Курсова робота
«Розрахунок випарної установки»
Завдання
Спроектувати трьохкорпусне випарну установку для упарювання 18 т / год розчину NH 4 NO 3 від початкової концентрації 18% до концентрації 48%. Тиск пари, що гріє 6,2 ат. Температура охолоджуючої води 10 0 С, тиск у конденсаторі 0,2 ат. Розчин надходить у перший корпус підігрітим до температури кипіння. Випарні апарати прийняти з виносної камерою. Конденсатор змішувального типу з барометричною трубою.
Випарні установки
Випарювання представляє собою термічний процес кипіння розчину з виділенням пар розчинників в практично чистому вигляді (якщо не зважати на винесенням рідини); при цьому розчинне нелетку речовина (тверде тіло, наприклад, сіль, або в'язка рідина, наприклад вазелін) залишається в концентрованому вигляді в апараті . Отримані при випаровуванні пари віддаляються в атмосферу або в конденсуючі пристрій.
Перетворюватися в пару розчинник може при кипінні рідини або при поверхневому випаровуванні її. У випарних апаратах застосовується більш інтенсивний з цих способів перетворення розчинника в пар, а саме кипіння. вперше випарювання отримало промислове застосування у виробництві цукру, а в подальшому - у хімічній промисловості. При концентруванні розчинів вода іноді видаляється до 90% первинної ваги.
Припустимо, що є два відкритих судини, що обігріваються паром через парові сорочки. У першому посудині знаходиться чиста вода, а в другому - 70%-ний розчин селітри NH 4 NO 3. Нехай тиск гріючої пари складає 3,92. 10 5 Па (4 кгс / см 2). Вода закипить при температурі 100 о С; розчин при тому ж тиску закипить тільки при температурі 120 о С. Однак утворюються з цього розчину водяні пари будуть мати температур ту ж, що й у випадку кипіння чистої води, тобто близько 100 о С.
Зниження температури утворюються з розчину водяної пари в порівнянні з температурою кипіння розчину називають фізико-хімічної температурної депресією. Позначивши її через Δ t, можемо написати:
де t р - температура кипіння розчину, о С; υ - температура утворюються пари води, про С.
Фізико-хімічна температурна депресія різна для різних розчинів. Вона більше в розчинів речовин з малим молекулярною вагою. Для розчину одного і того ж речовини фізико-хімічна температурна депресія збільшується з підвищенням його концентрації.
Під концентрацією розчину розуміють відношення маси сухої речовини в розчині до загальної маси розчину у відсотках
де b - масова концентрація розчину,%; W - кількість розчинника або води в розчині, кг; G сухий - кількість розчиненої або сухої речовини в розчині, кг.
Класифікація випарних апаратів і установок
За принципом роботи випарні установки розділяються на періодично і безперервно діючі. В періодично діючих установках рідина подається в апарат, випаровується до необхідної концентрації більш високій, потім упареною розчин видаляється з апарату. Спорожнений апарат знову наповнюється неконцентрованих розчином. Періодичне випарювання застосовується при невеликій продуктивності установки або коли згущена рідина не піддається відкачці насосом або в тих випадках, коли потрібно випарувати весь розчинник. В апаратах безперервної дії неконцентрований (слабкий) розчин безперервно відводиться з нього. У порівнянні з апаратами періодично діючими апарати безперервної дії більш економічні у тепловому відношенні, тому що в них відсутні втрати, пов'язані з витратою тепла на періодичний розігрів апарату.
У більшості випадків апарати безперервної дії компонуються в так звані багатокорпусні випарні установки, в яких упарюємо розчин послідовно проходить через ряд окремих апаратів. У кожному наступному апараті встановлюється велика концентрація розчину, ніж у попередньому.
За тиском всередині апарату розрізняють випарні апарати, що працюють при надмірному і атмосферному тиску і вакуумі.
Вакуум застосовується в наступних випадках: а) коли розчин під впливом високої температури розкладається, змінюється колір, запах (наприклад, цукор, молоко), б) коли розчин при атмосферному тиску має високу температуру кипіння, тобто володіє великою фізико-хімічної температурної депресією, і вимагає високих параметрів гріючої пари (наприклад, розчин аміачної селітри, їдкого калію тощо); в) коли гріючий теплоносій має низьку температуру і, отже, потрібно знижувати температуру кипіння розчину; г) для збільшення наявного температурного перепаду в багатокорпусному установці.
Конструкції найбільш поширених випарних апаратів
1. Апарати з паровим обігрівом. Найбільшого поширення набули вертикальні випарні апарати з трубчастої поверхнею нагріву, які добре компонуються і займають меншу площу.
У всіх конструкціях для полегшення очищення поверхні нагрівання від накипформування пара поступає в міжтрубний простір, а розчин підігрівається і кипить в трубках.
Випарні апарати з паровим обігрівом можна розбити на три групи: з природною циркуляцією розчину, з примусовою циркуляцією розчину і плівкові апарати.
Апарати з природною циркуляцією розчину. Рушійною силою природної циркуляції розчину є різниця ваг стовпа рідини в опускних трубах і парорідинних емульсії в підйомних за рахунок різниці густин ρ ж і ρ е..
Тепловий розрахунок
1. Виробляємо тепловий розрахунок у першому наближенні.
Кількість води, випарювали всій установкою:
де G о - кількість вихідного розчину, кг / год; b о - початкова концентрація,%; b к - кінцева концентрація розчину,%.
На 1 кг початкового розчину випарити
Кількість води, випарювали по корпусах, попередньо приймаємо однаковим; W = idem
Концентрація розчину на виході i-го ступеня:
2. Приймемо в першому наближенні однакові перепади тисків по корпусах і знайдемо тиску в корпусах
Тиск вторинної пари по корпусам:
3. Повна різницю температур для всієї установки
де t I Г - температура гріючої пари в 1-му корпусі при заданому тиску. Знаходиться по р. р1 на лінії насичення;
Втрати загальної різниці температур визначаємо як суму депресійних фізико-хімічних втрат, втрат від гідростатичного ефекту і гідравлічних втрат у трубопроводах.
Втрати температур в установці:
де Δ j i - втрати температурного напору по щаблях.
а) ΣΔ 1 - втрати загальної різниці температур за рахунок фізико-хімічної депресії. Для i-го ступеня:
де Т - температура кипіння води при даному тиску, К; r - теплота пароутворення при даному тиску, кДж / кг; Δ i 1Н - нормальна температурна депресія (при нормальному тиску 760 мм рт. ст.); визначається за таблицями 2.22, 2.24 │ 7 │, визначена експериментально і затабулірована для різних речовин.
Або Δ 1 i визначається за спрощеною формулою Тищенко
де К = f (t) - поправочний коефіцієнт, приймається за табл. 2.2.
Загальні депресійні фізико-хімічні втрати визначаються за формулою:
б) ΣΔ 2 - втрати від гідростатичного ефекту; залежать від висоти рівня розчину, щільності ρ парорідинних емульсії і швидкості циркуляції.
Для i-го ступеня:
де t к.с.в-температура кипіння води при тиску
Тиск розчину в середині гріючих труб більше, ніж тиск пари на величину ρ е. gh.
Визначаємо гідростатичний тиск розчину в середини гріючих труб Δр г:
де
Тиск вторинної пари по корпусам було визначено вище.
Тиск розчинів у середини гріючих труб:
Загальні втрати за рахунок гідростатичного ефекту:
в) Гідравлічна температурна депресія пов'язана з втратами тиску при русі пара по трубопроводах. У випарних установках гідравлічні втрати при проходженні пара з парового простору попереднього корпусу в греющую камеру подальшого складають 1,0-1,5 о С.
Приймаємо:
λ = 0,03; l = 15 м; W = 20 м / с; ρ = 2,2 кг / м 3; d = 0,3 м. З цього Δр дорівнюватиме приблизно 1 кПа, що відповідає втрат в 0, 1-0,2 0 С, але з досвіду попередніх розрахунків приймаємо:
Загальні гідравлічні втрати:
4. Корисна різниця температур для всієї установки:
Будемо проектувати установку виходячи з рівності поверхонь нагріву сходами установки, тоді сумарна корисна різниця температур повинна бути розподілена по щаблях пропорційно відносинам теплових навантажень до коефіцієнтів теплопередачі.
З практичних даних експлуатації установок відомо:
До I: До II: До III = 1: 0,7: 0,4
Приймемо при цьому, що кількість тепла, що передається через греющую поверхня буде рівним для всіх корпусів: Q I = Q II = Q III.
Тоді корисна різниця температур i-го ступеня:
При наших припущеннях маємо:
Перевірити (округлити), щоб
5. Температура кипіння розчину у середини гріючих труб і у верхнього рівня в 1-му ступені:
Температура вторинної пари в 1-му ступені:
Температура пари, що гріє в 2-му ступені:
Температура кипіння розчину у середини гріючих труб і у верхнього рівня у 2-му ступені:
Температура вторинної пари у 2-му ступені:
Температура пари, що гріє в 3-ій ступені:
Температура кипіння розчину у середини гріючих труб і у верхнього рівня в 3-ій ступені:
Температура вторинної пари в 3-ій ступені:
Температура пари в конденсаторі:
Корисні перепади температур
10-15 о С при
18-24 о С при 2. 10 -6 <
де
За температур парів знаходимо в таблицях М.П. Вукаловіча тиску та ентальпії парів і конденсату, а за концентраціями розчинів визначаємо теплоємності та інтегральні теплоти розчинення (беремо з графіків), отримані дані зводимо в таблицю.
6. Питома витрата пари на випарювання 1 кг розчину без обліку теплоти дегідратації і рівність = 1 коефіцієнта самоіспаренія у всіх корпусах
β 1 = 0, якщо розчин вводять в 1-шу сходинку з температурою кипіння.
Витрата пари на 1, 2 і 3 ступені, кг / с:
Витрати пари можна підрахувати і наступним чином. Розрахунок починаємо з 3-ї ступені.
де k зап = 1,03 - коефіцієнт, що враховує втрати тепла апаратом у навколишнє середовище; з н i, з кi - теплоємності розчину при початковій і кінцевій концентрації розчину в ступені апарату (за складеною нами таблиці); Δq R i - різниця інтегральних теплот розчинення речовини між існуючою і попередньої концентраціями розчинів.
7. Кількість теплоти, що передається через поверхню нагріву i-го корпусу
8. Коефіцієнт теплопередачі від конденсирующегося пара до киплячого розчину
Перевірка: q 3 = Δt п 3 * k 3 = 28,533 * 1041,2 = 29708
Перевірка: q 2 = Δt п2 * k 2 = 16,304 * 1408,1 = 22958
Перевірка: q 1 = Δt п1 * k 1 = 11,413 * 1743,5 = 19898
9. Орієнтовні значення поверхні нагрівання i-го корпусу:
Якщо F i далекі один від одного, або W 1 ≠ D 2, а W 2 ≠ D 3, то зробити перерахунок.
Зробимо перерахунок кількості води, випарювали за ступенями:
в 1-му ступені:
«Розрахунок випарної установки»
Завдання
Спроектувати трьохкорпусне випарну установку для упарювання 18 т / год розчину NH 4 NO 3 від початкової концентрації 18% до концентрації 48%. Тиск пари, що гріє 6,2 ат. Температура охолоджуючої води 10 0 С, тиск у конденсаторі 0,2 ат. Розчин надходить у перший корпус підігрітим до температури кипіння. Випарні апарати прийняти з виносної камерою. Конденсатор змішувального типу з барометричною трубою.
Випарні установки
Випарювання представляє собою термічний процес кипіння розчину з виділенням пар розчинників в практично чистому вигляді (якщо не зважати на винесенням рідини); при цьому розчинне нелетку речовина (тверде тіло, наприклад, сіль, або в'язка рідина, наприклад вазелін) залишається в концентрованому вигляді в апараті . Отримані при випаровуванні пари віддаляються в атмосферу або в конденсуючі пристрій.
Перетворюватися в пару розчинник може при кипінні рідини або при поверхневому випаровуванні її. У випарних апаратах застосовується більш інтенсивний з цих способів перетворення розчинника в пар, а саме кипіння. вперше випарювання отримало промислове застосування у виробництві цукру, а в подальшому - у хімічній промисловості. При концентруванні розчинів вода іноді видаляється до 90% первинної ваги.
Припустимо, що є два відкритих судини, що обігріваються паром через парові сорочки. У першому посудині знаходиться чиста вода, а в другому - 70%-ний розчин селітри NH 4 NO 3. Нехай тиск гріючої пари складає 3,92. 10 5 Па (4 кгс / см 2). Вода закипить при температурі 100 о С; розчин при тому ж тиску закипить тільки при температурі 120 о С. Однак утворюються з цього розчину водяні пари будуть мати температур ту ж, що й у випадку кипіння чистої води, тобто близько 100 о С.
Зниження температури утворюються з розчину водяної пари в порівнянні з температурою кипіння розчину називають фізико-хімічної температурної депресією. Позначивши її через Δ t, можемо написати:
де t р - температура кипіння розчину, о С; υ - температура утворюються пари води, про С.
Фізико-хімічна температурна депресія різна для різних розчинів. Вона більше в розчинів речовин з малим молекулярною вагою. Для розчину одного і того ж речовини фізико-хімічна температурна депресія збільшується з підвищенням його концентрації.
Під концентрацією розчину розуміють відношення маси сухої речовини в розчині до загальної маси розчину у відсотках
де b - масова концентрація розчину,%; W - кількість розчинника або води в розчині, кг; G сухий - кількість розчиненої або сухої речовини в розчині, кг.
Класифікація випарних апаратів і установок
За принципом роботи випарні установки розділяються на періодично і безперервно діючі. В періодично діючих установках рідина подається в апарат, випаровується до необхідної концентрації більш високій, потім упареною розчин видаляється з апарату. Спорожнений апарат знову наповнюється неконцентрованих розчином. Періодичне випарювання застосовується при невеликій продуктивності установки або коли згущена рідина не піддається відкачці насосом або в тих випадках, коли потрібно випарувати весь розчинник. В апаратах безперервної дії неконцентрований (слабкий) розчин безперервно відводиться з нього. У порівнянні з апаратами періодично діючими апарати безперервної дії більш економічні у тепловому відношенні, тому що в них відсутні втрати, пов'язані з витратою тепла на періодичний розігрів апарату.
У більшості випадків апарати безперервної дії компонуються в так звані багатокорпусні випарні установки, в яких упарюємо розчин послідовно проходить через ряд окремих апаратів. У кожному наступному апараті встановлюється велика концентрація розчину, ніж у попередньому.
За тиском всередині апарату розрізняють випарні апарати, що працюють при надмірному і атмосферному тиску і вакуумі.
Вакуум застосовується в наступних випадках: а) коли розчин під впливом високої температури розкладається, змінюється колір, запах (наприклад, цукор, молоко), б) коли розчин при атмосферному тиску має високу температуру кипіння, тобто володіє великою фізико-хімічної температурної депресією, і вимагає високих параметрів гріючої пари (наприклад, розчин аміачної селітри, їдкого калію тощо); в) коли гріючий теплоносій має низьку температуру і, отже, потрібно знижувати температуру кипіння розчину; г) для збільшення наявного температурного перепаду в багатокорпусному установці.
Конструкції найбільш поширених випарних апаратів
1. Апарати з паровим обігрівом. Найбільшого поширення набули вертикальні випарні апарати з трубчастої поверхнею нагріву, які добре компонуються і займають меншу площу.
У всіх конструкціях для полегшення очищення поверхні нагрівання від накипформування пара поступає в міжтрубний простір, а розчин підігрівається і кипить в трубках.
Випарні апарати з паровим обігрівом можна розбити на три групи: з природною циркуляцією розчину, з примусовою циркуляцією розчину і плівкові апарати.
Апарати з природною циркуляцією розчину. Рушійною силою природної циркуляції розчину є різниця ваг стовпа рідини в опускних трубах і парорідинних емульсії в підйомних за рахунок різниці густин ρ ж і ρ е..
Тепловий розрахунок
1. Виробляємо тепловий розрахунок у першому наближенні.
Кількість води, випарювали всій установкою:
де G о - кількість вихідного розчину, кг / год; b о - початкова концентрація,%; b к - кінцева концентрація розчину,%.
На 1 кг початкового розчину випарити
Кількість води, випарювали по корпусах, попередньо приймаємо однаковим; W = idem
Концентрація розчину на виході i-го ступеня:
2. Приймемо в першому наближенні однакові перепади тисків по корпусах і знайдемо тиску в корпусах
Тиск вторинної пари по корпусам:
3. Повна різницю температур для всієї установки
де t I Г - температура гріючої пари в 1-му корпусі при заданому тиску. Знаходиться по р. р1 на лінії насичення;
Втрати загальної різниці температур визначаємо як суму депресійних фізико-хімічних втрат, втрат від гідростатичного ефекту і гідравлічних втрат у трубопроводах.
Втрати температур в установці:
де Δ j i - втрати температурного напору по щаблях.
а) ΣΔ 1 - втрати загальної різниці температур за рахунок фізико-хімічної депресії. Для i-го ступеня:
де Т - температура кипіння води при даному тиску, К; r - теплота пароутворення при даному тиску, кДж / кг; Δ i 1Н - нормальна температурна депресія (при нормальному тиску 760 мм рт. ст.); визначається за таблицями 2.22, 2.24 │ 7 │, визначена експериментально і затабулірована для різних речовин.
Або Δ 1 i визначається за спрощеною формулою Тищенко
де К = f (t) - поправочний коефіцієнт, приймається за табл. 2.2.
Загальні депресійні фізико-хімічні втрати визначаються за формулою:
б) ΣΔ 2 - втрати від гідростатичного ефекту; залежать від висоти рівня розчину, щільності ρ парорідинних емульсії і швидкості циркуляції.
Для i-го ступеня:
де t к.с.в-температура кипіння води при тиску
Тиск розчину в середині гріючих труб більше, ніж тиск пари на величину ρ е. gh.
Визначаємо гідростатичний тиск розчину в середини гріючих труб Δр г:
де
Тиск вторинної пари по корпусам було визначено вище.
Тиск розчинів у середини гріючих труб:
Загальні втрати за рахунок гідростатичного ефекту:
в) Гідравлічна температурна депресія пов'язана з втратами тиску при русі пара по трубопроводах. У випарних установках гідравлічні втрати при проходженні пара з парового простору попереднього корпусу в греющую камеру подальшого складають 1,0-1,5 о С.
Приймаємо:
λ = 0,03; l = 15 м; W = 20 м / с; ρ = 2,2 кг / м 3; d = 0,3 м. З цього Δр дорівнюватиме приблизно 1 кПа, що відповідає втрат в 0, 1-0,2 0 С, але з досвіду попередніх розрахунків приймаємо:
Загальні гідравлічні втрати:
4. Корисна різниця температур для всієї установки:
Будемо проектувати установку виходячи з рівності поверхонь нагріву сходами установки, тоді сумарна корисна різниця температур повинна бути розподілена по щаблях пропорційно відносинам теплових навантажень до коефіцієнтів теплопередачі.
З практичних даних експлуатації установок відомо:
До I: До II: До III = 1: 0,7: 0,4
Приймемо при цьому, що кількість тепла, що передається через греющую поверхня буде рівним для всіх корпусів: Q I = Q II = Q III.
Тоді корисна різниця температур i-го ступеня:
При наших припущеннях маємо:
Перевірити (округлити), щоб
5. Температура кипіння розчину у середини гріючих труб і у верхнього рівня в 1-му ступені:
Температура вторинної пари в 1-му ступені:
Температура пари, що гріє в 2-му ступені:
Температура кипіння розчину у середини гріючих труб і у верхнього рівня у 2-му ступені:
Температура вторинної пари у 2-му ступені:
Температура пари, що гріє в 3-ій ступені:
Температура кипіння розчину у середини гріючих труб і у верхнього рівня в 3-ій ступені:
Температура вторинної пари в 3-ій ступені:
Температура пари в конденсаторі:
Корисні перепади температур
10-15 о С при
18-24 о С при 2. 10 -6 <
де
За температур парів знаходимо в таблицях М.П. Вукаловіча тиску та ентальпії парів і конденсату, а за концентраціями розчинів визначаємо теплоємності та інтегральні теплоти розчинення (беремо з графіків), отримані дані зводимо в таблицю.
| Найменування параметрів | Позначення | Корпус (ступінь) | ||
| I | II | III | ||
| Концентрація, вх / вих,% | b | 18/22, 7 | 22,7 / 30,9 | 30,9 / 48 |
| Корисна різниця температур, о С | Δt п | 11,413 | 16,304 | 28,533 |
| Температура пари, що гріє, о С | t н, | 159,61 | 142,117 | 116,093 |
| Температура кипіння розчину у середини гріючих труб | t кс | 148,197 | 125,813 | 87,56 |
| Температура кипіння розчину у верхнього краю труб, о С | t до | 145,777 | 121,723 | 66,09 |
| Гідростатичні втрати, о С | Δ 2 | 2,42 | 4,09 | 21,47 |
| Фізико-хімічна дисперсія, о С | Δ 1 | 2,66 | 4,63 | 5,29 |
| Гідравлічні втрати у трубопроводах, о С | Δ 3 | 1 | 1 | 1 |
| Температура вторинної пари, о С | 143,117 | 117,093 | 60,8 | |
| Тиск пари, що гріє, атм | р Г | 6,2 | 3,89 | 1,77 |
| Ентальпія пари, що гріє, ккал / кг | h Г | 658,59 | 653,67 | 645,13 |
| Ентальпія конденсату, ккал / кг | h до | 160,93 | 142,89 | 116,38 |
| Тиск вторинної пари, атм | р вт | 4 | 1,83 | 0,21 |
| Ентальпія вторинної пари, ккал / кг | h вт | 653,97 | 645,48 | 623,62 |
| Теплоємність розчину, вх / вих, кДж / кг * град | з i | 3,6 / 3,4 | 3,4 / 3,1 | 3,1 / 2 |
| Інтегральна теплота розчинення, кДж / кг | q Rн / q Rк | -100/-120 | -120/-180 | -180/-215 |
| Δq R = q Rн-q Rк | 20 | 60 | 35 | |
β 1 = 0, якщо розчин вводять в 1-шу сходинку з температурою кипіння.
Витрата пари на 1, 2 і 3 ступені, кг / с:
Витрати пари можна підрахувати і наступним чином. Розрахунок починаємо з 3-ї ступені.
де k зап = 1,03 - коефіцієнт, що враховує втрати тепла апаратом у навколишнє середовище; з н i, з кi - теплоємності розчину при початковій і кінцевій концентрації розчину в ступені апарату (за складеною нами таблиці); Δq R i - різниця інтегральних теплот розчинення речовини між існуючою і попередньої концентраціями розчинів.
7. Кількість теплоти, що передається через поверхню нагріву i-го корпусу
8. Коефіцієнт теплопередачі від конденсирующегося пара до киплячого розчину
Перевірка: q 3 = Δt п 3 * k 3 = 28,533 * 1041,2 = 29708
Перевірка: q 2 = Δt п2 * k 2 = 16,304 * 1408,1 = 22958
Перевірка: q 1 = Δt п1 * k 1 = 11,413 * 1743,5 = 19898
9. Орієнтовні значення поверхні нагрівання i-го корпусу:
Якщо F i далекі один від одного, або W 1 ≠ D 2, а W 2 ≠ D 3, то зробити перерахунок.
Зробимо перерахунок кількості води, випарювали за ступенями:
в 1-му ступені:
у 2-му ступені:
в 3-му ступені:
Для отримання більш точного значення поверхонь нагріву зробимо розрахунок у другому наближенні.
Концентрації розчинів:
в 1-му корпусі
Загальна різниця температур знаходиться за тією ж формулою, що і в першому наближенні.
Гідростатичні тиску розчинів у середини гріючих труб:
Щільності ρ i взяті при нових концентраціях розчинів по корпусах.
Тиску вторинних парів по корпусах будуть ті ж, що в першому наближенні.
Тиску розчинів у середини гріючих труб перераховуються за відомою формулою:
Далі все перераховуємо за вже відомим формулами, але підставляючи нові значення, отримані при перерахунку.
Всі отримані дані зводимо в таблицю, як і при розрахунку в першому наближенні
| Найменування параметрів | Позначення | Корпус (ступінь) | ||
| I | II | III | ||
| Концентрація, вх / вих,% | b | 18/22, 6 | 22,6 / 30,2 | 30,2 / 48 |
| Корисна різниця температур, о С | Δt п | 13,306 | 17,515 | 24,399 |
| Температура пари, що гріє, о С | t н, | 159,61 | 140,134 | 112,489 |
| Температура кипіння розчину у середини гріючих труб | t кс | 146,304 | 122,619 | 88,09 |
| Температура кипіння розчину у верхнього краю труб, о С | t до | 143,764 | 117,949 | 66,13 |
| Гідростатичні втрати, о С | Δ 2 | 2,54 | 4,67 | 21,96 |
| Фізико-хімічна дисперсія, о С | Δ 1 | 2,63 | 4,46 | 5,33 |
| Гідравлічні втрати у трубопроводах, о С | Δ 3 | 1 | 1 | 1 |
| Температура вторинної пари, о С | 141,134 | 113,489 | 60,8 | |
| Тиск пари, що гріє, атм | р Г | 6,2 | 3,68 | 1,58 |
| Ентальпія пари, що гріє, ккал / кг | h Г | 658,59 | 653,07 | 643,85 |
| Ентальпія конденсату, ккал / кг | h до | 160,93 | 140,86 | 112,73 |
| Тиск вторинної пари, атм | р вт | 3,78 | 1,63 | 0,21 |
| Ентальпія вторинної пари, ккал / кг | h вт | 653,38 | 644,21 | 623,62 |
| Теплоємність розчину, вх / вих, кДж / кг * град | з i | 3,6 / 3,4 | 3,4 / 3,1 | 3,1 / 2 |
| Інтегральна теплота розчинення, кДж / кг | q Rн / q Rк | -100/-120 | -120/-180 | -180/-215 |
| Δq R = q Rн-q Rк | 20 | 60 | 35 | |
Кількість теплоти, що передається через поверхню нагріву i-го корпусу
Коефіцієнт теплопередачі від конденсирующегося пара до киплячого розчину
Перевірка: q 3 = Δt П3 * k 3 = 24,399 * 1040,64 = 25222
Перевірка: q 2 = Δt п2 * k 2 = 17,515 * 1408,36 = 24667
Перевірка: q 1 = Δt п1 * k 1 = 13,306 * 1730,81 = 22490
Середня поверхню нагріву:
Проектування апарату
За табл. 2.16 | 7 | приймаємо поверхню нагріву F = 80 м 2; діаметр корпусу апарату D вн = 0,8 м. Кількість труб в гріючої камері:
де Н тр - довжина (висота) трубки, м. Н тр = 3 м - підвісна камера; Н тр = 4 м - з виносним сепаратором; d ср - середній діаметр трубок, d = 38 ÷ 50 мм.
Зробимо розрахунок штуцерів випарного апарату. Діаметр штуцера визначимо за формулою
де
Швидкість пара прийняти 20 м / сек.
Розрахунки зводимо в табл.
Таблиця розрахунків штуцерів випарної установки
| Найменування штуцера | Витрата пари, кг / год | Тиск пари, ат | Щільність, кг / м 3 | Секундний витрата, м 3 / с | Швидкість пара, м / с | Діаметр, мм | |
| розрахунковий | прийнятий | ||||||
| Вхід пари, що гріє | 3521 | 6,2 | 3,24 | 0,302 | 20 | 138 | 150 |
| Вихід вторинної пари ... ... ... .... | 3685,9 | 4,47 | 2,21 | 0,46 | 20 | 169 | 170 |
| Вхід розчину | 18000 | 1076 | 0,005 | 1 | 76 | 80 | |
| Вихід упаренного розчину ... ... .... | 6750 | 1218 | 0,0015 | 0,5 | 62 | 70 | |
Розрахунок барометричного конденсатора
Визначаємо кінцеву температуру охолоджуючої води при тиску в конденсаторі
Температура виходить охолоджуючої води менше t п на δ = 1 - 3 0 С; внаслідок недосконалості теплопередачі приймаємо δ = 3 0 С, тоді
t »2 = t п - δ = 59,8 - 3 = 56,8 º C.
Кратність охолодження становить
m = W / D = (i - t »2) / (t» 2 - t '2) = (623,62 - 56,8) / (56,8 -10) = 12,112 кг / кг
Часовий витрата охолоджуючої води при кількості конденсованого пара після 3-го корпусу становить:
W = Dm = 3691,47 ∙ 12,112 = 44709,4 кг / год
Діаметр конденсатора при швидкості в конденсаторі ω, що дорівнює 15 м / сек:
d к = 0,0188 ∙ √ (D ∙ u п / ω) = 0,0188 ∙ √ (3691,47 ∙ 7,749 / 15) = 0,79 м
Приймаються d к = 800 мм.
Згідно табл. 2-20 барометричний конденсатор має такі розміри: висота конденсатора H = 5088 мм, ширина полиці b = 500 мм і висота борту дорівнює 40 мм. Число полиць - 6.
Діаметр барометричної труби визначаємо з розрахунку на пропуск суміші води і конденсату. З рівняння
W + D = (πd 2 / 4) ∙ ω,
вважаючи ω = 1 м / сек, отримуємо:
Приймаються d = 150 м.
Висота водяного стовпа, відповідна заданому вакууму,
H 1 = 10,33 ∙ B/760 = 10,33 ∙ 560/760 = 7,6 м
Приймаються попередньо повну висоту трубок H = 9 м
Число Рейнольдса для трубок при коефіцієнті кінематичної в'язкості води при температурі 59,8 º C, рівному ν = 0,517 м 2 / с
Re = ω ∙ d / ν = 1 ∙ 0,15 ∙ 10 6 / 0,517 = 232 108,3
Коефіцієнт тертя для гладких труб при значеннях Re = 10 5 - 10 3 визначається за формулою Нікурадзе
λ = 0,0032 + 0,221 / (Re 0.237) = 0.0032 +0,221 / (232108,3) 0,237 = 0,015
Втрата напору на тертя і місцеві опори в барометричної трубі
H 2 =
де d і l - діаметр і довжина барометричної труби; 2,5 - коефіцієнт, що враховує втрати на місцеві опори.
Повна висота труби
H = H 1 + H 2 + H 3 = 7,6 +0,18 +0,5 = 8,28 м
де H 3 = 0,5 м - поправка, що враховує можливі коливання вакууму в конденсаторі або рівня води у водоприймач.
Приймаються висоту труби Н = 9 м
Визначення продуктивності вакуум-насоса:
G В = (0,25 * (D + W) +100 D) / 10000 = 34,4 кг / год
t В = 10 +4 +0,1 (59,8-10) = 18,98 0 З
р К = 0,2 * 100000 = 2000 мм вд. ст.
р П = 200 мм вд. ст.
р В = 2000-200 = 1800 мм вд. ст.
V В = (29,27 * G В * (273 + t В)) / р В = 163,4 м 3 / год = 2,7 м 3 / хв
Приймаються ротаційний водокільцеві вакуум-насос РМК-3 продуктивністю 5 м 3 / хв.
Проведемо розрахунок випарного апарату на міцність.
Товщина стінок циліндричної обичайки гріючої камери:
Приймаються S = 10 мм
σ доп = 1340 * 0,9 = 1206 кгс / см 2 == 118 МПа
Товщина стінок циліндричної обичайки сепаратора:
Приймаються S = 10 мм
Товщина верхньої кришки сепаратора:
Приймаються S = 10 мм
Товщина кришки корпусу:
Приймаються S = 10 мм
Товщина днища сепаратора:
H екв = 3,79 / 0,001071 = 3725,5 см = 3,7 м
h = 1000 мм = 100 см
Н заг = Н екв + h = 3826 см ст. рідини
Приймаються S = 10 мм
Перевірка необхідності кріплення вирізів під патрубки:
Максимально допустимий діаметр неукріпленого отвори в гріючої камері:
Виріз в гріючої камері діаметром d = 400 мм треба укріпити.
Максимально допустимий діаметр неукріпленого отвори в сепараторі:
Площа зміцнення вирізу для патрубка d = 400 мм кільцем товщиною δ = 12 мм:
F укр = δ * d + S * d +2 * a 2 = 12 * 400 +10 * 400 +2 * 70 2 = 18 600 мм 2
Площа отвору вирізу:
F отв = S / 0,9 * (2 * d-50) = 10 / 0,9 * (2 * 400-50) = 8333,3 мм 2
F укр> F отв
Література
1. П.Д. Лебедєв. Теплообмінні, сушильні і холодильні установки. - М.: Енергія, 1972. - 320 с.
2. А.М. Бакластов та ін Промислові тепломассообменні процеси та установки. - М.: Вища школа, 1986. - 327 с.
3. А.М. Бакластов. Проектування, монтаж і експлуатація тепловикористовувальних установок. - М.: Енергія, 1970. - 568 с.
4. Б.М. Голубков та ін Теплотехнічне обладнання та теплопостачання промислових підприємств. - М.: Енергія, 1979. - 541 с.
5. Теплотехнічний довідник. Під ред. В.Н. Юренева і П.Д. Лебедєва. Т. 1 і 2. - М.: Енергія, 1975 і 1976. - Стор. 743 і 896.
6. Н.Б. Варгафтік. Довідник по теплофізичних властивостях газів і рідин.
7. П.Д. Лебедєв, А.А. Щукін. Тепловикористовуючі установки промислових підприємств. Курсове проектування. - М.: Енергія. 1970. - 408 с