Зміст
1. Введення.
2. Опис технологічної схеми випарної установки.
3. Теплотехнічний розрахунок випарних апаратів.
3.1. Розрахунок загальної кількості випарованої води.
3.2. Розрахунок депресій.
3.2.1. Гідравлічні депресії між корпусами.
3.2.2. Температурні депресії.
3.3. Сумарна корисна різниця температур.
3.4. Заповнення попередньої таблиці.
3.5. Уточнення значень W 1, W 2, W 3.
3.6. Розрахунок попередніх значень теплових потоків:
3.7. Розрахунок комплексів А 1, А 2, А 3, В о1, в О2, У О3.
3.7.1. Розрахунок A-комплексів.
3.7.2. Розрахунок Во.
3.8. Вибір конструкційного матеріалу для випарного апарату.
3.9. Розрахунок поверхні теплообміну.
3.9.1. Розрахунок комплексів для знаходження поверхні нагрівання корпусів.
3.9.2 Розрахунок поверхні теплообміну.
3.10. Заповнення остаточного варіанту таблиці.
3.11. Уточнення значень W 1, W 2, W 3.
3.12. Розрахунок остаточних значень теплових потоків:
3.13. Оцінка похибки визначення.
3.14. Витрата пари, що гріє в першому корпусі.
3.15. Вибір стандартного випарного апарату.
3.16. Розрахунок теплової ізоляції апарату.
3.16.1. Теплоперенос при конденсації пари, що гріє.
3.16.2. Теплоперенос через стінку гріючої камери і шар ізоляційного матеріалу.
3.16.3. Теплоперенос від зовнішньої поверхні ізоляції в навколишнє середовище.
3.16.4. Розрахунок товщини ізоляції.
4. Механічний розрахунок апаратів випарних установок.
4.1. Гріюча камера.
4.1.1. Розрахунок товщини стінки гріючої камери.
4.1.2. Розташування труб в гріючої камері.
4.1.3. Кріплення кіпятільних труб в трубній решітці.
4.1.4.Расчет товщини трубної решітки.
4.2. Сепаратор.
4.2.1. Висота і діаметр сепаратора.
4.2.2. Бризгоотделітель.
4.3.Дніща і кришки.
4.3.1. Розрахунок еліптичної кришки сепаратора.
4.3.2. Підбір еліптичного днища сепаратора.
4.3.3. Підбір конічного днища сепаратора.
4.3.4. Підбір конічної кришки.
4.4. Основні штуцера випарного апарату.
5. Вузол підігріву вихідного розчину.
5.1. Теплове навантаження апарату.
5.2. Рушійна сила процесу.
5.3. Витрата пари, що гріє.
5.4. Вибір конструкційного матеріалу теплообмінника.
5.5. Орієнтовний вибір теплообмінника.
5.6. Розрахунок коефіцієнта теплопередачі К.
5.6.1.Расчет коефіцієнта тепловіддачі від поверхні трубки до розчину.
5.6.3. Розрахунок коефіцієнта теплопередачі К.
5.7. Розрахунок поверхні теплообміну.
5.8. Підбір теплообмінника за каталогом.
5.9. Розрахунок товщини теплової ізоляції.
6. Блок створення та підтримки вакууму.
6.1. Розрахунок барометричного конденсатора змішання.
6.1.1. Витрата охолоджуючої води Gв.
6.1.2. Діаметр конденсатора.
6.1.3. Висота барометричної труби.
6.1.4. Барометричний скриньку.
6.2. Розрахунок продуктивності вакуум-насоса.
7.1.1. Конденсатовідвідник для відведення конденсату з теплообмінника, обігрівального вихідний розчин до температури кипіння.
7.1.2. Конденсатовідвідник для відведення конденсату з першого корпусу випарної установки.
7.1.3. Конденсатовідвідник для відведення конденсату з другого корпусу випарної установки.
7.1.4. Конденсатовідвідник для відведення конденсату з третього корпусу випарної установки.
7.2. Ємності.
7.2.1. Ємність для вихідного розчину.
7.2.2. Ємність для вихідного розчину.
8. Список літератури.
1. Введення.
Випарювання - це процес концентрування розчинів твердих речовин при температурі кипіння шляхом часткового видалення розчинника в пароподібному стані. Випаровуванню піддають водні розчини твердих речовин, і видаляється розчинник являє собою водяний пар, так званий вторинний пар.
Концентрування розчинів методом випарювання - один з найбільш поширених технологічних процесів в хімічній, харчовій, металургійній та інших галузях промисловості. Кількість діючих випарних установок обчислюється багатьма сотнями.
Єдиної класифікації випарних апаратів не існує, але доцільними є класифікації по поверхні нагрівання і властивостями використовуваних теплоносіїв. Найбільшого поширення набули апарати, обігріваються конденсується водяною парою, рідше - топковим газами і високотемпературними органічними теплоносіями, дуже рідко - електричним струмом.
Найбільш простими є випарні апарати у вигляді вертикальних порожнистих циліндрів або чашоподібні. Апарати бувають:
· З внутрішніми вертикальними нагрівальними камерами;
· З зовнішніми циркуляційними трубами;
· З підвісний нагрівальної камерою;
· З співвісними і виносними нагрівальними камерами;
· Плівкові апарати.
Також бувають апарати з природною і примусовою циркуляцією. Рушійною силою природної циркуляції є різниця гідростатичних тисків рідини в циркуляційній трубі або кільцевому каналі і парорідинних суміші.
У даному курсовому проекті мною розглянуто випарної апарат з виносної гріючої камерою і кипінням в трубках. Випарюється розчином є сульфат амонію.
Місце споруди проектованої установки - місто Іжевськ. Останній корпус цієї трьохкорпусне випарної установки працює під розрядження.
Перевагами такої випарної установки є:
1. завдяки вакууму може бути створена велика корисна різниця температур, що і дає можливість здійснити багаторазове використання тепла і цим знизити витрату пари на випарювання;
2. низька температура кипіння в останніх корпусах служить більшою гарантією від пригорання і розкладання продукту в разі упарювання розчинів органічних речовин;
3. велика гнучкість випарної установки в роботі і пристосовність до коливань навантаження, так як конденсатор служить буфером, що сприймає ці коливання.
Недоліки цієї установки:
1. трохи більш складне обладнання, так як необхідно мати барометричний конденсатор змішування для створення вакууму;
2. дещо більша площа будівлі для установки під розрядження;
3. втрата вторинної пари з останнього корпусу, використовуваного лише частково у вигляді тепла охолоджуючої води в суміші з конденсатом при температурі близько 50 0 С;
4. знижена температура вторинної пари останніх корпусів, це вимагає збільшення поверхні нагрівання теплообмінної апаратури, яка обігрівається екстра-пором з випарної установки.
2. Опис технологічної схеми випарної установки.
Вихідний розбавлений розчин з проміжної ємності Е1 подається відцентровим насосом у теплообмінник Т, де вихідний розчин підігрівається до температури кипіння екстра-пором, відведеним з першого корпусу. Потім розчин подається в перший корпус випарної установки АВ1.
Тип всіх корпусів випарної установки - випарної апарат з виносної гріючої камерою і кипінням в трубках. Тут випарює розчин піднімається по трубках камери, через підйомну циркуляційну трубу надходить у сепаратор, звідки відділився вторинний пар, пройшовши через бризгоуловітель, покидає апарат. Розчин ж опускається по нижній циркуляційної трубі у нижню частину нагрівальної камери, знову піднімається по її трубах і т. д. Вихідний розчин вводиться в спускний циркуляційну трубу, а упареною - відводиться з нижньої частини сепаратора.
Перший корпус обігрівається водяною парою, що надходить з ТЕЦ. Вторинний пара, що утворюється при концентруванні розчину в першому корпусі, спрямовується як гріє в другий корпус АВ2. Як вже було раніше сказано, частина вторинної пари - екстра-пар - спрямовується як гріє в теплообмінник Т і на побутові потреби. У другій корпус АВ2 направляється частково сконцентрований розчин з першого корпусу. Аналогічно третій корпус АВ3 обігрівається вторинним паром другого і в ньому проводиться концентрування розчину, що надійшло з другого корпусу.
Самовільний перетік розчину і вторинної пари в наступні корпусу можливий завдяки загальному перепаду тисків, що виникає в результаті створення вакууму конденсацією вторинної пари останнього корпусу в барометричному конденсаторі змішання КБ, де заданий тиск підтримується подачею охолоджувальної води і відсмоктуванням неконденсуючий паро-повітряної суміші вакуум-насосом. Суміш охолоджуючої води і конденсату виводиться з конденсатора за допомогою барометричної труби з гідрозатворів. Утворений в третьому корпусі концентрований розчин відцентровим насосом подається в проміжну ємність упаренного розчину Е2.
Конденсат пари, що гріє з випарних апаратів виводиться за допомогою конденсатовідвідників.
3. Теплотехнічний розрахунок випарних апаратів.
3.1. Розрахунок загальної кількості випарованої води.
W 1 = W 2 + E 1 = 3328,5 +300 = 3628,5 кг / год
Знайдемо концентрації а 1 і а 2:
W 1 = S 0 * (1-a 0 / a 1)
a 1 = a 0 / (1-W 1 / s 0) = 7 / (1-3628,5 / 12000) = 10,04% мас.
W 1 + W 2 = S 0 * (1-a 0 / a 2)
a 2 = a 0 / (1 - (W 1 + W 2) / S 0) = 7 / (1-6957/12000) = 16,67% мас.
3.2. Розрахунок депресій.
3.2.1. Гідравлічні депресії між корпусами приймаємо рівними 1.5 0 С.
3.2.2. Температурні депресії.
Для корпусів 1 і 2 депресії беруться у припущенні, що тиску в них мало відрізняються від атмосферного: d і d2 беруться при а 1 і а 2 як стандартні.
а 1 = 10,04% мас. d = 100,4-100,0 = 0,4 0 С (1, стор 37)
а 2 = 16,67% мас. d 2 = 1,2 0 С (1, стор 37)
Для третього корпусу значення t 3, d 3 та q3 знаходяться суворо, тому що тут точно відомі концентрація а 3 і тиск Р 3: за правилом Бабо, якщо потрібно, то з поправкою Стабнікова В.М.
Згідно з правилом Бабо, відносини тиску парів розчинника над розчином Р до тиску парів над чистим розчинником Рs при температурі кипіння розчину не залежить від робочого тиску і температури його кипіння:
Р / Рs = (Р / Рs) ст = const
Т. о. Температура кипіння розчину 49% (NH 4) 2 SO 4 при атмосферному тиску
t = 107 0 С. (3, стор 510) Рsст = 1,294 бар = 1,294 * 10 5 Па (2, стор 17)
Const = (Р / Рs) ст = 9,81 * 10 4 / 1,294 * 10 5 = 0,758
Тоді Рs = Р / const = 0,197 / 0,758 = 0,260 бар
За (2, стор 23) знаходимо шукану температуру кипіння розчину, що дорівнює температурі кипіння води: t 3 = 64,08 0 С. Знайдемо q3: Р 3 = 0,197 бар, то по (2, стор 23) q3 = 58,7 0 С.
Тоді d 3реал = t 3 - q3 = 64,08 - 58,7 = 5,38 0 С.
3.3. Сумарна корисна різниця температур:
DС = Т 1 q 3 d d2-d3 d р d2 г = 147,1-58,7-0,4-1,2-5,38-1 = 80,42 0 С
d2 г приблизно від 1 до 3 С. Приймаються d г = 1С
де тиск пари, що гріє 0,4 МПа (= 3,94 ат), то по (2, стор.43) Т 1 = 147,1 0 С.
DС = D D2 + D3
D1: D2: D3 = 1: 1,1: 1,5
D1 = 22,34 0 С
D2 = 24,57 0 С
D3 = 33,51 0 С.
3.4. Заповнення попередньої таблиці.
Значення тиску та ентальпій взяті з (2, стор 17).
1. Введення.
2. Опис технологічної схеми випарної установки.
3. Теплотехнічний розрахунок випарних апаратів.
3.1. Розрахунок загальної кількості випарованої води.
3.2. Розрахунок депресій.
3.2.1. Гідравлічні депресії між корпусами.
3.2.2. Температурні депресії.
3.3. Сумарна корисна різниця температур.
3.4. Заповнення попередньої таблиці.
3.5. Уточнення значень W 1, W 2, W 3.
3.6. Розрахунок попередніх значень теплових потоків:
3.7. Розрахунок комплексів А 1, А 2, А 3, В о1, в О2, У О3.
3.7.1. Розрахунок A-комплексів.
3.7.2. Розрахунок Во.
3.8. Вибір конструкційного матеріалу для випарного апарату.
3.9. Розрахунок поверхні теплообміну.
3.9.1. Розрахунок комплексів для знаходження поверхні нагрівання корпусів.
3.9.2 Розрахунок поверхні теплообміну.
3.10. Заповнення остаточного варіанту таблиці.
3.11. Уточнення значень W 1, W 2, W 3.
3.12. Розрахунок остаточних значень теплових потоків:
3.13. Оцінка похибки визначення.
3.14. Витрата пари, що гріє в першому корпусі.
3.15. Вибір стандартного випарного апарату.
3.16. Розрахунок теплової ізоляції апарату.
3.16.1. Теплоперенос при конденсації пари, що гріє.
3.16.2. Теплоперенос через стінку гріючої камери і шар ізоляційного матеріалу.
3.16.3. Теплоперенос від зовнішньої поверхні ізоляції в навколишнє середовище.
3.16.4. Розрахунок товщини ізоляції.
4. Механічний розрахунок апаратів випарних установок.
4.1. Гріюча камера.
4.1.1. Розрахунок товщини стінки гріючої камери.
4.1.2. Розташування труб в гріючої камері.
4.1.3. Кріплення кіпятільних труб в трубній решітці.
4.1.4.Расчет товщини трубної решітки.
4.2. Сепаратор.
4.2.1. Висота і діаметр сепаратора.
4.2.2. Бризгоотделітель.
4.3.Дніща і кришки.
4.3.1. Розрахунок еліптичної кришки сепаратора.
4.3.2. Підбір еліптичного днища сепаратора.
4.3.3. Підбір конічного днища сепаратора.
4.3.4. Підбір конічної кришки.
4.4. Основні штуцера випарного апарату.
5. Вузол підігріву вихідного розчину.
5.1. Теплове навантаження апарату.
5.2. Рушійна сила процесу.
5.3. Витрата пари, що гріє.
5.4. Вибір конструкційного матеріалу теплообмінника.
5.5. Орієнтовний вибір теплообмінника.
5.6. Розрахунок коефіцієнта теплопередачі К.
5.6.1.Расчет коефіцієнта тепловіддачі від поверхні трубки до розчину.
5.6.3. Розрахунок коефіцієнта теплопередачі К.
5.7. Розрахунок поверхні теплообміну.
5.8. Підбір теплообмінника за каталогом.
5.9. Розрахунок товщини теплової ізоляції.
6. Блок створення та підтримки вакууму.
6.1. Розрахунок барометричного конденсатора змішання.
6.1.1. Витрата охолоджуючої води Gв.
6.1.2. Діаметр конденсатора.
6.1.3. Висота барометричної труби.
6.1.4. Барометричний скриньку.
6.2. Розрахунок продуктивності вакуум-насоса.
7.1.1. Конденсатовідвідник для відведення конденсату з теплообмінника, обігрівального вихідний розчин до температури кипіння.
7.1.2. Конденсатовідвідник для відведення конденсату з першого корпусу випарної установки.
7.1.3. Конденсатовідвідник для відведення конденсату з другого корпусу випарної установки.
7.1.4. Конденсатовідвідник для відведення конденсату з третього корпусу випарної установки.
7.2. Ємності.
7.2.1. Ємність для вихідного розчину.
7.2.2. Ємність для вихідного розчину.
8. Список літератури.
1. Введення.
Випарювання - це процес концентрування розчинів твердих речовин при температурі кипіння шляхом часткового видалення розчинника в пароподібному стані. Випаровуванню піддають водні розчини твердих речовин, і видаляється розчинник являє собою водяний пар, так званий вторинний пар.
Концентрування розчинів методом випарювання - один з найбільш поширених технологічних процесів в хімічній, харчовій, металургійній та інших галузях промисловості. Кількість діючих випарних установок обчислюється багатьма сотнями.
Єдиної класифікації випарних апаратів не існує, але доцільними є класифікації по поверхні нагрівання і властивостями використовуваних теплоносіїв. Найбільшого поширення набули апарати, обігріваються конденсується водяною парою, рідше - топковим газами і високотемпературними органічними теплоносіями, дуже рідко - електричним струмом.
Найбільш простими є випарні апарати у вигляді вертикальних порожнистих циліндрів або чашоподібні. Апарати бувають:
· З внутрішніми вертикальними нагрівальними камерами;
· З зовнішніми циркуляційними трубами;
· З підвісний нагрівальної камерою;
· З співвісними і виносними нагрівальними камерами;
· Плівкові апарати.
Також бувають апарати з природною і примусовою циркуляцією. Рушійною силою природної циркуляції є різниця гідростатичних тисків рідини в циркуляційній трубі або кільцевому каналі і парорідинних суміші.
У даному курсовому проекті мною розглянуто випарної апарат з виносної гріючої камерою і кипінням в трубках. Випарюється розчином є сульфат амонію.
Місце споруди проектованої установки - місто Іжевськ. Останній корпус цієї трьохкорпусне випарної установки працює під розрядження.
Перевагами такої випарної установки є:
1. завдяки вакууму може бути створена велика корисна різниця температур, що і дає можливість здійснити багаторазове використання тепла і цим знизити витрату пари на випарювання;
2. низька температура кипіння в останніх корпусах служить більшою гарантією від пригорання і розкладання продукту в разі упарювання розчинів органічних речовин;
3. велика гнучкість випарної установки в роботі і пристосовність до коливань навантаження, так як конденсатор служить буфером, що сприймає ці коливання.
Недоліки цієї установки:
1. трохи більш складне обладнання, так як необхідно мати барометричний конденсатор змішування для створення вакууму;
2. дещо більша площа будівлі для установки під розрядження;
3. втрата вторинної пари з останнього корпусу, використовуваного лише частково у вигляді тепла охолоджуючої води в суміші з конденсатом при температурі близько 50 0 С;
4. знижена температура вторинної пари останніх корпусів, це вимагає збільшення поверхні нагрівання теплообмінної апаратури, яка обігрівається екстра-пором з випарної установки.
2. Опис технологічної схеми випарної установки.
Вихідний розбавлений розчин з проміжної ємності Е1 подається відцентровим насосом у теплообмінник Т, де вихідний розчин підігрівається до температури кипіння екстра-пором, відведеним з першого корпусу. Потім розчин подається в перший корпус випарної установки АВ1.
Тип всіх корпусів випарної установки - випарної апарат з виносної гріючої камерою і кипінням в трубках. Тут випарює розчин піднімається по трубках камери, через підйомну циркуляційну трубу надходить у сепаратор, звідки відділився вторинний пар, пройшовши через бризгоуловітель, покидає апарат. Розчин ж опускається по нижній циркуляційної трубі у нижню частину нагрівальної камери, знову піднімається по її трубах і т. д. Вихідний розчин вводиться в спускний циркуляційну трубу, а упареною - відводиться з нижньої частини сепаратора.
Перший корпус обігрівається водяною парою, що надходить з ТЕЦ. Вторинний пара, що утворюється при концентруванні розчину в першому корпусі, спрямовується як гріє в другий корпус АВ2. Як вже було раніше сказано, частина вторинної пари - екстра-пар - спрямовується як гріє в теплообмінник Т і на побутові потреби. У другій корпус АВ2 направляється частково сконцентрований розчин з першого корпусу. Аналогічно третій корпус АВ3 обігрівається вторинним паром другого і в ньому проводиться концентрування розчину, що надійшло з другого корпусу.
Самовільний перетік розчину і вторинної пари в наступні корпусу можливий завдяки загальному перепаду тисків, що виникає в результаті створення вакууму конденсацією вторинної пари останнього корпусу в барометричному конденсаторі змішання КБ, де заданий тиск підтримується подачею охолоджувальної води і відсмоктуванням неконденсуючий паро-повітряної суміші вакуум-насосом. Суміш охолоджуючої води і конденсату виводиться з конденсатора за допомогою барометричної труби з гідрозатворів. Утворений в третьому корпусі концентрований розчин відцентровим насосом подається в проміжну ємність упаренного розчину Е2.
Конденсат пари, що гріє з випарних апаратів виводиться за допомогою конденсатовідвідників.
3. Теплотехнічний розрахунок випарних апаратів.
3.1. Розрахунок загальної кількості випарованої води.
W = S 0 * (1-a 0 / a 3) = 12000 * (1-7/49) = 10285,7 кг / год
Припустимо, що з урахуванням відводу екстра-пара в першому корпусі випарений вода між корпусами розподілилася таким чином:
W 2 = W 3 = (WE 1) / 3 = (10285,7-300) / 3 = 3328,5 кг / годW 1 = W 2 + E 1 = 3328,5 +300 = 3628,5 кг / год
Знайдемо концентрації а 1 і а 2:
W 1 = S 0 * (1-a 0 / a 1)
a 1 = a 0 / (1-W 1 / s 0) = 7 / (1-3628,5 / 12000) = 10,04% мас.
W 1 + W 2 = S 0 * (1-a 0 / a 2)
a 2 = a 0 / (1 - (W 1 + W 2) / S 0) = 7 / (1-6957/12000) = 16,67% мас.
3.2. Розрахунок депресій.
3.2.1. Гідравлічні депресії між корпусами приймаємо рівними 1.5 0 С.
3.2.2. Температурні депресії.
Для корпусів 1 і 2 депресії беруться у припущенні, що тиску в них мало відрізняються від атмосферного: d і d2 беруться при а 1 і а 2 як стандартні.
а 1 = 10,04% мас. d = 100,4-100,0 = 0,4 0 С (1, стор 37)
а 2 = 16,67% мас. d 2 = 1,2 0 С (1, стор 37)
Для третього корпусу значення t 3, d 3 та q3 знаходяться суворо, тому що тут точно відомі концентрація а 3 і тиск Р 3: за правилом Бабо, якщо потрібно, то з поправкою Стабнікова В.М.
Згідно з правилом Бабо, відносини тиску парів розчинника над розчином Р до тиску парів над чистим розчинником Рs при температурі кипіння розчину не залежить від робочого тиску і температури його кипіння:
Р / Рs = (Р / Рs) ст = const
Т. о. Температура кипіння розчину 49% (NH 4) 2 SO 4 при атмосферному тиску
t = 107 0 С. (3, стор 510) Рsст = 1,294 бар = 1,294 * 10 5 Па (2, стор 17)
Const = (Р / Рs) ст = 9,81 * 10 4 / 1,294 * 10 5 = 0,758
Тоді Рs = Р / const = 0,197 / 0,758 = 0,260 бар
За (2, стор 23) знаходимо шукану температуру кипіння розчину, що дорівнює температурі кипіння води: t 3 = 64,08 0 С. Знайдемо q3: Р 3 = 0,197 бар, то по (2, стор 23) q3 = 58,7 0 С.
Тоді d 3реал = t 3 - q3 = 64,08 - 58,7 = 5,38 0 С.
3.3. Сумарна корисна різниця температур:
DС = Т 1 q 3 d d2-d3 d р d2 г = 147,1-58,7-0,4-1,2-5,38-1 = 80,42 0 С
d2 г приблизно від 1 до 3 С. Приймаються d г = 1С
де тиск пари, що гріє 0,4 МПа (= 3,94 ат), то по (2, стор.43) Т 1 = 147,1 0 С.
DС = D D2 + D3
D1: D2: D3 = 1: 1,1: 1,5
D1 = 22,34 0 С
D2 = 24,57 0 С
D3 = 33,51 0 С.
3.4. Заповнення попередньої таблиці.
Значення тиску та ентальпій взяті з (2, стор 17).
| Параметр | Передуватиме. Вар. | Закінчать. Вар. | |||||||
| 1к | 2к | 3к | 1к | 2к | 3к | ||||
| 1 | Темп. гр. Пара | Т | 0 С | 147,1 | 118,8 | 83,6 | 150,0 | 127,0 | 92,0 |
| 2 | Полезн.разность темп. | D | 0 С | 22,34 | 24,57 | 33,51 | 18,6 | 29,0 | 48,8 |
| 3 | Темп.кіп р-ра | T | 0 С | 124,76 | 89,4 | 43,4 | 131,4 | 98,0 | 43,4 |
| 4 | Темп.депрессія | d | 0 С | 2,9 | 4,3 | 4,7 | 2,9 | 4,3 | 4,7 |
| 5 | Темп.вт. пара | q | 0 С | 120,3 | 85,1 | 38,7 | 128,5 | 93,7 | 38,7 |
| 6 | Гідр.депрессія | d | 0 С | 1,5 | 1,5 | 1,5 | 1,5 | ||
| 7 | Давл.гр. пара | P гр | МПа | 0,476 | 0,192 | 0,056 | 0,476 | 0,247 | 0,076 |
| 8 | Давл.вт. пара | P | МПа | 0,199 | 0,058 | 0,007 | 0,262 | 0,081 | 0,007 |
| 9 | Ентальпія гр.п. | H | кДж / кг | 2748,6 | 2706,3 | 2650,6 | 2708,4 | 2718,5 | 2664,4 |
| 10 | Ентальп.вт.пара | I | кДж / кг | 2708,4 | 2653,5 | 2572,2 | 2721,4 | 2668,2 | 2572,2 |
| 11 | Конц.р-ра | A | % | 14,29 | 18,18 | 25,00 | 13,6 | 17,1 | 25,0 |
Уточнення значень W 1, W 2, W 3 на основі величин, що містяться в попередньому варіанті таблиці, шляхом спільного розв'язання системи рівнянь:
Q 1 = D 1 (h 1-c k1 T 1) = S 0 c 0 (t 1-t 0) + W 1 (i 1-c p t 1)
Q 2 = (W 1-E 1) (h 2-c k2 T 2) = S 1 c 1 (t 2-t 1) + W 2 (i 2-c p t 2)
Q 3 = W 2 (h 3-c k3 T 3) = S 2 c 2 (t 3-t 2) + W3 (i 3-c p t 3), які описують теплові баланси корпусів (крім першого корпусу) і дoполненний рівнянням:
W = W 1 + W 2 + W 3.
Нехай X 1 = h 1 - c k 1 T 1 = 2117,1 кДж / кг
X 2 = h 2 - c k 2 T 2 = 2208,4 кДж / кг
X 3 = h 3 - c k 3 T 3 = 2300,5 кДж / кг
Y 1 = t 1 - t 0 = 21,7 0 С
Y 2 = t 2 - t 1 = -33,9 0 С
Y 3 = t 3 - t 2 = -46,0 0 С
Z 1 = i 1 - c p t 1 = 2193,3 кДж / кг
Z 2 = i 2 - c p t 2 = 2279,9 кДж / кг
Z 3 = i 3 - c p t 3 = 2390,8 кДж / кг, де Со - теплоємність вихідного розчину (10% (NH 4) 2 SO 4 при температурі кипіння t 0 = 101,5 0 С): Зі = 3 , 65 кДж / КГК (4, стор.59).
За (3, стр.535) знаходимо:
c k 1 = 1,005 ккал / КГК = 4,21 кДж / КГК (при 150,0 0 С)
c k 2 = 1,002 ккал / КГК = 4,19 кДж / КГК (при 118,8 0 С)
c k 3 = 1,000 ккал / КГК = 4,19 кДж / КГК (при 83,6 0 С)
c p = 4,18 кДж / КГК
Т.ч., W 1 = X 2 E 2 / (X 2 + c p Y 2) + S o c 0 Y 2 / (X 2 + c p Y 2) + + Z 2 W 2 / (X 2 + c p Y 2) = 1,1031 W 2 +2009,7
W 2 = Y 3 S 0 c0 / (X 3 + c p Y 3 + Z 3) + Z 3 W / (X 3 + c p Y 3 + Z 3) - (c p Y 3 + Z 3) * W 1 / (X 3 + c p Y 3 + Z 3) = -0,4887 W 1 +5630,7
Вирішуючи систему рівнянь, одержимо:
W 1 = 5342 кг / год
W 2 = 3021 кг / год
W 3 = 3638 кг / ч.
3.6. Розрахунок попередніх значень теплових потоків:
Q 1 = S 0 c 0 (t 1-t 0) + W 1 (i 1-c p t 1) = = 20000 * 3,65 * 21,7 +5342 * 2193,3 = 13,3 * 10 6 кДж / год = 3,69 * 10 6 Вт
Q 2 = (W 1-E 1) (h 2-c k2 T 2) = (5342-3000) * 2208,4 = 5,17 * 10 6 кДж / ч = = 1,44 * 10 6 Вт
Q 3 = W 2 (h 3-c k3 T 3) = 3021 * 2300,5 = 6,95 * 10 6 кДж / год = 1,93 * 10 6 Вт.
3.7. Розрахунок комплексів А 1, А 2, А 3, В о1, в О2, У О3.
3.7.1. A-комплекс, що включає теплофізичні величини і залежні від температур Т.
Приймемо висоту труб Н = 4000мм = 4м.
Для вертикальних труб:
А = 0,94 (l3r2rg/mH) 1 / 4
Довідкові дані: l, r, m - (3, стр.512); r-(3, стор 523).
Прискорення вільного падіння g = 9,82 м / с 2. Заповнимо таблицю:
| Т, 0 С | 150,0 | 118,8 | 83,5 |
| кг / м 3 | 917 | 943 | 972 |
| Вт / м * К | 68,4 * 10 -2 | 68,6 * 10 -2 | 67,5 * 10 -2 |
| Па * с | 185 * 10 -6 | 231 * 10 -6 | 355 * 10 -6 |
| r, кДж / кг | 2120 | 2207 | 2297 |
| А, Дж / см 2 До 3 / 4 | 8765,9 | 1513,8 | 1377,4 |
B 0i = B 0iB * j3, 33, де B 0iB = 46р 0,57,
j - відносний коефіцієнт тепловіддачі для водних розчинів неорганічних речовин. j при бульбашкової кипінні (NH 4) 2 SO 4 при атмосферному тиску знайдемо з графіка залежності j-а. Графік 1 будуємо на підставі даних таблиці (1, стор 40):
при а = 10% j = 0,84
а = 20% j = 0,68
На підставі даних графіка, заповнюємо таблицю:
| а,% | 14,29 | 18,18 | 25,00 |
| Р, Бар | 2,1 | 0,6 | 0,1 |
| B 0 iB | 70,2 | 34,4 | 12,4 |
| | 0,77 | 0,72 | 0,60 |
| B 0 i | 29,4 | 11,5 | 2,26 |
Вибираємо конструкційний матеріал, стійкий в середовищі киплячого розчину хлориду натрію в інтервалі зміни концентрацій від 10 до 25% (5, стор 309). У цих умовах хімічно стійкою є сталь марки Х18Н10Т. Швидкість корозії її менше 0,1 мм / рік (точкова корозія). Коефіцієнт теплопровідності l = 16,4 Вт / м * К (5, стор 101).
3.9. Розрахунок поверхні теплообміну.
3.9.1. Розрахунок комплексів для знаходження поверхні нагрівання корпусів.
У разі рівності поверхонь обміну окремих корпусів основне розрахункове рівняння має вигляд:
DС = 1 / F 4 / 3 S (Qi / Ai) 4 / 3 + 1/FS (Qid ст / l ст) + 1 / F 0,3 S (Qi/B0i) 0,3,
де d ст = 2мм = 0,002 м - товщина стінки трубок. Заповнимо допоміжну таблицю:
| № | (Qi / Ai) 4 / 3 | Qid ст / l ст | (Qi/B0i) 0,3 |
| 1 | 3160,3 | 464,8 | 33,9 |
| 2 | 9324,1 | 180,7 | 33,8 |
| 3 | 15680,6 | 242,8 | 60,2 |
| | 28165,1 | 888,2 | 127,8 |
Ведемо в таблиці:
| F | 1 / F 4 / 3 S (Q i / A i) 4 / 3 | 1/FS (Qid ст / l ст) | 1/FS (Qid ст / l ст) | DС |
| 60 | 119,91 | 14,80 | 32,66 | 167,4 |
| 70 | 97,63 | 12,68 | 31,02 | 141,3 |
| 80 | 81,71 | 11,10 | 29,67 | 122,5 |
| 90 | 69,83 | 9,87 | 28,53 | 108,2 |
| 100 | 60,68 | 8,88 | 27,54 | 97,1 |
| 110 | 53,44 | 8,07 | 26,68 | 88,2 |
| 120 | 47,58 | 7,40 | 25,92 | 80,9 |
| 130 | 42,77 | 6,83 | 25,24 | 74,8 |
| 140 | 38,74 | 6,34 | 24,62 | 69,7 |
На підставі табличних даних будуємо графік залежності DС від F, за яким визначаємо за відомою DС = 96,4 0 С справжню F: F = 100,7 м 2.
Тоді D1 = 18,6 0 С
D2 = 29,0 0 С
D3 = 44,8 0 С
Тоді DС = D1 + D2 + D3 = 96,4 0 С.
3.10. Заповнення остаточного варіанту таблиці.
Тиску і ентальпії були взяті з (2, стор 17).
Таблиця зійшлася.
3.11. Уточнення значень W 1, W 2, W 3.
Уточнення значень W 1, W 2, W 3 на основі величин, що містяться в остаточному варіанті таблиці (см.3.5.).
Нехай
X 1 = h 1 - c k 1 T 1 = 2076,9 кДж / кг
X 2 = h 2 - c k 2 T 2 = 2186,5 кДж / кг
X 3 = h 3 - c k 3 T 3 = 2278,1 кДж / кг
Y 1 = t 1 - t 0 = 29,9 0 С
Y 2 = t 2 - t 1 = -33,4 0 С
Y 3 = t 3 - t 2 = -54,6 0 С
Z 1 = i 1 - c p t 1 = 2172,3 кДж / кг
Z 2 = i 2 - c p t 2 = 2258,6 кДж / кг
Z 3 = i 3 - c p t 3 = 2390,9 кДж / кг,
де Со - теплоємність вихідного розчину (10% NaCl при температурі кипіння t 0 = 101,5 0 С): Зі = 3,65 кДж / КГК (4, стор.59).
За (3, стр.535) знаходимо:
c k 1 = 1,005 ккал / КГК = 4,21 кДж / КГК (при 150,0 0 С)
c k 2 = 1,002 ккал / КГК = 4,19 кДж / КГК (при 118,8 0 С)
c k 3 = 1,000 ккал / КГК = 4,19 кДж / КГК (при 83,6 0 С)
c p = 4,18 кДж / КГК
Т.ч., W 1 = X 2 E 2 / (X 2 + c p Y 2) + S o c 0 Y 2 / (X 2 + c p Y 2) + + Z 2 W 2 / (X 2 + c p Y 2) = 1,1033 W 2 +2014,7
W 2 = Y 3 S 0 c0 / (X 3 + c p Y 3 + Z 3) + Z 3 W / (X 3 + c p Y 3 + Z 3) - (c p Y 3 + Z 3) * W 1 / (X 3 + c p Y 3 + Z 3) = -0,4870 W 1 +5563,0
Вирішуючи систему рівнянь, одержимо:
W 1 = 5303 кг / год
W 2 = 2980 кг / год
W 3 = 3717 кг / ч.
3.12. Розрахунок остаточних значень теплових потоків:
Q 1 = S 0 c 0 (t 1-t 0) + W 1 (i 1-c p t 1) = = 20000 * 3,65 * 29,9 +5303 * 2172,3 = 13,7 * 10 6 кДж / год
Q 2 = (W 1-E 1) (h 2-c k2 T 2) = (5303-3000) * 2186,5 = 5,05 * 10 6 кДж / год
Q 3 = W 2 (h 3-c k3 T 3) = 2980,4 * 2 278,1 = 6,79 * 10 6 кДж / ч.
3.13. Оцінка похибки визначення.
Для Q 1: | (Q 1 - Q 1ут) / Q 1ут | = | (13,3-13,7) / 13,7 | = 2,9%
Q 2: | (Q 2 - Q 2ут) / Q 2ут | = | (5,17-5,05) / 5,05 | = 2,4%
Q 3: | (Q 3 - Q 3ут) / Q 3ут | = | (6,95-6,79) / 6,79 | = 2,4%
Похибка менше 5%, отже, вважаємо, що наближення зійшлися.
3.14. Витрата пари, що гріє в першому корпусі.
D 1 = Q 1 / (h 1-c k 1 T 1) = 13699720/2076, 9 = = 13699720/2076, вересень 6596 кг / год
3.15. Вибір стандартного випарного апарату.
Fраб = F / y,
Де y = 0,75 - коефіцієнт використання.
Fраб = 100,7 / 0,75 = = 100,7 / 0,75 134,3 м 2.
Вибір стандартного випарного апарату (кафедральний стенд ПАХТ):
¨ Номінальна поверхню теплообміну 160 м 2
¨ Дійсна поверхню теплообміну при діаметрі трубок 38 * 2 і L = 4000мм: 154 м 2
¨ Кількість труб 361
¨ Діаметр гріючої камери D1 = 1000мм
¨ Діаметр сепаратора D2 = 1400мм
¨ Висота до бризгоотделітеля H1 = 1600мм
¨ Діаметр циркуляційної труби D3 = 700мм
¨ Діаметр і висота труби скипання D4 = 700мм і H4 = 2000мм
¨ Відстань між осями 1600мм
¨ Відстань між болтами на опорах B1 = 1540мм
¨ Відстань між болтами на опорах B2 = 1390мм
¨ Висота апарату H = 10550мм
¨ Надмірне розрахунковий тиск: в гріючої камері 3; 6; в сепараторі-0, 92; 1; 3; 6.
¨ Завод виробник УзХімМаш.
3.16. Розрахунок теплової ізоляції апарату.
Теплова ізоляція апарату застосовується для зменшення втрат тепла в навколишнє середовище і витрати гріючої пари.
Розрахунок товщини теплової ізоляції розглядається при сталому тепловому потоці q l = const, де q l - Тепловий потік, віднесений до одиниці висоти гріючої камери. При розрахунку приймають, що втрати в навколишнє середовище рівні не більше Q 0 = (0,03-0,05) Q 1.
Тоді q l = 0,05 Q 1 / l, де l = 4м - висота кіпятільних труб, Q 1 = 13,7 * 10 6 кДж / год = 3,81 * 10 6 Дж / с.
q l = 0,05 * 3,81 * 10 6 / 4 = 4,76 * 10 4 Дж / (с * м).
Перенесення теплоти з міжтрубного простору гріючої камери в навколишнє середовище - це багатостадійний процес.
3.16.1. Теплоперенос при конденсації пари, що гріє.
У міжтрубному просторі має місце конденсація пари, що гріє, тому
q l = a конд * pD вн (t гп-q1) = А (t гп - q 1) 3 / 4 * pD вн
a конд = 2,035 А '(r гп / l) 1 / 4 * (t гп - q 1) -1 / 4;
А = 2,035 А '(r гп / l) 1 / 4,
А "= (l конд 3r конд 2 / m конд) 1 / 4, де l конд, r конд , m конд - фізичні параметри конденсату гріючої пари, причому А '- табулював (8, стор.40), вибираємо А' = 196 при температурі 150 0 С.
r гп = 2120 кДж / кг - теплота пароутворення гріючої пари при температурі 150 0 С.
Т.ч., А = 10,8 * 3 жовтня
D вн = 1м - внутрішній діаметр стінок гріючої камери.
3.16.2. Теплоперенос через стінку гріючої камери і шар ізоляційного матеріалу.
Стаціонарний теплоперенос теплопровідністю через стінку гріючої камери і шар ізоляційного матеріалу представляється як
q l = p (q -q2) / ((1/2l ст ln (D н / D вн),
q l = p (q2 -Q3) / ((1/2l з ln (D з / D н),
де q1, q2, q3 - Температури внутрішньої стінки, стінки між ізоляційним матеріалом і стінкою, зовнішньої поверхні ізоляційного матеріалу;
q3 = 40 0 С - вибирається виходячи з умов безпеки обслуговування установки.
l ст, l з - теплопровідність стінки гріючої камери і ізоляційного матеріалу:
l ст = 16,4 Вт / мК
l з = 0,0098 Вт / мК - теплопровідність для совеліта - 85% магнезії і 15% азбесту (8, стор.44).
D н = 1,020 м-зовнішній діаметр стінок гріючої камери
D з - зовнішній діаметр ізоляції.
3.16.3. Теплоперенос від зовнішньої поверхні ізоляції в навколишнє середовище.
q l = aî (q3-t ср) pD з
де t сер = 20,3 0 С - температура навколишнього середовища,
a о - коефіцієнт тепловіддачі від зовнішньої поверхні ізоляції до навколишнього середовища, який складається з коефіцієнтів тепловіддачі за рахунок природної конвекції (a о,) та за рахунок випромінювання (a о,,).
a о = a о, + a о,,,
де a о,, = з (((273 + q3) / 100) 4 - ((273 + t ср) / 100) 4) / (q3-t ср)
з = Eс год - константа випромінювання, що залежить від роду матеріалу і стану поверхні випромінювання:
e = 0,96 ступінь чорноти поверхні ізоляції 8, стор .43);
З ч = 5,7 Вт / м 2 К 4 - коефіцієнт випромінювання абсолютно чорного тіла,
з = 0,96 * 5,7 = 5,5 Вт / м 2 К 4
Тоді a о,, = 5,5 (96,0 - 74,0) / 19,7 = 6,1 Вт / м 2 К.
a о, = N * ((q3-t ср) / D з m n
Знайдемо добуток критеріїв Прандтля і Грасгофа Gr * Pr:
Критерій Прандля для повітря в діапазане температур 10-500 0 С при атмосферному тиску залишається практично постійним і рівним 0,722.
Критерій Грасгофа Gr = gD з 3 bDt/n2 де b = 1 / (273 +30,2) = 0,0033 - коефіцієнт об'ємного розширення повітря, n = m / r = 0,014 * 10 -3 м 2 / с кінематична в'язкості повітря при температурі 30,2 0 С, m = 0,018 * 10-3Н * с / м 2 динамічна в'язкість повітря при температурі 30,2 0 С (9, стор 107); r = 1,2928 кг / м 3 щільність повітря при тих же умовах (9, стор.33), l = 4 м.
Для визначення величини критерію Грасгофа необхідно розташовувати значенням D з, який, власне, є шуканим у проведеному розрахунку. Однак для рачетов не потрібно точного значення твору Gr * Pr і досить лише розташовувати порядком цієї величини. У зв'язку з цим у вирази для критерію Грасгофа замість D з можна підставити значення зовнішнього діаметра корпусу апарату D н = 1,020 м.
Тоді критерій Грасгофа Gr = 9,81 * (1,020) 3 * 0,0033 * (40-20,3) / 0,014 * 10 -3 ) 2 = 3,4 * 10 10.
Твір критеріїв Прандтля і Грасгофа Gr * Pr = 2,4 * 10 9.
Оскільки твір критеріїв Прандтля і Грасгофа (Gr * Pr)> 2 * 10 7, то n = 1 / 3; m = 0; N = 1,450 (1, стор.20).
Тоді a о, = 1,450 * (40-20,3) 0,33 = 3,9 Вт / м 2 К.
Отже, a о = a о, + a о,, = 3,9 + 6,1 = 10 Вт / м 2 К.
3.16.4. Розрахунок товщини ізоляції.
Товщину теплової ізоляції знаходять з рівності питомих теплових потоків через шар ізоляції від поверхні ізоляції в навколишнє середовище:
a о (q3-t ср) = (l з / d з) (q2 -Q3
Причому q2 - температура зовнішньої поверхні апарату, зважаючи незначного термічного опору стінки апарату в порівнянні з термічним опором шару ізоляції приймають рівною температурі пари, що гріє 150 0 С.
Тоді d з = l з (q2-q3) / a о (q3-t ср) = 0,098 * (150-40) / 10 (40-20,3) = 0,055 м = 55мм
Приймаються товщину теплової ізоляції 0,055 м і для інших корпусів.
4. Механічний розрахунок апаратів випарних установок.
Механічний розрахунок виконується для першого корпусу (корпус, представлений у графічній частині проекту).
4.1. Гріюча камера.
4.1.1. Розрахунок товщини стінки гріючої камери.
Корпус гріючої камери випарного апарату представляє собою вертикальну обичайку, що працює для першого корпусу випарної установки під внутрішнім, надлишковим тиском, рівному тиску гріючої пари р = 0,476 МПа = 4,85 ат.
Номінальна розрахункова товщина стінки розраховується за формулою:
d ст '= pD / (2 [s] j p)
Допустиме напруження [s] = hs , де h = 1,0 - поправочний коефіцієнт, що враховує умови експлуатації апарату (5, стор 408); s * - нормативне допустима напруга для обраного матеріалу - сталь марки Х18Н10Т.
s * = 130 МН / м 2 - номінальна напруга, що допускається при температуре150 0 С (5, стор 406).
[S] = hs * = 130 МН / м 2
j = 1,0 - коефіцієнт міцності зварного шва - зварний шов стиковий двосторонній (8, стор.20).
D = 1000мм - діаметр гріючої камери.
Тоді d ст '= (0,476 * 10 6 * 1) / (2137 * 10 6 * 1 0,476 * 10 6) = 2мм.
Розрахункова товщина стінки дорівнює d ст = d ст '+ Ск + Се + Сд + З, де Се - надбавка на ерозію або інший вид механічної дії робочого середовища на матеріал, Сд - додаткова надбавка за технологічними, монтажним та інших міркувань, величинами Сд і Се нехтуємо.
Ск = 1мм, тому що проникність даного матеріалу не більше 0,1 мм / рік (5, стор 409).
З = 1 - надбавка на округлення розміру.
Тоді d ст = 2 +1 = 3мм.
Таким чином, товщина стінки повинна бути не менше 3мм, приймаємо d ст = 10мм (8, стр. 21).
4.1.2. Розташування труб в гріючої камері.
При розміщенні кіпятільних труб прагнуть до рівномірного їх розподілу по перетину гріючої камери. Труби розташовані в шаховому порядку - по сторонам рівносторонніх шестикутників.
При розташуванні труб по периметру рівносторонніх шестикутників гріюча камера виходить найбільш компактною порівняно з іншими способами розташування труб.
Число шестикутників для розташування труб:
К = ((12n-3) Ѕ -3) / 6 = 11, де n = 361 - кількість труб.
Число труб по діагоналях шестикутника b = 2К +1 = 23.
Діаметр обмежувальної окружності Dо = Dн - 2 (d ст +15) = 970мм, де Dн = 1020мм - зовнішній діаметр гріючої камери.
Відстань між осями сусідніх труб - крок t = 48мм (8, стр. 17).
4.1.3. Кріплення кіпятільних труб в трубній решітці.
Найбільш поширеним способом закріплення труб у трубних гратах є розвальцьовування. Розвальцьовування труб полягає в холодній роздачі (розкочування) їх в отворах трубної решітки. Кріплення труб в трубних гратах гладкою розвальцьовуванням.
У разі розвальцьовування діаметр отворів в трубній решітці під кип'ятильні труби для оптимальної величини зазору дорівнює: d = 38,9 мм (8, стор 21).
Розрахунок закріплення труб в трубній решітці випарного апарату полягає у визначенні розрахункової мінімальної висоти трубної решітки, що забезпечує кріплення в ній труб при вальцюванні:
h '= (4,35 d н +15) / (td н) = (4,35 * 38 +15) / (48-38) = 18мм.
Приймемо h '= 20 мм.
4.1.4. Розрахунок товщини трубної решітки.
Трубна решітка - Тип 1.
Номінальна розрахункова висота трубної решітки зовні:
h 1 = kD (p / s ід), де k = 0,28; D = 1000мм - внутрішній діаметр гріючої камери, р = 0,476 МПа - тиск пари, що гріє, s ід = 136МН / м 2 - напруга, що допускається на вигин для матеріалу решітки (8, стр. 27).
h 1 = 17 мм.
Номінальна розрахункова висота трубної решітки посередині:
h = kD (p / j про s ід), де j о = (D-Sd) / D = (Dd н b) / D = 0,13 - коефіцієнт ослаблення трубної решітки отворами під кип'ятильні трубки; до = 0,47 .
h = 78 мм.
4.2. Сепаратор.
4.2.1. Висота і діаметр сепаратора.
Сепараційні простір у випарної апараті служить для запобігання виносу вторинним паром крапель упарюємо розчину, тому що краплі уносимого розчину потрапляють в міжтрубний простір наступного випарного апарату, збільшують його термічний опір, забруднюють конденсат пари. Віднесення також зменшує вихід готового продукту.
Величину винесення крапель характеризує об'ємним напругою парового простору Rv, що представляє відношення об'ємного потоку вторинної пари на 1м 3 парового простору.
Rv = 4100 м 3 / м 3 ч.
Для реальних випадків випарювання приймають максимальне напруження парового простору Rv перед = 0,35 * Rv = 502 м 3 / м 3 ч.
Обсяг сепарації простору визначається за формулою:
Vсеп = W / Rv перед r п, де W = 5303кг / год - кількість вторинної пари; r п = 1,453 кг/м3 - щільність вторинної пари (2, стор.18).
Vсеп = 7,3 м 3.
Нехай висота сепаратора Hсеп = 3м.
Тоді діаметр сепаратора:
Dсеп = (4Vсеп/pHсеп) 1 / 2 = 1,76 м.
Приймаємо діаметр сепаратора 1800 мм.
4.2.2. Бризгоотделітель.
Бризгоотделітелі розташовуються у верхній частині сепарації простору і служать для остаточного відділення крапель розчину від вторинної пари. Виберемо бризгоотделітель інерційно-відцентрового типу.
Вибір бризгоуловітеля виробляють з діаметра сепаратора і кількості випарованої води (8, стор.49):
D 5 = 900мм; d 1 *= 600мм; H 5 *= 1250мм; H 6 = 1050мм; B = 300мм; C = 650мм; K = 400мм; I 1 = 240мм; I 2 = 75мм; кількість щілин n = 6.
4.3. Днища й кришки.
4.3.1. Розрахунок еліптичної кришки сепаратора.
р = 0,476 МПа = 4,85 ат.
Номінальна розрахункова товщина стінки розраховується за формулою:
d ст '= pDвн / (2 [s] j)
Допустиме напруження [s] = hs *, де h = 1,0 - поправочний коефіцієнт, що враховує умови експлуатації апарату (5, стор 408); s - нормативне допустима напруга для обраного матеріалу - сталь марки Х18Н10Т.
s * = 138 МН / м 2 - номінальна напруга, що допускається за температури 127 0 С (5, стор 406).
[S] = hs * = 138 МН / м 2
j = (dвн-Sd) / dвн = (1800-500) / 1800 = 0,72 - коефіцієнт ослаблення кришки отворами.
Де Sd = 500 мм - діаметр центрального штуцера для виходу вторинної пари.
Dвн = 1800 мм - діаметр сепаратора.
Тоді d ст '= (0,476 * 10 6 * 1,800) / (2 * 0,72 * 138 * 10 6) = 4,3 мм.
Розрахункова товщина стінки дорівнює d ст = d ст '+ Ск + Се + Сд + З, де Се - надбавка на ерозію або інший вид механічної дії робочого середовища на матеріал, Сд - додаткова надбавка за технологічними, монтажним та інших міркувань, величинами Сд і Се нехтуємо.
Ск = 1мм, тому що проникність даного матеріалу не більше 0,1 мм / рік (5, стор 409).
З = 1 надбавка на округлення розміру.
Тоді d ст = 4,3 +2 = 6,3 мм.
Таким чином, товщина стінки повинна бути не менше 6,3 мм, приймаємо d ст = 10мм (8, стр. 21).
Підбираємо еліптичну кришку (8, стор.55):
D вн = 1800мм; h = 40мм; h в = 450мм.
4.3.2. Підбір еліптичного днища сепаратора.
Товщина стінки 10мм.
Центральний штуцер для зливу з апарату d = 50мм.
Підбираємо еліптичне днище (8, стор.55):
D вн = 1000мм; h = 25мм; h в = 250мм.
4.3.3. Підбір конічного днища сепаратора.
Товщина стінки 10мм.
Підбираємо конічне днище (8, стор.58):
D вн = 1800мм; h = 50мм; h = 1631мм.
4.3.4. Підбір конічної кришки.
Товщина стінки 10мм.
Підбираємо конічну кришку (8, стор.58):
D вн = 1000мм; h = 50мм; h = 906мм.
4.4. Основні штуцера випарного апарату.
Підбір зроблений за кафедрального стенду ПАХТ виходячи їх діаметра гріючої камери.
4.4.1. Штуцер для подачі вихідного розчину.
Діаметр d1 = 80 мм.
4.4.2. Штуцер для виведення упаренного розчину.
Діаметр d2 = 80 мм.
4.4.3. Штуцер для виведення вторинної пари.
Діаметр d3 = 500 мм.
4.4.4. Штуцер для введення пари, що гріє.
Діаметр d4 = 500 мм.
4.4.5. Штуцер для виведення конденсату гріючої пари.
Діаметр d5 = 65 мм.
5. Вузол підігріву вихідного розчину.
Призначення розраховується теплообмінника - підігрів вихідного розчину, що подається при температурі навколишнього середовища t н = 20,3 0 С (м. Стерлітамак, середньо липнева температура (3, стор 513)) до температури кипіння.
«Гарячий потік» - екстра-пар, тобто вторинний пар, що відводиться з першого корпусу при температурі Т = 128,5-1,5 = 127 0 С. Причому потік змінює агрегатний стан, отже, його температура постійна.
«Холодний потік» - вихідна суміш 10% хлористого натрію, що подається при температурі 20,3 0 С.
5.1. Теплове навантаження апарату.
Теплове навантаження апарату визначається виходячи з умов нагрівання вихідного розчину від початкової температури t н = 20,3 0 С до кінцевої t 0 = 101,5 0 С (З = 3,731 кДж / кг (2, стор 21)) за такою формулою:
Q = G пра r пар = S 0 c 0 (t 0-t н) = 20000 * 3,731 * (101,5-20,3) = 6,06 * 10 6 кДж / ч.
5.2. Рушійна сила процесу.
Різниці температур теплоносіїв на кінцях теплообмінника:
D1 = Т t н = 127 20 = 107 0 С
D2 = Т t до = 127 101,5 = 25,5 0 С
Рушійна сила процесу:
D сер = (D1-D2) / ln (D1/D2) =
= (107-25,5 ln (107/25, 5) = 56,8 0 C
5.3. Витрата пари, що гріє.
G пар = Q / r пар,
де r пар = 521,4 ккал / кг = 2184,7 кДж / кг - питома теплота пароутворення при Т = 127 0 С (2, стор 18).
Т.ч., G пар = 6,06 * 10 6 / 2116,0 = 2774 кг / ч.
5.4. Вибір конструкційного матеріалу теплообмінника.
Вибираємо конструкційний матеріал, стійкий в середовищі киплячого розчину хлориду натрію при концентрації 10 (5, стор 309). У цих умовах хімічно стійкою є сталь марки Х28. Швидкість корозії її менш 1мм/год. Коефіцієнт теплопровідності l = 16,8 Вт / м * К (5, стор 101).
5.5. Орієнтовний вибір теплообмінника.
Як парорідинних підігрівачів найбільш раціональними є багатоходові кожухотрубчасті теплообмінники жорсткої конструкції - тип ТН. Апарати типу ТН виконуються з нерухомими трубними решітками. Розташування апарату вертикальне. Для нормальної роботи теплообмінника в міжтрубний простір необхідно направити конденсується пар, а в трубне простір - вихідний розчин.
Геометричні розміри трубок рекомендується вибирати шляхом орієнтовної оцінки необхідної поверхні теплообміну:
Fор = Q / KорDср.
Для оцінки задамося очікуваним значенням коефіцієнта теплопередачі Кор, орієнтовні межі якого в промислових теплообмінних апаратах вказані (7, стор.47) - Кор = 300 - 2500Вт / м 2 К. Нехай Кор = 1800Вт / м 2 К.
Fор = 6,06 * 10 6 / 1800 * 56,8 = 59м 2.
Підбираємо по (7, стор.51) теплообмінник:
· Поверхня теплообміну 61 м 2;
· Довжина труб 4м;
· Діаметр труб d = 25 * 2;
· Число ходів z = 6;
· Загальна кількість труб 196;
· Трубне простір (3,14 * (0,025-0,004) 2) * 206 = 0,271 м 2. Т о., На один хід 0,271 / 6 = 0,045 м 2
5.6. Розрахунок коефіцієнта теплопередачі К.
К = {(К 1 / 3 D ср 1 / 3 / А 4 / 3) + (d ст l ст a2 } -1
5.6.1. Розрахунок коефіцієнта тепловіддачі від поверхні трубки до розчину a2.
Розрахунок a2 роблять за критеріальним рівнянь.
Швидкість течії розчину дорівнює:
W = So * z / f тр r = 20000 * 6 / 3600 * 0,045 * 1072 = 0,711 м / с,
Де r = 1027 кг / м 3-щільність 10% хлористого натрію при температурі кипіння (4, стор 56);
n = 0,339 * 10 -6 м 2 / с - в'язкість 10% хлористого натрію при температурі кипіння (4, стор 58).
При цій швидкості маємо:
Re = Wd / n = 0,711 * 0,021 / 0,339 * 10 -6 = 4,4 * 10 4
Т. о., Потрапляємо в розвинену турбулентну область.
Nu2 = 0,021 Re 0,8 Pr -0,43 (Pr / Pr ст) 0,25 e l
Критерій Прандтля - характеризує ставлення вязкостних і температуропровідності властивостей теплоносія - конденсирующегося водяної пари Pr = n / а = 0,339 * 10 -6 / 16,9 * 10 -8 = 2,01 при температурі кипіння 10% хлористого натрію (3, стор 537 ), де а - коефіцієнт теплопровідності (4, стор 64).
Для нагріваються рідин можна приймати (Pr / Pr ст) 0,25 = 1, допускаючи невелику погрішність у бік зменшення коефіцієнта тепловіддачі, тобто в бік запасу.
Скориставшись номограмою для визначення критерію Nu2 (3, стор 536)
Nu2 = 140.
Тоді a2 = Nu2l води / d = 140 * 0,633 / 0,021 = 4220 Вт / К * м 2,
Де l води = 0,633 Вт / м * К - теплопровідність 10% NaCl при температурі кипіння (4, стор 61).
5.6.2. Розрахунок коефіцієнта А.
А = 0,94 (l3r2rg/mH) 1 / 4
При температурі Т = 127 0 С l = 68,6 * 10-2 Вт / мК
r = 935 кг/м3 (3, стор 512)
m = 212 * 10-6Па * з
r = 2194 кДж / кг (3, стор 524)
Н = 4м
Тоді А = 8647,8
5.6.3. Розрахунок коефіцієнта теплопередачі К.
К = {(К 1 / 3 D ср 1 / 3 / А 4 / 3) + (d ст l ст a2 } -1
D сер = 82,7 0 C;
d ст = 2мм = 0.002м - товщина стінок нагрівальних труб;
l ст = 16,8 Вт / м * К - теплопровідність матеріалу стінки;
a2 = 4220 Вт / К * м 2 - коефіцієнт тепловіддачі від поверхні трубки до розчину;
А = 8647,8;
a2 = 4220 Вт / м 2.
Скористаємося ітераційним розрахунком:
К (d ст l ст a2) = 1 - (К / А) 4 / 3 * D ср 1 / 3
Нехай y л = К (d ст l ст a2)
Y п = К (d ст l ст a2)
Побудуємо обидва графіка в одній системі координат, перетин цих графіків дає справжнє значення К.
З графіків видно, що К = 2600 Вт / (м 2 * К).
Реальне значення коефіцієнта теплопередачі в працюючому теплообміннику завжди менше розрахованого через додаткові термічних опорів забруднень стінок r загр з обох сторін. При цьому загальний термічний опір в реальному теплообміннику:
(1 / К) реал = (1 / К) розр + r загр.1 + r загр.2
Значення термічних опорів забруднень стінок r загр взяті з (3, стор 506):
r загр.1 = 1,7 * 10 -4 м 2 * К / Вт - для водяної пари, r загр.2 = 1,7 * 10 -4 м 2 * К / Вт - для киплячого вихідного розчину.
(1 / К) реал = 1 / 2600 + 1,7 * 10 -4 +1,7 * 10 -4 = 7,2 * 10 -4 м 2 * К / Вт
Тоді До реал = 1380 Вт / (м 2 * К).
5.7. Розрахунок поверхні теплообміну.
Fор = Q / KорDср = 6,06 * 10 6 / 1380 * 56,8 = 77М 2.
5.8. Підбір теплообмінника за каталогом.
Підбираємо по (7, стор.51) теплообмінник:
· Поверхня теплообміну 79 м 2;
· Довжина труб 4м;
· Діаметр труб d = 20 * 2;
· Число ходів z = 6;
· Загальна кількість труб 316.
6. Блок створення та підтримки вакууму.
Для створення вакууму в випарних установках зазвичай застосовують конденсатори змішання з барометричною трубою. В якості охолоджувального агента використовують воду, яка подається в конденсатор при температурі навколишнього середовища (м. Стерлітамак t = 20 0 C). Суміш охолоджуючої води і конденсату виливається з конденсатора за барометричною трубі. Для підтримання сталості вакууму в системі з конденсатора за допомогою вакуум-насоса відкачують неконденсуючий гази.
6.1. Розрахунок барометричного конденсатора змішання.
6.1.1. Витрата охолоджуючої води G в.
Gв визначають з теплового балансу конденсатора:
Gв = W 3 (h бк-c в t к) / c в (t k-t н),
де h бк - ентальпія пари в барометричному конденсаторі; t н = 20 0 С - початкова температура охолоджуючої води;
C в = 4,19 кДж / кг;
t к - кінцева температура суміші води та конденсату;
Р бк = 7000 Па = 0,0714 ат, то по (2, стор 23) t бк = 38,7 0 С і h бк = 2572,2 кДж / кг.
Різниця температур між парою і рідиною на виході з конденсатора повинна бути 3 - 5 0 С. Тому кінцеву температуру води t до на виході з конденсатора приймемо на 4 градуси нижче температури конденсації парів: t к = t бк -4 = 38,7-4 = 34,7 0 С.
Тоді Gв = 3716,5 (2572,2-4,19 * 34,7) / 4,19 (38,7-20) = = = (3716,5 * (2572,2-4,19 * 34,7 )) / (4,19 * (38,7-20)) 115110кг / ч = = 115110/3600 31,98 кг / с.
6.1.2. Діаметр конденсатора.
Визначають за рівнянням витрати:
d бк = (4W 3 / (rpv)) 1 / 2
r = 0,04782 кг/м3 - щільність парів (2, стор 23).
При залишковому тиску до конденсаторі порядку 10 4 Па швидкість парів v = 15 - 25 м / с.
Тоді d бк = (4 * 3716,4 / 3600 (0,04782 * 3,14 * 20)) 1 / 2 = 1,17 м.
За (4, стор 41) підбираємо конденсатор:
¨ d бк = 1200мм;
¨ Висота циліндричної частини 4,90 м
¨ Діаметри штуцерів умовні:
Ø Для входу вторинної пари 450мм;
Ø Для входу охолоджуючої води 250мм;
Ø Для барометричної труби 250мм;
Ø Для виходу парогазової суміші 200мм.
6.1.3. Висота барометричної труби.
Діаметр барометричної труби d бт = 250мм.
Швидкість води в барометричної трубі:
v = 4 (Gв + W 3) / (rpd бт 2) = 4 (31,98 +1,03) / (1000 * 3,14 * 0,25 2) = = 0,67 м / с.
Висота барометричної труби:
Н бт = В / r в g + (1 + Sx + l Н бт / d бт) v 2 / 2g + 0,5,
де В - вакуум у барометричному конденсаторі;
Sx - сума коефіцієнтів місцевих опорів;
l - коефіцієнт тертя в барометричної трубі;
0,5 - запас висоти на можливу зміну барометричного тиску.
В = Ратм - Рбк = 98000 - 7000 = 91000 Па;
Sx = xвх + xвих = 0,5 +1,0 = 1,5, де xвх, xвих - коефіцієнти місцевих опорів на вході в трубу і виході з неї (3, стор 494).
Коефіцієнт тертя l залежить від режиму течії рідини. Визначимо режим:
Re = d бт v / n в = 0,25 * 0,67 / 0,81 * 10 -6 = 206790,
де n в = 0,81 * 10 -6 м 2 / с при t к = 34,7 0 С (3, стор 512).
При Re = 206790 коефіцієнт тертя визначається за формулою Нікурадзе:
l = 0,0032 + 0,221 * Re -0,237 = 0,015
Т. о., Н бт = 91000/1000 * 9,81 + (1 +1,5 5 Н бт / 0,25) 0,67 2 / 2 * 9,81 + 0,5 = 9,833 +0,00137 Н бт
Н бт = 9,8 м.
6.1.4. Барометричний скриньку.
Барометричний ящик, заповнений водою і сполучається з атмосферою, є гідравлічним затвором для барометричної труби. Об'єм води в ящику повинен забезпечувати заповнення барометричної труби при пуску установки. Отже, обсяг ящика має бути не менше обсягу барометричної труби, а форма скриньки може бути довільною:
V 3> = pd бт 2 Н бт / 4> = 3,14 * 0,25 2 * 9,8 / 4 = 0,48 м 3.
6.2. Розрахунок продуктивності вакуум-насоса.
Продуктивність вакуумного насоса G пов визначається кількістю газу (повітря), який необхідно видаляти з барометричного конденсатора:
G пов = 2,5 * 10 -5 (Gв + W 3) +0,01 W 3 = 2,5 * 10 -5 (31,98 +1,03) +0,01 * 1,03 = 11,1 * 10 -3 кг / с
Об'ємна продуктивність вакуум-насоса дорівнює:
V пов = R (273 + t пов) G пов / (M пов P пов), де R = 8314 Дж / (кмоль * К) - універсальна газова постійна;
M пов = 29 кг / кмоль - молекулярна маса повітря;
t пов - температура повітря:
t пов = t н +4 +0,1 * (t к - t н) = 20 + 4 + 0,1 * 14,7 = 25,5 0 С;
Р возд - парціальний тиск сухого повітря в барометричному конденсаторі:
Р пов = Р бк-Р п = 7000-3355 = 3645 Па, де тиск сухого насиченої пари Р п = 0,03426 ат = 3355 Па при температурі 25,5 0 С (2, стор 17).
Тоді V пов = 8314 (273 +25,5) 1,1 * 10 -3 / (29 * 3645) = 0,026 м 3 / с = 1,55 м 3 / хв
Знаючи об'ємну продуктивність і залишковий тиск, за каталогом (7, стор 188) підбираємо вакуум-насос типу ВВН-3 з потужністю на валу N = 6,5 кВт.
7. Розрахунок і вибір допоміжного обладнання випарної установки.
7.1. Конденсатовідвідники.
Для відведення конденсату, що утворюється при роботі теплообмінних апаратів, в залежності від тиску пари, застосовують різні види пристроїв.
7.1.1. Конденсатовідвідник для відведення конденсату з теплообмінника, обігрівального вихідний розчин до температури кипіння.
Температура гріючої пари на вході в теплообмінник 127 0 С, отже, тиск Р = 2,5160 ат = = 0,247 МПа.
При даному тиску стійко працює конденсатороотводчік термодинамічний муфтовий чавунний типу 45ч12нж.
Ø Розрахункова кількість конденсату після теплообмінника:
Витрата пари, що гріє Gрасч = 2774 кг / год, тоді G = 1,2 Gрасч = 3,3 т / ч.
Ø Тиск пари перед конденсатовідвідників:
Р 1 = 0,95 * Р = 1,44 ати.
Ø Тиск пари після конденсотоотводчіка:
Р 2 = 0,5 * Р 1 = 0,72 ати.
Ø Умовна пропускна здатність:
KVy = G / (A * DP 0,5), де DP = 0,72 ат = 0,07 МПа - перепад тиску на конденсатовідвідник;
А = 0,67 - коефіцієнт, що враховує температуру конденсату і перепад тисків на конденсатовідвідник (11, стор.6).
KVy = 3,3 / (0,67 * 0,72 0,5) = 6 т / год
Ø Підбір конденсатовідвідників типу 45ч12нж по (11, стор 7):
Встановимо 3 однакових конденсатовідвідник з умовною пропускною здатністю KVy = 2; діаметр умовного проходу дорівнює 40мм; розміри L = 170мм, L1 = 22мм, Hmax = 89мм, H1 = 42,5 мм, Do = 111,5 мм.
7.1.2. Конденсатовідвідник для відведення конденсату з першого корпусу випарної установки.
Температура гріючої пари на вході в апарат 150 0 С, отже, тиск Р = 4,85 ат = 0,476 МПа.
При даному тиску стійко працює конденсатороотводчік термодинамічний муфтовий чавунний типу 45ч12нж.
Ø Розрахункова кількість конденсату після теплообмінника:
Витрата пари, що гріє Gрасч = 6596 кг / год, тоді G = 1,2 Gрасч = 7,9 т / ч.
Ø Тиск пари перед конденсатовідвідників:
Р 1 = 0,95 * Р = 3,61 ати.
Ø Тиск пари після конденсотоотводчіка:
Р 2 = 0,5 * Р 1 = 1,81 ати.
Ø Умовна пропускна здатність:
Ø
KVy = G / (A * DP 0,5), де DP = 1,8 ат = 0,18 МПа - перепад тиску на конденсатовідвідник;
А = 0,55 - коефіцієнт, що враховує температуру конденсату і перепад тисків на конденсатовідвідник (11, стор.6).
KVy = 4,61 / (0,55 * 0,18 0,5) = 6,2 т / ч.
Ø Підбір конденсатовідвідник типу 45ч12нж по (11, стор 7):
Встановимо 2 однакових конденсатовідвідник з умовною пропускною здатністю KVy = 2 та один з умовною пропускною здатністю KVy = 2,5.
При KVy = 2 діаметр умовного проходу дорівнює 40мм; розміри L = 170мм, L1 = 22мм, Hmax = 89мм, H1 = 42,5 мм, Do = 111,5 мм.
При KVy = 2,5 діаметр умовного проходу дорівнює 50мм; розміри L = 200мм, L1 = 24мм, Hmax = 103мм, H1 = 60мм, Do = 115мм.
7.1.3. Конденсатовідвідник для відведення конденсату з другого корпусу випарної установки.
Температура гріючої пари на вході в апарат 127 0 С, отже, тиск Р = 0,247 МПа.
При даному тиску стійко працює конденсатороотводчік термодинамічний муфтовий чавунний типу 45ч12нж.
Ø Розрахункова кількість конденсату після теплообмінника:
Витрата пари, що гріє Gрасч = W1-E1 = 2,3 т / год, тоді G = 1,2 Gрасч = 2,8 т / ч.
Ø Тиск пари перед конденсатовідвідників:
Р 1 = 0,95 * Р = 1,425 ати.
Ø Тиск пари після конденсотоотводчіка:
Р 2 = 0,5 * Р 1 = 0,713 ати.
Ø Умовна пропускна здатність:
KVy = G / (A * DP 0,5), де DP = 0,7125 ат - перепад тиску на конденсатовідвідник;
А = 0,7 - коефіцієнт, що враховує температуру конденсату і перепад тисків на конденсатовідвідник (11, стор.6).
KVy = 2,8 / (0,7 * 0,713 0,5) = 5 т / г.
Ø Підбір конденсатовідвідник типу 45ч12нж по (11, стор 7):
Встановимо 2 однакових конденсатовідвідник з умовною пропускною здатністю KVy = 2,5.
При KVy = 2,5 діаметр умовного проходу дорівнює 50мм; розміри L = 200мм, L1 = 24мм, Hmax = 103мм, H1 = 60мм, Do = 115мм.
7.1.4. Конденсатовідвідник для відведення конденсату з третього корпусу випарної установки.
Температура гріючої пари на вході в апарат 92 0 С, отже, тиск Р = 0,076 МПа = 0,077 ат.
При даному тиску стійко працює конденсатороотводчік поплавкрвий муфтовий (із перевернутим поплавцем) 4513нж.
Ø Розрахункова кількість конденсату після теплообмінника:
Витрата пари, що гріє Gрасч = W2 = 3,0 т / год, тоді G = 1,2 Gрасч = 3,6 т / ч.
Ø Тиск пари перед конденсатовідвідників:
Р 1 = 0,95 * Р = 0,0722 МПа = 0,7 ат.
Ø Тиск пари після конденсотоотводчіка:
Р 2 = 0,5 * Р 1 = 0,0361 МПа = 0,4 ат.
Ø Умовна пропускна здатність:
t н = 89,45 0 С - температура насиченої пари (2, стор 23)
t к = 75,42 0 С - температура конденсату (2, стор.23)
тому що t к / t н = 0,84 <0,85, то
KVy = G / (r t * DP) 0,5, де DP = 0,0361 МПа = 0,37 ат - перепад тиску на конденсатовідвідник;
r t = 0,2459 кг / м 3 - щільність середовища, що протікає через конденсатовідвідник при температур t до (2, стор.23).
KVy = 3,6 / (0,37 * 0,2459) 0,5 = 12 т / ч.
Ø Підбір конденсатовідвідник (11, стор 7):
Встановимо 2 однакових конденсатовідвідник з умовною пропускною здатністю KVy = 6,3; діаметр умовного проходу дорівнює 50мм; розміри L = 24мм, L1 = 50мм, H = 390мм, D = 250мм.
7.2. Ємності.
На проектованої установки повинні бути передбачені ємності для вихідного і упаренного розчинів, що забезпечують безперервну роботу установки протягом 3 годин.
7.2.1. Ємність для вихідного розчину.
Продуктивність по вихідного розчину
S 0 = 20000кг / ч.
Щільність 10% розчину хлориду натрію при температурі навколишнього середовища r = 1070,7 кг / м 3.
Тоді об'єм розчину дорівнює
V = S 0 / r = 20000/1070, 7 = 18,7 м 3 / ч.
Тоді попередній обсяг ємності з урахуванням коефіцієнта заповнення e = 0,8 дорівнює
V '= V * 3ч / e = 70 м 3.
7.2.2. Ємність для вихідного розчину.
Продуктивність по вихідного розчину
S 3 = S 0 - W = 20000 - 12000 = 8000 кг / ч.
Щільність 25% розчину хлориду натрію при температурі t 3 = 43,4 0 С
r = 1137,7 кг / м 3.
Тоді об'єм розчину дорівнює
V = S 0 / r = 8000/1137, 7 = 7,0 м 3 / ч.
Тоді попередній обсяг ємності з урахуванням коефіцієнта заповнення e = 0,8 дорівнює
V '= V * 3ч / e = 26 м 3
8. Список літератури.
1) Н. І. Гельперін, К. І. Солопенко «Прямоточна багатокорпусних випарна установка з рівними поверхнями нагріву». Москва, 1975р.
2) М. П. Вукаловіч «Термодинамічні властивості води і водяної пари». Москва, Машіновтроеніе, 1967р.
3) К. Ф. Павлов, Н. Г. Романків, А. А. Носков «Приклади і задачі за курсом процесів і апаратів хімічної технології». Ленінград, Хімія, 1987.
4) П. Г. Алексєєв, М. К. Захаров «Методичні вказівки по курсовому проектуванню прямоточних багатокорпусних випарних установок з рівними поверхнями нагріву». Москва, МІТХТ, 1999р.
5) А. А. Лощинська, А. Р. Толщінскій «Основи конструювання і розрахунку хімічної апаратури». Москва, Машинобудування, 1970р.
6) Б. М. Гурович «Таблиці теплофізичних властивостей деяких речовин». Ташкент, Ташкентський політехнічний інститут ім. А. Ф. Беруні, 1975р.
7) Ю. І. Дитнерскій «Основні процеси та апарати хімічної технології. Посібник з проектування ». Москва, Хімія, 1991р.
8) Б. Г. Варфоломєєв, В. В. Карасьов «Конструктивне оформлення випарних апаратів. Навчально-методичний посібник ». Москва, МІТХТ, 2000р.
9) Дж.Перрі «Довідник інженера хіміка». Том 1. Ленінград, Хімія, 1969р.
10) М. І. Кошкін, М. Г. Ширкевич «Довідник з елементарної фізики». Москва, Фізматвид, 1962.
11) В. М. Мясоедніков «Підбір конденсатовідвідників». Москва, МІТХТ, 2000р.
Rv = 4100 м 3 / м 3 ч.
Для реальних випадків випарювання приймають максимальне напруження парового простору Rv перед = 0,35 * Rv = 502 м 3 / м 3 ч.
Обсяг сепарації простору визначається за формулою:
Vсеп = W / Rv перед r п, де W = 5303кг / год - кількість вторинної пари; r п = 1,453 кг/м3 - щільність вторинної пари (2, стор.18).
Vсеп = 7,3 м 3.
Нехай висота сепаратора Hсеп = 3м.
Тоді діаметр сепаратора:
Dсеп = (4Vсеп/pHсеп) 1 / 2 = 1,76 м.
Приймаємо діаметр сепаратора 1800 мм.
4.2.2. Бризгоотделітель.
Бризгоотделітелі розташовуються у верхній частині сепарації простору і служать для остаточного відділення крапель розчину від вторинної пари. Виберемо бризгоотделітель інерційно-відцентрового типу.
Вибір бризгоуловітеля виробляють з діаметра сепаратора і кількості випарованої води (8, стор.49):
D 5 = 900мм; d 1 *= 600мм; H 5 *= 1250мм; H 6 = 1050мм; B = 300мм; C = 650мм; K = 400мм; I 1 = 240мм; I 2 = 75мм; кількість щілин n = 6.
4.3. Днища й кришки.
4.3.1. Розрахунок еліптичної кришки сепаратора.
р = 0,476 МПа = 4,85 ат.
Номінальна розрахункова товщина стінки розраховується за формулою:
d ст '= pDвн / (2 [s] j)
Допустиме напруження [s] = hs *, де h = 1,0 - поправочний коефіцієнт, що враховує умови експлуатації апарату (5, стор 408); s - нормативне допустима напруга для обраного матеріалу - сталь марки Х18Н10Т.
s * = 138 МН / м 2 - номінальна напруга, що допускається за температури 127 0 С (5, стор 406).
[S] = hs * = 138 МН / м 2
j = (dвн-Sd) / dвн = (1800-500) / 1800 = 0,72 - коефіцієнт ослаблення кришки отворами.
Де Sd = 500 мм - діаметр центрального штуцера для виходу вторинної пари.
Dвн = 1800 мм - діаметр сепаратора.
Тоді d ст '= (0,476 * 10 6 * 1,800) / (2 * 0,72 * 138 * 10 6) = 4,3 мм.
Розрахункова товщина стінки дорівнює d ст = d ст '+ Ск + Се + Сд + З, де Се - надбавка на ерозію або інший вид механічної дії робочого середовища на матеріал, Сд - додаткова надбавка за технологічними, монтажним та інших міркувань, величинами Сд і Се нехтуємо.
Ск = 1мм, тому що проникність даного матеріалу не більше 0,1 мм / рік (5, стор 409).
З = 1 надбавка на округлення розміру.
Тоді d ст = 4,3 +2 = 6,3 мм.
Таким чином, товщина стінки повинна бути не менше 6,3 мм, приймаємо d ст = 10мм (8, стр. 21).
Підбираємо еліптичну кришку (8, стор.55):
D вн = 1800мм; h = 40мм; h в = 450мм.
4.3.2. Підбір еліптичного днища сепаратора.
Товщина стінки 10мм.
Центральний штуцер для зливу з апарату d = 50мм.
Підбираємо еліптичне днище (8, стор.55):
D вн = 1000мм; h = 25мм; h в = 250мм.
4.3.3. Підбір конічного днища сепаратора.
Товщина стінки 10мм.
Підбираємо конічне днище (8, стор.58):
D вн = 1800мм; h = 50мм; h = 1631мм.
4.3.4. Підбір конічної кришки.
Товщина стінки 10мм.
Підбираємо конічну кришку (8, стор.58):
D вн = 1000мм; h = 50мм; h = 906мм.
4.4. Основні штуцера випарного апарату.
Підбір зроблений за кафедрального стенду ПАХТ виходячи їх діаметра гріючої камери.
4.4.1. Штуцер для подачі вихідного розчину.
Діаметр d1 = 80 мм.
4.4.2. Штуцер для виведення упаренного розчину.
Діаметр d2 = 80 мм.
4.4.3. Штуцер для виведення вторинної пари.
Діаметр d3 = 500 мм.
4.4.4. Штуцер для введення пари, що гріє.
Діаметр d4 = 500 мм.
4.4.5. Штуцер для виведення конденсату гріючої пари.
Діаметр d5 = 65 мм.
5. Вузол підігріву вихідного розчину.
Призначення розраховується теплообмінника - підігрів вихідного розчину, що подається при температурі навколишнього середовища t н = 20,3 0 С (м. Стерлітамак, середньо липнева температура (3, стор 513)) до температури кипіння.
«Гарячий потік» - екстра-пар, тобто вторинний пар, що відводиться з першого корпусу при температурі Т = 128,5-1,5 = 127 0 С. Причому потік змінює агрегатний стан, отже, його температура постійна.
«Холодний потік» - вихідна суміш 10% хлористого натрію, що подається при температурі 20,3 0 С.
5.1. Теплове навантаження апарату.
Теплове навантаження апарату визначається виходячи з умов нагрівання вихідного розчину від початкової температури t н = 20,3 0 С до кінцевої t 0 = 101,5 0 С (З = 3,731 кДж / кг (2, стор 21)) за такою формулою:
Q = G пра r пар = S 0 c 0 (t 0-t н) = 20000 * 3,731 * (101,5-20,3) = 6,06 * 10 6 кДж / ч.
5.2. Рушійна сила процесу.
Різниці температур теплоносіїв на кінцях теплообмінника:
D1 = Т t н = 127 20 = 107 0 С
D2 = Т t до = 127 101,5 = 25,5 0 С
Рушійна сила процесу:
D сер = (D1-D2) / ln (D1/D2) =
= (107-25,5 ln (107/25, 5) = 56,8 0 C
5.3. Витрата пари, що гріє.
G пар = Q / r пар,
де r пар = 521,4 ккал / кг = 2184,7 кДж / кг - питома теплота пароутворення при Т = 127 0 С (2, стор 18).
Т.ч., G пар = 6,06 * 10 6 / 2116,0 = 2774 кг / ч.
5.4. Вибір конструкційного матеріалу теплообмінника.
Вибираємо конструкційний матеріал, стійкий в середовищі киплячого розчину хлориду натрію при концентрації 10 (5, стор 309). У цих умовах хімічно стійкою є сталь марки Х28. Швидкість корозії її менш 1мм/год. Коефіцієнт теплопровідності l = 16,8 Вт / м * К (5, стор 101).
5.5. Орієнтовний вибір теплообмінника.
Як парорідинних підігрівачів найбільш раціональними є багатоходові кожухотрубчасті теплообмінники жорсткої конструкції - тип ТН. Апарати типу ТН виконуються з нерухомими трубними решітками. Розташування апарату вертикальне. Для нормальної роботи теплообмінника в міжтрубний простір необхідно направити конденсується пар, а в трубне простір - вихідний розчин.
Геометричні розміри трубок рекомендується вибирати шляхом орієнтовної оцінки необхідної поверхні теплообміну:
Fор = Q / KорDср.
Для оцінки задамося очікуваним значенням коефіцієнта теплопередачі Кор, орієнтовні межі якого в промислових теплообмінних апаратах вказані (7, стор.47) - Кор = 300 - 2500Вт / м 2 К. Нехай Кор = 1800Вт / м 2 К.
Fор = 6,06 * 10 6 / 1800 * 56,8 = 59м 2.
Підбираємо по (7, стор.51) теплообмінник:
· Поверхня теплообміну 61 м 2;
· Довжина труб 4м;
· Діаметр труб d = 25 * 2;
· Число ходів z = 6;
· Загальна кількість труб 196;
· Трубне простір (3,14 * (0,025-0,004) 2) * 206 = 0,271 м 2. Т о., На один хід 0,271 / 6 = 0,045 м 2
5.6. Розрахунок коефіцієнта теплопередачі К.
К = {(К 1 / 3 D ср 1 / 3 / А 4 / 3) + (d ст l ст a2 } -1
5.6.1. Розрахунок коефіцієнта тепловіддачі від поверхні трубки до розчину a2.
Розрахунок a2 роблять за критеріальним рівнянь.
Швидкість течії розчину дорівнює:
W = So * z / f тр r = 20000 * 6 / 3600 * 0,045 * 1072 = 0,711 м / с,
Де r = 1027 кг / м 3-щільність 10% хлористого натрію при температурі кипіння (4, стор 56);
n = 0,339 * 10 -6 м 2 / с - в'язкість 10% хлористого натрію при температурі кипіння (4, стор 58).
При цій швидкості маємо:
Re = Wd / n = 0,711 * 0,021 / 0,339 * 10 -6 = 4,4 * 10 4
Т. о., Потрапляємо в розвинену турбулентну область.
Nu2 = 0,021 Re 0,8 Pr -0,43 (Pr / Pr ст) 0,25 e l
Критерій Прандтля - характеризує ставлення вязкостних і температуропровідності властивостей теплоносія - конденсирующегося водяної пари Pr = n / а = 0,339 * 10 -6 / 16,9 * 10 -8 = 2,01 при температурі кипіння 10% хлористого натрію (3, стор 537 ), де а - коефіцієнт теплопровідності (4, стор 64).
Для нагріваються рідин можна приймати (Pr / Pr ст) 0,25 = 1, допускаючи невелику погрішність у бік зменшення коефіцієнта тепловіддачі, тобто в бік запасу.
Скориставшись номограмою для визначення критерію Nu2 (3, стор 536)
Nu2 = 140.
Тоді a2 = Nu2l води / d = 140 * 0,633 / 0,021 = 4220 Вт / К * м 2,
Де l води = 0,633 Вт / м * К - теплопровідність 10% NaCl при температурі кипіння (4, стор 61).
5.6.2. Розрахунок коефіцієнта А.
А = 0,94 (l3r2rg/mH) 1 / 4
При температурі Т = 127 0 С l = 68,6 * 10-2 Вт / мК
r = 935 кг/м3 (3, стор 512)
m = 212 * 10-6Па * з
r = 2194 кДж / кг (3, стор 524)
Н = 4м
Тоді А = 8647,8
5.6.3. Розрахунок коефіцієнта теплопередачі К.
К = {(К 1 / 3 D ср 1 / 3 / А 4 / 3) + (d ст l ст a2 } -1
D сер = 82,7 0 C;
d ст = 2мм = 0.002м - товщина стінок нагрівальних труб;
l ст = 16,8 Вт / м * К - теплопровідність матеріалу стінки;
a2 = 4220 Вт / К * м 2 - коефіцієнт тепловіддачі від поверхні трубки до розчину;
А = 8647,8;
a2 = 4220 Вт / м 2.
Скористаємося ітераційним розрахунком:
К (d ст l ст a2) = 1 - (К / А) 4 / 3 * D ср 1 / 3
Нехай y л = К (d ст l ст a2)
Y п = К (d ст l ст a2)
Побудуємо обидва графіка в одній системі координат, перетин цих графіків дає справжнє значення К.
| До | Yл | Yп |
| 2100 | 0,748 | 0,968 |
| 2200 | 0,783 | 0,962 |
| 2300 | 0,819 | 0,954 |
| 2400 | 0,854 | 0,945 |
| 2500 | 0,890 | 0,936 |
| 2600 | 0,926 | 0,925 |
| 2700 | 0,961 | 0,913 |
| 2800 | 0,997 | 0,899 |
| 2900 | 1,032 | 0,884 |
| 3000 | 1,068 | 0,867 |
Реальне значення коефіцієнта теплопередачі в працюючому теплообміннику завжди менше розрахованого через додаткові термічних опорів забруднень стінок r загр з обох сторін. При цьому загальний термічний опір в реальному теплообміннику:
(1 / К) реал = (1 / К) розр + r загр.1 + r загр.2
Значення термічних опорів забруднень стінок r загр взяті з (3, стор 506):
r загр.1 = 1,7 * 10 -4 м 2 * К / Вт - для водяної пари, r загр.2 = 1,7 * 10 -4 м 2 * К / Вт - для киплячого вихідного розчину.
(1 / К) реал = 1 / 2600 + 1,7 * 10 -4 +1,7 * 10 -4 = 7,2 * 10 -4 м 2 * К / Вт
Тоді До реал = 1380 Вт / (м 2 * К).
5.7. Розрахунок поверхні теплообміну.
Fор = Q / KорDср = 6,06 * 10 6 / 1380 * 56,8 = 77М 2.
5.8. Підбір теплообмінника за каталогом.
Підбираємо по (7, стор.51) теплообмінник:
· Поверхня теплообміну 79 м 2;
· Довжина труб 4м;
· Діаметр труб d = 20 * 2;
· Число ходів z = 6;
· Загальна кількість труб 316.
6. Блок створення та підтримки вакууму.
Для створення вакууму в випарних установках зазвичай застосовують конденсатори змішання з барометричною трубою. В якості охолоджувального агента використовують воду, яка подається в конденсатор при температурі навколишнього середовища (м. Стерлітамак t = 20 0 C). Суміш охолоджуючої води і конденсату виливається з конденсатора за барометричною трубі. Для підтримання сталості вакууму в системі з конденсатора за допомогою вакуум-насоса відкачують неконденсуючий гази.
6.1. Розрахунок барометричного конденсатора змішання.
6.1.1. Витрата охолоджуючої води G в.
Gв визначають з теплового балансу конденсатора:
Gв = W 3 (h бк-c в t к) / c в (t k-t н),
де h бк - ентальпія пари в барометричному конденсаторі; t н = 20 0 С - початкова температура охолоджуючої води;
C в = 4,19 кДж / кг;
t к - кінцева температура суміші води та конденсату;
Р бк = 7000 Па = 0,0714 ат, то по (2, стор 23) t бк = 38,7 0 С і h бк = 2572,2 кДж / кг.
Різниця температур між парою і рідиною на виході з конденсатора повинна бути 3 - 5 0 С. Тому кінцеву температуру води t до на виході з конденсатора приймемо на 4 градуси нижче температури конденсації парів: t к = t бк -4 = 38,7-4 = 34,7 0 С.
Тоді Gв = 3716,5 (2572,2-4,19 * 34,7) / 4,19 (38,7-20) = = = (3716,5 * (2572,2-4,19 * 34,7 )) / (4,19 * (38,7-20)) 115110кг / ч = = 115110/3600 31,98 кг / с.
6.1.2. Діаметр конденсатора.
Визначають за рівнянням витрати:
d бк = (4W 3 / (rpv)) 1 / 2
r = 0,04782 кг/м3 - щільність парів (2, стор 23).
При залишковому тиску до конденсаторі порядку 10 4 Па швидкість парів v = 15 - 25 м / с.
Тоді d бк = (4 * 3716,4 / 3600 (0,04782 * 3,14 * 20)) 1 / 2 = 1,17 м.
За (4, стор 41) підбираємо конденсатор:
¨ d бк = 1200мм;
¨ Висота циліндричної частини 4,90 м
¨ Діаметри штуцерів умовні:
Ø Для входу вторинної пари 450мм;
Ø Для входу охолоджуючої води 250мм;
Ø Для барометричної труби 250мм;
Ø Для виходу парогазової суміші 200мм.
6.1.3. Висота барометричної труби.
Діаметр барометричної труби d бт = 250мм.
Швидкість води в барометричної трубі:
v = 4 (Gв + W 3) / (rpd бт 2) = 4 (31,98 +1,03) / (1000 * 3,14 * 0,25 2) = = 0,67 м / с.
Висота барометричної труби:
Н бт = В / r в g + (1 + Sx + l Н бт / d бт) v 2 / 2g + 0,5,
де В - вакуум у барометричному конденсаторі;
Sx - сума коефіцієнтів місцевих опорів;
l - коефіцієнт тертя в барометричної трубі;
0,5 - запас висоти на можливу зміну барометричного тиску.
В = Ратм - Рбк = 98000 - 7000 = 91000 Па;
Sx = xвх + xвих = 0,5 +1,0 = 1,5, де xвх, xвих - коефіцієнти місцевих опорів на вході в трубу і виході з неї (3, стор 494).
Коефіцієнт тертя l залежить від режиму течії рідини. Визначимо режим:
Re = d бт v / n в = 0,25 * 0,67 / 0,81 * 10 -6 = 206790,
де n в = 0,81 * 10 -6 м 2 / с при t к = 34,7 0 С (3, стор 512).
При Re = 206790 коефіцієнт тертя визначається за формулою Нікурадзе:
l = 0,0032 + 0,221 * Re -0,237 = 0,015
Т. о., Н бт = 91000/1000 * 9,81 + (1 +1,5 5 Н бт / 0,25) 0,67 2 / 2 * 9,81 + 0,5 = 9,833 +0,00137 Н бт
Н бт = 9,8 м.
6.1.4. Барометричний скриньку.
Барометричний ящик, заповнений водою і сполучається з атмосферою, є гідравлічним затвором для барометричної труби. Об'єм води в ящику повинен забезпечувати заповнення барометричної труби при пуску установки. Отже, обсяг ящика має бути не менше обсягу барометричної труби, а форма скриньки може бути довільною:
V 3> = pd бт 2 Н бт / 4> = 3,14 * 0,25 2 * 9,8 / 4 = 0,48 м 3.
6.2. Розрахунок продуктивності вакуум-насоса.
Продуктивність вакуумного насоса G пов визначається кількістю газу (повітря), який необхідно видаляти з барометричного конденсатора:
G пов = 2,5 * 10 -5 (Gв + W 3) +0,01 W 3 = 2,5 * 10 -5 (31,98 +1,03) +0,01 * 1,03 = 11,1 * 10 -3 кг / с
Об'ємна продуктивність вакуум-насоса дорівнює:
V пов = R (273 + t пов) G пов / (M пов P пов), де R = 8314 Дж / (кмоль * К) - універсальна газова постійна;
M пов = 29 кг / кмоль - молекулярна маса повітря;
t пов - температура повітря:
t пов = t н +4 +0,1 * (t к - t н) = 20 + 4 + 0,1 * 14,7 = 25,5 0 С;
Р возд - парціальний тиск сухого повітря в барометричному конденсаторі:
Р пов = Р бк-Р п = 7000-3355 = 3645 Па, де тиск сухого насиченої пари Р п = 0,03426 ат = 3355 Па при температурі 25,5 0 С (2, стор 17).
Тоді V пов = 8314 (273 +25,5) 1,1 * 10 -3 / (29 * 3645) = 0,026 м 3 / с = 1,55 м 3 / хв
Знаючи об'ємну продуктивність і залишковий тиск, за каталогом (7, стор 188) підбираємо вакуум-насос типу ВВН-3 з потужністю на валу N = 6,5 кВт.
7. Розрахунок і вибір допоміжного обладнання випарної установки.
7.1. Конденсатовідвідники.
Для відведення конденсату, що утворюється при роботі теплообмінних апаратів, в залежності від тиску пари, застосовують різні види пристроїв.
7.1.1. Конденсатовідвідник для відведення конденсату з теплообмінника, обігрівального вихідний розчин до температури кипіння.
Температура гріючої пари на вході в теплообмінник 127 0 С, отже, тиск Р = 2,5160 ат = = 0,247 МПа.
При даному тиску стійко працює конденсатороотводчік термодинамічний муфтовий чавунний типу 45ч12нж.
Ø Розрахункова кількість конденсату після теплообмінника:
Витрата пари, що гріє Gрасч = 2774 кг / год, тоді G = 1,2 Gрасч = 3,3 т / ч.
Ø Тиск пари перед конденсатовідвідників:
Р 1 = 0,95 * Р = 1,44 ати.
Ø Тиск пари після конденсотоотводчіка:
Р 2 = 0,5 * Р 1 = 0,72 ати.
Ø Умовна пропускна здатність:
KVy = G / (A * DP 0,5), де DP = 0,72 ат = 0,07 МПа - перепад тиску на конденсатовідвідник;
А = 0,67 - коефіцієнт, що враховує температуру конденсату і перепад тисків на конденсатовідвідник (11, стор.6).
KVy = 3,3 / (0,67 * 0,72 0,5) = 6 т / год
Ø Підбір конденсатовідвідників типу 45ч12нж по (11, стор 7):
Встановимо 3 однакових конденсатовідвідник з умовною пропускною здатністю KVy = 2; діаметр умовного проходу дорівнює 40мм; розміри L = 170мм, L1 = 22мм, Hmax = 89мм, H1 = 42,5 мм, Do = 111,5 мм.
7.1.2. Конденсатовідвідник для відведення конденсату з першого корпусу випарної установки.
Температура гріючої пари на вході в апарат 150 0 С, отже, тиск Р = 4,85 ат = 0,476 МПа.
При даному тиску стійко працює конденсатороотводчік термодинамічний муфтовий чавунний типу 45ч12нж.
Ø Розрахункова кількість конденсату після теплообмінника:
Витрата пари, що гріє Gрасч = 6596 кг / год, тоді G = 1,2 Gрасч = 7,9 т / ч.
Ø Тиск пари перед конденсатовідвідників:
Р 1 = 0,95 * Р = 3,61 ати.
Ø Тиск пари після конденсотоотводчіка:
Р 2 = 0,5 * Р 1 = 1,81 ати.
Ø Умовна пропускна здатність:
Ø
KVy = G / (A * DP 0,5), де DP = 1,8 ат = 0,18 МПа - перепад тиску на конденсатовідвідник;
А = 0,55 - коефіцієнт, що враховує температуру конденсату і перепад тисків на конденсатовідвідник (11, стор.6).
KVy = 4,61 / (0,55 * 0,18 0,5) = 6,2 т / ч.
Ø Підбір конденсатовідвідник типу 45ч12нж по (11, стор 7):
Встановимо 2 однакових конденсатовідвідник з умовною пропускною здатністю KVy = 2 та один з умовною пропускною здатністю KVy = 2,5.
При KVy = 2 діаметр умовного проходу дорівнює 40мм; розміри L = 170мм, L1 = 22мм, Hmax = 89мм, H1 = 42,5 мм, Do = 111,5 мм.
При KVy = 2,5 діаметр умовного проходу дорівнює 50мм; розміри L = 200мм, L1 = 24мм, Hmax = 103мм, H1 = 60мм, Do = 115мм.
7.1.3. Конденсатовідвідник для відведення конденсату з другого корпусу випарної установки.
Температура гріючої пари на вході в апарат 127 0 С, отже, тиск Р = 0,247 МПа.
При даному тиску стійко працює конденсатороотводчік термодинамічний муфтовий чавунний типу 45ч12нж.
Ø Розрахункова кількість конденсату після теплообмінника:
Витрата пари, що гріє Gрасч = W1-E1 = 2,3 т / год, тоді G = 1,2 Gрасч = 2,8 т / ч.
Ø Тиск пари перед конденсатовідвідників:
Р 1 = 0,95 * Р = 1,425 ати.
Ø Тиск пари після конденсотоотводчіка:
Р 2 = 0,5 * Р 1 = 0,713 ати.
Ø Умовна пропускна здатність:
KVy = G / (A * DP 0,5), де DP = 0,7125 ат - перепад тиску на конденсатовідвідник;
А = 0,7 - коефіцієнт, що враховує температуру конденсату і перепад тисків на конденсатовідвідник (11, стор.6).
KVy = 2,8 / (0,7 * 0,713 0,5) = 5 т / г.
Ø Підбір конденсатовідвідник типу 45ч12нж по (11, стор 7):
Встановимо 2 однакових конденсатовідвідник з умовною пропускною здатністю KVy = 2,5.
При KVy = 2,5 діаметр умовного проходу дорівнює 50мм; розміри L = 200мм, L1 = 24мм, Hmax = 103мм, H1 = 60мм, Do = 115мм.
7.1.4. Конденсатовідвідник для відведення конденсату з третього корпусу випарної установки.
Температура гріючої пари на вході в апарат 92 0 С, отже, тиск Р = 0,076 МПа = 0,077 ат.
При даному тиску стійко працює конденсатороотводчік поплавкрвий муфтовий (із перевернутим поплавцем) 4513нж.
Ø Розрахункова кількість конденсату після теплообмінника:
Витрата пари, що гріє Gрасч = W2 = 3,0 т / год, тоді G = 1,2 Gрасч = 3,6 т / ч.
Ø Тиск пари перед конденсатовідвідників:
Р 1 = 0,95 * Р = 0,0722 МПа = 0,7 ат.
Ø Тиск пари після конденсотоотводчіка:
Р 2 = 0,5 * Р 1 = 0,0361 МПа = 0,4 ат.
Ø Умовна пропускна здатність:
t н = 89,45 0 С - температура насиченої пари (2, стор 23)
t к = 75,42 0 С - температура конденсату (2, стор.23)
тому що t к / t н = 0,84 <0,85, то
KVy = G / (r t * DP) 0,5, де DP = 0,0361 МПа = 0,37 ат - перепад тиску на конденсатовідвідник;
r t = 0,2459 кг / м 3 - щільність середовища, що протікає через конденсатовідвідник при температур t до (2, стор.23).
KVy = 3,6 / (0,37 * 0,2459) 0,5 = 12 т / ч.
Ø Підбір конденсатовідвідник (11, стор 7):
Встановимо 2 однакових конденсатовідвідник з умовною пропускною здатністю KVy = 6,3; діаметр умовного проходу дорівнює 50мм; розміри L = 24мм, L1 = 50мм, H = 390мм, D = 250мм.
7.2. Ємності.
На проектованої установки повинні бути передбачені ємності для вихідного і упаренного розчинів, що забезпечують безперервну роботу установки протягом 3 годин.
7.2.1. Ємність для вихідного розчину.
Продуктивність по вихідного розчину
S 0 = 20000кг / ч.
Щільність 10% розчину хлориду натрію при температурі навколишнього середовища r = 1070,7 кг / м 3.
Тоді об'єм розчину дорівнює
V = S 0 / r = 20000/1070, 7 = 18,7 м 3 / ч.
Тоді попередній обсяг ємності з урахуванням коефіцієнта заповнення e = 0,8 дорівнює
V '= V * 3ч / e = 70 м 3.
7.2.2. Ємність для вихідного розчину.
Продуктивність по вихідного розчину
S 3 = S 0 - W = 20000 - 12000 = 8000 кг / ч.
Щільність 25% розчину хлориду натрію при температурі t 3 = 43,4 0 С
r = 1137,7 кг / м 3.
Тоді об'єм розчину дорівнює
V = S 0 / r = 8000/1137, 7 = 7,0 м 3 / ч.
Тоді попередній обсяг ємності з урахуванням коефіцієнта заповнення e = 0,8 дорівнює
V '= V * 3ч / e = 26 м 3
8. Список літератури.
1) Н. І. Гельперін, К. І. Солопенко «Прямоточна багатокорпусних випарна установка з рівними поверхнями нагріву». Москва, 1975р.
2) М. П. Вукаловіч «Термодинамічні властивості води і водяної пари». Москва, Машіновтроеніе, 1967р.
3) К. Ф. Павлов, Н. Г. Романків, А. А. Носков «Приклади і задачі за курсом процесів і апаратів хімічної технології». Ленінград, Хімія, 1987.
4) П. Г. Алексєєв, М. К. Захаров «Методичні вказівки по курсовому проектуванню прямоточних багатокорпусних випарних установок з рівними поверхнями нагріву». Москва, МІТХТ, 1999р.
5) А. А. Лощинська, А. Р. Толщінскій «Основи конструювання і розрахунку хімічної апаратури». Москва, Машинобудування, 1970р.
6) Б. М. Гурович «Таблиці теплофізичних властивостей деяких речовин». Ташкент, Ташкентський політехнічний інститут ім. А. Ф. Беруні, 1975р.
7) Ю. І. Дитнерскій «Основні процеси та апарати хімічної технології. Посібник з проектування ». Москва, Хімія, 1991р.
8) Б. Г. Варфоломєєв, В. В. Карасьов «Конструктивне оформлення випарних апаратів. Навчально-методичний посібник ». Москва, МІТХТ, 2000р.
9) Дж.Перрі «Довідник інженера хіміка». Том 1. Ленінград, Хімія, 1969р.
10) М. І. Кошкін, М. Г. Ширкевич «Довідник з елементарної фізики». Москва, Фізматвид, 1962.
11) В. М. Мясоедніков «Підбір конденсатовідвідників». Москва, МІТХТ, 2000р.