........................................... 4
4. Таблиця першого наближення ............................................... ............... 5
5. Уточнення значень W i (W 1, W 2 )....................................... ...................... 5
6. Підготовка до розрахунку поверхні теплообміну .................................. 6
а) Розрахунок A I і A II .......................................... .................................................. .... 6
б) Розрахунок B Оi і B оII .......................................... .................................................. .. 6
7. Розрахунок комплексів для розрахункового рівняння ....................................... 6
8. Визначення поверхні теплообміну F. ............................................ 7
9. Уточнення 1 і 2 ............................................ ....................................... 7
10. Уточнений кінцевий варіант таблиці ............................................. 7
11. Нова перевірка W i і Q i ........................................... ............................. 7
12. Зіставлення значень Q I і Q II і Q 'I і Q' II ................................... .... 8
13. Витрата пари, що гріє в першому корпусі ........................................... 8
Розрахунок барометричного конденсатора ............................................... ........... 8
1. Витрата води на конденсацію .............................................. ................... 8
2. Розрахунок потоку газу, який утворюється в конденсаторі ...................... 8
а) Розрахунок витрати парогазової суміші ............................................ ................... 8
б) Розрахунок температури парогазової суміші ............................................ .......... 8
в) Парціальний тиск газу ............................................. ............................. 8
г) Об'ємний потік відсмоктується газу (по ур-у Менделєєва-Клапейрона). 8
3. Розрахунок барометричної трубки ............................................... .............. 9
а) Розрахунок діаметра барометричної трубки по рівнянню Бернуллі ......... 9
б) Висота барометричної труби (за рівнянням Бернуллі )....................... 9
Список літератури ................................................ ........................................... 9
Зміст ................................................. .................................................. 10
* Взято з [1], [2] та [3].