Визначення конструктивних параметрів апаратів випарних установок

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

скачати

Зміст
Введення
1. Матеріальний баланс
1.1 Визначення продуктивності по испаряемой волозі
1.2 визначення температури кипіння розчину
2. Тепловий баланс
2.1 Визначення витрати гріючої пари
3. Визначення коефіцієнтів тепловіддачі та теплопередачі
3.1 Орієнтовна площа поверхні теплообміну
3.2 Коефіцієнт тепловіддачі α 1
3.3 Коефіцієнт тепловіддачі α 2
3.4 Коефіцієнт теплопередачі
3.5 Уточнена площа теплообміну
4. Конструктивний розрахунок
4.1 Число труб гріючої камери
4.2 Внутрішній діаметр обичайки гріючої камери
4.3 Діаметр циркуляційної труби
4.4 Обсяг парового простору
4.5 Швидкість витання краплі
4.6 Швидкість пари в паровому просторі
4.7 Висота парового простору
4.8 Швидкість виходу пари з парових труб
4.9 Товщина трубної решітки
4.10 Вибір способу розміщення отворів в трубній решітці
5. Розрахунок допоміжного обладнання
5.1 Розрахунок барометричного конденсатора
5.2 Розрахунок розмірів барометричної труби
5.3 Визначення діаметра штуцерів
5.4 Вибір фланців
5.5 Розрахунок вакуум-насоса
5.6 Вибір кришки і днища апарату
Опис технологічної схеми
Висновок
Список використаної літератури
Додаток

Введення
Випарюванням називається процес концентрування розчинів нелетких речовин, що полягає у частковому видаленні розчинника шляхом випаровування при кипінні.
Випарні установки широко застосовуються для концентрування розчинів у хімічній і харчовій галузі інших галузях народного господарства, для термічного опріснення солоних вод, для постачання підприємства гріючою парою і інших технологічних промислових споживачів гарячими кондансоціоннимі водами.
Випарної апарат повинен удволетворять технологічним і общеконструктівним вимогам, мати оптимальними технічними та техніко-економічними показниками.
До технологічних вимог належать: можливість дотримання необхідного режиму, отримання напівпродукту або продукту необхідної якості і концентрації.
До конструктивних відносяться: простота і компактність апарату, надійність у роботі, технологічність виготовлення, монтажу та ремонту, зручність очищення, можливість зосередження поверхні нагріву в одиниці об'єму.
До оптимальним технічним і техніко-економічних відносяться: висока інтенсивність теплопередачі, мала вага, невисока вартість експлуатації.
При проектуванні та експлуатації випарних установок виникає необхідність вирішення низки наступних завдань:
· Вибір конструкції апаратів схем установок, визначення оптимальних параметрів установок;
· Визначення оптимальних режимів роботи діючий установок, які забезпечують найбільшу продуктивність, якість продукту
Основною метою проектних розрахунків є визначення конструктивних параметрів апаратів випарних установок при вибраних умовах теплового режиму їх роботи.

1. Матеріальний баланс
1.1 Матеріальний баланс випарного апарату може бути складений за всієї кількості речовини:
(1)
Матеріальний баланс по розчиненому розчину:
(2)
Тоді продуктивність по испаряемой вологи визначається за формулою:
(3)
1.2 Визначення температури кипіння розчину
Температура кипіння розчину визначається за формулою:
(4)
Де t ВП = 59,7 ° С, при р = 0,02 МПа [2, табл. 56],
Δ-повна депресія, °
(5)
Де Δ ГС-гідростатична депресія, Δ ГС = 1-2 [5], приймемо 1,5 °
Δ Г = 1 ° - гідродинамічна депресія,
Δ Ф-Х - фізико-хімічна депресія.
(6)


2. Тепловий баланс
Тепловий баланс апарату безперервної дії:
(7)
Де W = 0,336 - продуктивність по испаряемой вологи, кг / с,
G H = 0.556-кількість надходить в апарат розчину, кг / с,
G K = 0.224-кількість виходить з апарату розчину, кг / с,
З н і С до - теплоємність надходить на випаровуванню і упаренного розчину відповідно, С н = С до = 4,18 * 10 3 Дж / ​​(Кл * К) [2],
r ДП = 2208 * 10 Березня Дж/кг- питома теплота конденсації пари, що гріє [2, таб 56],
i ВП = 2607 * 10 Березня Дж/кг- питома ентальпія вторинної пари, [2, таб 56].
2.1 Витрата пари, що гріє

Теплове навантаження гріючої камери, Вт:
(8)
Корисна різниця температур, ° С:
(9)
Де Т = 119,6 ° С-температура пари, що гріє, [2, таб 56].


3. Визначення коефіцієнтів теплопередачі і тепловіддачі
3.1 Орієнтовна площа поверхні теплообміну
(10)
Де q-питома теплова навантаження, Вт / м 2, приймемо q = 30000 Вт / м 2
Q = 821.376 * 10 3 Вт-теплове навантаження гріючої камери.

За ГОСТ 11987-81 приймаємо випарної апарат з наступною характеристикою: поверхня теплообміну F = 25 м 2, довжина труб l = 4 м, діаметр труб D = 38 * 2 мм, матеріал труб сталь Х18Н10Т.
Число труб:
(11)
3.2 Коефіцієнт тепловіддачі
α 1, Вт / м 2 * К
Орієнтовний:
(12)
Де ρ = 943 кг / м 3 - щільність
λ = 68,6 * 10 -2 Вт / м * К-коефіцієнт теплопровідності,
μ = 231 * 10 -6 Па * с - коефіцієнт динамічної в'язкості.
Значення прийняті при t = 119.6 ° C.

Знайдемо значення змоченого периметра П, м:
(13)
Розрахуємо щільність стікання конденсату по зовнішній поверхні труб:
(14)
Знайдемо критерій Re пл для плівки конденсату:
(15)
3.3 Коефіцієнт тепловіддачі α 2
(16)
Де при температурі кипіння: λ = 0,524 Вт / м * К; ρ = 1125,9 кг / м 3;
μ = 0,63 * 10 -3 Па * с, з = 2943,6 Дж / ​​кг * К, σ = 42 * 10 -3 Н / м [2, таб 37]
Властивості водяної пари:
r = 2336 * 10 3 Дж / ​​кг; ρ п = 0,1876 кг / м 3, ρ о = 0,579 кг / м 3 [2, таб 56]

3.4 Коефіцієнт теплопередачі
(17)
Де δ = 0,002 м-товщина стінки, λ-коефіцієнт теплопровідності стали Х18Н10Т, 1 / r з1 = 5000Вт / м 2 * К і 1 / r З2 = 5800 Вт / м 2 * К-теплова провідності забруднень з боку розчину і з боку пара відповідно. [1, с143]

Питома теплове навантаження:
(18)
Звідси, висловлюємо Δt ПОЛ

Задаючи різні значення q розрахуємо Δt ПОЛ методом послідовних наближень і побудуємо графік.
q, Вт / м 2 20 * 10 3 50 * 10 3
Δt ПОЛ, ° С 15,4 35,6
З графіка видно, що для попередньо обчисленого значення
Δt ПОЛ = 55,874 ° С
ідеальна теплове навантаження
q = 42 * 10 3 Вт / м 2.
З формули (18) коефіцієнт теплопередачі дорівнює:

3.5 Необхідна площа поверхні теплообміну
(19)
За ГОСТ 11987-81 вибираємо номінальну поверхню теплообміну F = 25м 2.

4. Конструктивний розрахунок випарного апарату
4.1 Число труб гріючої камери (уточнене):

4.2 Внутрішній діаметр обичайки гріючої камери:
D k = 0,6 м [1]
4.3 Діаметр циркуляційної труби:
D ц = 0,3 м [1]
4.4 Обсяг парового простору:
V c = W / W `(20)

Де W `-допустима напруга парового простору, кг / м 3 * ч:
W `= f 1 * f 2 * W АТМ (21)
Де f 1 = 1,7 при абсолютному тиску 0,02 МПа [1], f 2 = 0,5 при рівні розчину над точкою вводу парорідинних суміші в паровий простір на висоті Н = 0,15 м [1], W АТМ = 2600 кг / м 3 * ч-значення допустимого напруження парового простору.
W `= 1,7 * 0,5 * 2600 = 663 кг / м 3 * год
V c = 0.3336 * 3600/663 = 1.81 м 3
4.5 Швидкість витання краплі:
(22)
Де ξ-коефіцієнт опору, ρ Ж і ρ П-щільність рідини і пара відповідно, кг / м 3 d к - діаметр краплі, м.
d к = 0,0006 м [1]
ρ Ж = 1009,15 кг / м 3 [6]
ρ П = 0,1283 кг / м 3, при р = 0,02 МПа [2]
ξ = 18,5 / Re 0.6 = 18.5/1551.5 0.6 = 0.225 (23)

4.6 Швидкість пари в паровому просторі:
(24)
Де D C = 1-діаметр сепаратора, м
ω П = 0,3336 / (0,1283 * 0,785 * 1 2) = 3,312 м / с
4.7 Висота парового простору:
H = 4V C / (π * D 2 C) = 4 * 1.81/3.14 * 1 2 = 2.31 ​​м (25)
4.8 Швидкість виходу пари з кіпятільних труб
ω тр = W / ρ П * f
де f-сумарна площа перерізу кіпятільних труб, м 2

4.9 Товщина трубної решітки:
(26)
Де d пар = 42-зовнішній діаметр трубки, мм

4.10 Вибір способу розміщення отворів в трубній решітці
Трубна решітка представляє собою диск, у якому висвердлені отвори під трубки, і служить для розділення трубного і міжтрубного просторів. Для діаметра труб 38 мм відповідає крок t = 48 мм . Вибираємо розміщення отворів по вершинах рівностороннього трикутника з кроком 48 мм .


5. асчет допоміжного обладнання
5.1 Розрахунок барометричного конденсатора
Витрата охолоджуючої води G п, кг / с:
G в = W * (i n-c в t конд / с в * (t 2-t 1)), (27)
Де i n = i вп = 2607кДж/кг-ентальпія вторинної пари [2], с в = 4,19 кДж / кг * К-питома теплоємність вторинної пари [2], t 1 = 12 ° С-початкова температура охолоджуючої води, t конд = 59,7 ° С-температура конденсату, t 2 = t конд-5-кінцева температура охолоджуючої води.
G в = 0,3336 * (2607-4,19 * 59,7) * 10 3 / [4,19 * (59,7-5-12)] = 4,43 кг / с
Розрахуємо діаметр конденсатора D бк:
(28)
Де ω n = 15 м/с- швидкість руху пари в конденсаторі [4], ρ п = 0,1283 кг / м 3 - щільність пари.

5.2 Розрахунок розмірів барометричної труби
Діаметр барометричної труби d бт:
(29)
Де ρ = 985,4 кг / м 3 при t 2 = 54,7 ° С [2, таб 37], ω = 0,6 м/с- швидкість води в трубі [1, стор 132]

Висота барометричної труби Н бт, м:
(33)
Де В-вакуум в барометричному конденсаторі, Па,
(34)
Де Р АТМ = 1,013 * 10 5 Па, Р БК = 0,2 * 10 5 Па
В = (1,013-0,2) * 10 5 = 0,813 * 10 5 Па
Σξ-сума місцевих опорів на вході і виході з труби
Σξ = ξ вх + ξ вих (35)
Де ξ вх = 0,5, ξ вих = 1
Σξ = 1 +0,5 = 1,5
λ-теплопровідність, Вт / м * К.
Для визначення теплопровідності розрахуємо критерій Рейнольдса виходячи з даних: ω = 0,6 м / с; d = 0,1 м; ρ = 985,4 кг / м 3; μ = 511,87 * 10 -6 Па * з [2 , таб 37]:
Re = ωdρ / μ = 0.6 * 0.1 * 985.4/511, 87 * 10 -6 = 115506 (36)
За отриманого значення критерію з довідкового матеріалу приймаємо λ = 0,029 Вт / м * К

5.3 Визначення діаметрів штуцерів
Приймемо наступні значення швидкостей руху потоків [1, стор 26]:
· Швидкість руху пари, що гріє ω гп = 20 м / с;
· Швидкість конденсату ω к = 0,5 м / с;
· Швидкість вторинної пари ω ВП = 50 м / с;
· Швидкість надходить розчину ω Р1 = 2 м / с;
· Швидкість упаренного розчину ω Р2 = 0,6 м / с.
Знайдемо значення відповідних щільності:
· Гріючої пари при Р = 0,2 МПа ρ гп = 1,107 кг / м 3 [2, таб 37];
· Конденсату при t = 59,7 ° С ρ конд = 983 кг / м 3 [2, таб 37];
· Вторинної пари ρ вп = 0,1283 кг / м 3 [2, таб 57];
· Надходить розчину при t = 63,726 ° С ρ р1 = 1009,3 кг / м 3;
· Упаренного розчину ρ вп = 1082 кг / м 3 [6, таб 7.1].
Витрати потоків приймаємо з матеріальних і теплових розрахунків:
· Гріючої пари G гп = 0,732 кг / с;
· Вторинної пари G вп = 0,5 кг / с;
· Входить розчину G н = 0,556 кг / с;
· Упаренного розчину G к = 0,2224 кг / с;
· Конденсату G конд = 0,224 кг / с.
Діаметри штуцерів визначаємо за формулами:
(37)
Вхід гріючої пари:

Вхід розчину:

Вихід розчину:

Вихід вторинної пари:

Вихід конденсату:

Приймаються штуцера стандартних значень [4]:
· Вхід гріючої пари d = 0.159 м;
· Вхід розчину d = 0.025 м;
· Вихід розчину d = 0.025 м;
· Вихід вторинної пари d = 0.108 м;
· Вихід конденсату d = 0.038 м.
5.4 Вибір фланців
Фланцеві з'єднання є прочноплотнимі роз'ємними з'єднаннями. З їх допомогою до апарату приєднуються всі можливі днища, кришки і труби. Фланці розрізняють за способом з'єднання з трубою і конструкції, за зовнішньою формою і за формою пріварочной поверхні.
Вибираємо фланці до штуцерів за умовним проходу і умовного тиску за ГОСТ 1235-54 цільні тип 2 [3, таб 20.10].
· Штуцер входу гріючої пари-фланець із зовнішнім діаметром
D = 260 мм ;
· Штуцера входу і виходу розчину - фланець з зовнішнім діаметром
D = 150 мм ;
· Штуцер виходу вторинної пари-фланець із зовнішнім діаметром
D = 205 мм ;
· Штуцер виходу конденсату-фланець із зовнішнім діаметром
D = 70 мм .
5.5 Розрахунок вакуум-насоса
Кількість відсмоктується повітря вакуум-насосом з барометричного конденсатора:
(38)
Продуктивність V, м 3 / с:
(39)
Де
Т віз = 273 + t 1 +4 +0.1 (t 2-t 1) (40)
Т віз = 273 +12 +4 +0.1 * (54.7-12) = 293.27 До
Р віз - парціальний тиск сухого повітря в барометричному конденсаторі, Па
Р віз = Р бк - Р п (41)
Де Р п = 0,24 * 10 4 Па при t = 20,27 ° С [2, таб 56]
Р віз = 0,2 -0,24 * 10 5 * 10 4 = 1,76 * 10 4 Па

Потужність, споживана вакуум - насосом N, Вт:
(42)
Де l-робота, що витрачається при стисканні 1 кг газу в одноступінчаста компресорі, Дж / кг
(43)
Де m = 1,25 - показник політропи стиснення, V = 0.017м 3 / с = 61,2 м 3 / ч-продуктивність, Р 1 = Р пов, Р 2 = 2 * 10 4 Па, η = 0,75 - ККД компресора.

5.6 Вибір кришки і днища апарату
Складовими елементами хімічних апаратів є днища, які, як правило органічно пов'язані з обичайкою апарату і виготовлені з того ж матеріалу. Для даного апарату вибираємо два види днищ:
· Конічне ГОСТ 12621-67 600 * 4-16 ГС [3 таб 16.21];
· Еліптичні ГОСТ 6533-68 1000 * 8-16 ГС [3, таб 16.3].
На відміну від днищ, нероз'ємно з'єднуються з обичайкою, кришки є окремим вузлами або деталями апарату, які закривають корпус.
Вибираємо кришку ГОСТ 11972-661000-1135 [3, таб 23.6]

6. Опис технологічної схеми виробництва згущеного молока
Вихідний розчин молока зі збірки СБ1 відцентровим насосом НЦ1 подається в сепаратор-молокоочістітель, де відділяється від різного роду домішок, потім перекачується в зрівняльну ємність, де в отриманий розчин додається необхідна кількість знежиреного молока або вершків.
Після зрівнювання жирності молоко відцентровим насосом НЦ2 подається в пластинчастий пастеризатор ПП, де молоко проходить додаткову теплову обробку. Після пастеризатора молоко деякий час знаходиться в видержівателе В з якого подається на вакуумний охолоджувач ВО, де молоко охолоджується двома етапами:
1. холодною водою;
2. спеціальним розсолом до більш низьких температур.
Потім молоко подається в випарної апарат АВ. Вакуум в випарної апараті створюється за рахунок конденсації вторинних парів, що надходять в низ апарату, для їх охолодження водою в барометричному конденсаторі КБ та відсмоктування неконденсуючий газів вакуум-насосом НВ. Для виключення попадання в насос крапель води перед ним встановлюється пастка Л. Суміш охолоджуючої води і конденсату виводиться з конденсатора за допомогою барометричної труби з гідрозатворів СВ. Конденсат гріючих парів з апарату і теплообмінника виводиться через конденсатороотводчік і прямує в котельню або на технологічні потреби.
Потім упареною молоко подається на пастеризаційно-охолоджувальний апарат ПЗ, де згущене молоко охолоджується до більш низьких температур. Після цього згущене молоко надходить у гомогенізатор, де розбиваються кульки жиру, утворені в процесі випарювання.
Вже готовий розчин надходить до збірки упаренного розчину звідки безпосередньо йде на упаковку.

Висновок
У процесі виконання курсового проекту на тему: «Розрахунок одноко-рпусного випарного апарату» був проведений розрахунок матеріального і теплового балансу, конструктивний розрахунок, в результаті якого був підібраний апарат з площею теплообміну 25 м 2 , З виносної гріючої камерою. Для цього апарата було розраховано і підібрано допоміжне устаткування: барометричний конденсатор і вакуум-насос потужністю 0,51 кВт.

Список використаної літератури
1. Іоффе І.Л. «Проектування процесів і апаратів хімічної технології» Л.: Хімія ,1991-352с.
2. Павлов К.Ф. «Приклади і задачі за курсом процесів і апаратів хімічної технології»: Навчальний посібник для студентів хіміко-технологічних спеціалізованих ВНЗ / К.Ф. Павлов, П.Г. Романків, А.А. Носков Під ред П.Г. Романкове 10-е вид., Перероблене і доповнене, Л.: Хімія, 1987-526с.
3. Лащинський А.А. «Основи конструювання та розрахунків хімічної апаратури»: Довідник / А.А. Лащинський, А.Р. Толчинський-2-е вид., Перероблене і доповнене; Під ред М.М. Логінова; Л.: Машинобудування, 1970-753с.
4. Дитнерскій Ю.І. «Основні процеси та апарати хімічної технології» / Ю.І. Дитнерскій, Г.С. Борисов; Під ред Ю.І. Дитнерского.-2-е вид., Перераб. і доп.-М.: Хімія ,1991-496с.
5. Баранцев Д.А. «Процеси та апарати хімічної технології» / Д.А. Баранцев, А.В. Вязьмін и др. - М.: Логос ,2000-478с.
6. Чубик І.А. «Довідник з теплофізичних характеристик харчових продуктів і напівфабрикатів» / І.А. Чубик, А.М. Маслов .- 2-е вид. доп .- М.: харч пром-ть ,1970-184с.
Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Виробництво і технології | Курсова
45.3кб. | скачати


Схожі роботи:
Оцінка розрахунок і вибір конструктивних параметрів двигуна
Розрахунок технологічних теплотехнічних і конструктивних параметрів машин безперервного лиття заготовок
Визначення параметрів тягової підстанції
Визначення параметрів косинусного випромінювача
Визначення параметрів основних типових з`єднань
Визначення енергетичних параметрів газотурбінної установки
Визначення основних параметрів автомобіля ЗІЛ-131
Визначення параметрів транспортного потоку на регульованому перехресті
Визначення енергосилових параметрів процесу опади смуги нескінченної довжини
© Усі права захищені
написати до нас