Проектирование многокорпусной установки непрерывного действия для концентрации раствора NaCl

Размещено на http://www.allbest.ru/

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

На тему: «Проектирование многокорпусной установки непрерывного действия для концентрации раствора NaCl»

Содержание

Введение

1. Определение поверхности теплопередачи выпарных аппаратов

1.1 Расчёт концентраций выпариваемого раствора

1.2 Определение температур кипения раствора

1.2.1 Определение температурных потерь

1.3 Расчёт полезной разности температур

1.4 Определение тепловых загрузок

1.5 Выбор конструкционного материала

1.6 Расчет коэффициентов теплопередачи

1.7 Распределение полезной разности температур

1.8 Определение толщины тепловой изоляции

2. Расчет вспомогательного оборудования

2.1 Расчет барометрического конденсатора

2.1.1 Определение расхода охлаждающей воды

2.1.2 Расчет диаметра барометрического конденсатора

2.1.3 Расчет высоты барометрической трубы

2.2 Расчёт производительности вакуум - насоса

2.3 Определение поверхности теплопередачи подогревателя

2.4 Расчёт центробежного насоса

2.5 Расчёт объёма и размеров емкостей

2.6 Определение диаметра штуцеров

2.7 Подбор конденсатоотводчиков

Список литературы

Введение

В химической промышленности для концентрирования растворов нелетучих и мало летучих веществ широко применяется процесс выпаривания. Наиболее целесообразно для этого использовать многокорпусные выпарные установки непрерывного действия (МВУ). МВУ состоят из нескольких корпусов, в которых вторичный пар предыдущего корпуса используется в качестве греющего пара для последующего корпуса. В этих установках первичным паром обогревается только первый корпус. В многокорпусных выпарных установках достигается значительная экономия греющего пара по сравнению с однокорпусными установками той же производительности.

Принципиальная технологическая схема трехкорпусной вакуум-выпарной установки непрерывного действия представлена на рис.1.1.

Исходный раствор подается из емкости 1 центробежным насосом 2 через теплообменник 3 в первый корпус выпарной установки 4. В теплообменнике 3 исходный раствор нагревается до температуры близкой к температуре кипения раствора в первом корпусе выпарной установки.

Первый корпус установки обогревается свежим (первичным) паром. Вторичный пар, образующийся при кипении раствора в первом корпусе, направляется в качестве греющего пара во второй корпус 5; сюда же поступает частично сконцентрированный раствор из первого корпуса. Аналогично упаренный раствор из второго корпуса подается в третий корпус 6 , обогреваемый вторичным паром второго корпуса. Упаренный до конечной концентрации в третьем корпусе готовый продукт поступает из него в емкость 10. По мере прохождения из корпуса в корпус давление и температура пара понижаются, и из последнего (третьего) корпуса пар с низким давлением отводится в барометрический конденсатор смешения 7, в котором при конденсации пара создается вакуум.



Раствор и вторичный пар перемещаются из корпуса в корпус самотеком благодаря общему перепаду давления, возникающего в результате давления, возникающего в результате избыточного давления в первом корпусе и вакуума в последнем. Воздух и неконденсирующиеся газы, поступающие в установку с охлаждающей водой (в конденсаторе) и через неплотности трубопроводов, отсасываются через ловушку 8 вакуум-насосом.

Смесь охлаждающей воды и конденсата сливается самотеком через барометрическую трубу в бак-гидрозатвор 9.Конденсат греющих паров из выпарных аппаратов и теплообменника выводится с помощью конденсатоотводчиков.

Конструкция выпарного аппарата должна удовлетворять ряду общих требований, к числу которых относятся: высокая производительность и интенсивность теплопередачи при возможно меньших объеме аппарата и расходе металла на его изготовление, простота устройства, надежность в эксплуатации, легкость чистки поверхности теплообмена, осмотра и ремонта.

Вместе с тем выбор конструкции и материала выпарного аппарата определяется в каждом конкретном случае физико-химическими свойствами раствора.

Для выпаривания растворов небольшой вязкости (до 8 мПа•с) без образования кристаллов, чаще всего используют выпарные аппараты с естественной циркуляцией. Высоковязкие и кристаллизующиеся растворы выпаривают в аппаратах с принудительной циркуляцией.

Растворы чувствительные к повышенным температурам рекомендуется выпаривать в роторно-пленочных выпарных аппаратах, а растворы склонные к пенообразованию - в прямоточных аппаратах с восходящей пленкой.

Типы и основные размеры выпарных аппаратов представлены в ГОСТ 11987-81, и каталогах УКРНИИХИММАШа [11,12].

1. Определение поверхности теплопередачи выпарныхаппаратов

Технологический расчёт выпарных аппаратов заключается в определении поверхности теплопередачи. Поверхность теплопередачи выпарного аппарата определяется по основному уравнению теплопередачи

,

где  - поверхность теплопередачи, м²;  - тепловая нагрузка, Вт;  - коэффициент теплопередачи, Вт/(м²•К);  - полезная разность температур, К.

Для определения тепловых нагрузок, коэффициентов теплопередачи и полезных разностей температур необходимо знать распределение упариваемой воды, концентрации растворов по корпусам и их температуры кипения. Первоначально определим эти величины по материальному балансу, в дальнейшем уточним их по тепловому балансу.

1.1 Расчёт концентраций выпариваемого раствора

Производительность установки по выпариваемой воде определяем по формуле:

,

где  - производительность по выпаренной воде, кг/с;  - производительность по исходному раствору, кг/с;  - соответственно начальная и конечная концентрация раствора, масс. доли,

.

На основании практических данных принимаем, что выпариваемая вода распределяется между корпусами в соотношении

Тогда:

кг/с

кг/с

кг/с

Проверка:

W₁+W₂+W₃= W; 0,29 + 0,32 + 0,35 = 0,96 кг/с.

Рассчитываем концентрации растворов в корпусах:

Концентрация раствора в третьем корпусе должна соответствовать заданной концентрации упаренного раствора .

1.2 Определение температур кипения раствора

Температура кипения раствора в корпусе определяется как сумма температур греющего пара последующего корпуса и температурных потерь

,

где  - соответственно температурная, гидростатическая и гидравлическая депрессии, К.

Для определения температур греющего пара примем, что перепад давлений в установке ?P распределяется между корпусами поровну:

,

где P_Г1 - давление греющего пара в первом корпусе, МПа; P_бк - давление в барометрическом конденсаторе, МПа.

Тогда давление греющих паров, МПа, в корпусах составляет:

P_Г1= 0,45 МПа

P_Г2 = P_Г1 - ?P = 0,45 - 0,1434 = 0,3066 МПа

P_Г3 = P_Г2 - ?P = 0,3066 - 0,1434 = 0,1632 МПа

P_бк = P_Г3 - ?P = 0,1632 - 0,1434 = 0,0198 МПа

По давлению греющего пара находим его температуру и теплоту парообразования по корпусам.

Температуры и теплоты парообразования

Давление, МПа	Температура, ?С	Теплота парообразования, кДж/кг
PГ1=0,45	tГ1=147,7	rГ1=2126,9
PГ2=0,3066	tГ2=134,16	rГ2=2161,1
PГ3=0,1632	tГ3=113,7	rГ3=2223,9
Pбк=0,0198	tбк=59,79	rбк=2357,8

1.2.1 Определение температурных потерь

Температурные потери в выпарном аппарате обусловлены температурной , гидростатической и гидродинамической депрессиями.

а) Гидродинамическая депрессия вызвана потерей давления пара на преодоление гидравлических сопротивлений трения и местных сопротивлений паропроводов при переходе из корпуса в корпус. Обычно в расчётах принимают  = 1,0 - 1,5 ?С на корпус. Примем  = 1 ?С, тогда температуры вторичных паров в корпусах равны:

t_вп1 = t_Г2 +  = 113,7+1 = 114,7?С

t_вп2 = t_Г3 +  = 134,16+1 = 135,16?С

t_вп3 = t_бк + = 59,76+1 = 60,79?С

Сумма гидродинамических депрессий:

?С

По температурам вторичных паров определим их давления и теплоты парообразования.

Давления и теплоты парообразования

Температура,?С	Давление, МПа	Теплота парообразования, КДж/кг
tвп1= 135,16	Pвп1=0,3166	rвп1=2164,2
tвп2= 114,7	Pвп2=0,1690	rвп2= 2220,9
tвп3= 60,79	Pвп3=0,0208	rвп3= 3255,4

б) Гидростатическая депрессия обусловливается наличием гидростатического эффекта, заключающегося в том, что вследствие гидростатического давления столба жидкости в трубах выпарного аппарата температура кипения раствора по высоте труб неодинакова. Величина не может быть точно рассчитана ввиду того, что раствор в трубах находится в движении, причем величина зависит от интенсивности циркуляции и изменяющейся плотности парожидкостной эмульсии, заполняющей большую часть высоты кипятильных труб. Приблизительно расчет возможен на основе определения температуры кипения в среднем поперечном сечении кипятильных труб. Величина определяется как разность температуры кипения в среднем слое труб и температуры вторичного пара ():

Для того, чтобы определить нужно найти давление в среднем слое (P_ср) и по этому давлению определить температуру в среднем слое. Плотность парожидкостной эмульсии в трубах при пузырьковом режиме кипения принимается равной половине плотности раствора. Плотность раствора (при 100 °С) определяется в зависимости от концентрации раствора в корпусе. Давление в среднем сечении кипятильных труб (в МПа) равно сумме давлений вторичного пара в корпусе и гидростатического давления столба жидкости (?P_ср ) в этом сечении трубы длиной H:

P_ср = P_вп + ?P_ср = P_вп +

Для выбора значения H нужно ориентировочно определить поверхность теплопередачи выпарного аппарата. При кипении водных растворов можно принять удельную тепловую нагрузку аппаратов q = 10000 ? 30000 Вт/м². Примем q = 30000 Вт/м². Тогда поверхность теплопередачи первого корпуса ориентировочно будет равна:

По ГОСТ 11987--81 для выпарного аппарата с естественной циркуляцией и вынесенной греющей камерой ближайшая будет поверхность - 25м² при диаметре труб 38x2 мм и длине труб Н = 4000 мм.

Давления в среднем слое кипятильных труб корпусов равны:

P_1ср = P_вп1 + МПа

P_2ср = P_вп2 + МПа

P_3ср = P_вп3 + МПа

Этим давлениям соответствуют следующие температуры кипения и теплоты парообразования:

Температуры кипения и теплоты парообразования

Давление, МПа	Температура,?С	Теплота парообразования, кДж/кг
P1ср = 0,3267	t1ср=136,17	R1ср=2161
P2ср = 0,1793	t2ср=116,4	R2ср=2215,9
P3ср =0,0319	t3ср=70,36	R3ср=2332

Определяем гидростатическую депрессию по корпусам

Сумма гидростатических депрессий составляет:

в) Температурная депрессия определяется по уравнению:

,

где Т_ср =(t_ср + 273), К;  - температурная депрессия при атмосферном давлении, ?С;  - теплота парообразования вторичного пара, кДж/кг.

Определяется величина как разность между температурами кипения раствора и чистого растворителя (воды) при атмосферном давлении.

Находим значение по корпусам:

Сумма температурных депрессий равна:

Тогда температуры кипения растворов по корпусам равны:

1.3 Расчёт полезной разности температур

Необходимым условием передачи тепла в каждом корпусе является наличие некоторой полезной разности температур греющего пара и кипящего раствора.

Полезные разности температур по корпусам равны:

Общая полезная разность температур:

Проверим общую полезную разность температур:

1.4 Определение тепловых нагрузок

Расход греющего пара в первом корпусе, производительность каждого корпуса по выпариваемой воде и тепловые нагрузки по корпусам определяются путем совместного решения уравнений тепловых балансов по корпусам и уравнениями баланса по воде для всей установки:

Так как , а , то

W=W₁+ W₂+ W₃,

где D - расход греющего пара в первом корпусе, кг/с;  - энтальпия пара и конденсата, соответственно, Дж/кг; 1,03, - коэффициент, учитывающий 3% потерь тепла в окружающую среду по корпусам, соответственно (потери тепла обычно принимают в размере 2 ? 6% от тепловой нагрузки аппарата);  - удельная теплоемкость, Дж/кг•К;  - теплота концентрирования по корпусам. Величинами пренебрегаем, поскольку эти величины значительно меньше принятых потерь тепла; t_н - температура кипения исходного раствора, подаваемого в первый корпус,  - температура кипения в i-ом корпусе.

,

где  - температурная депрессия для исходного раствора; с_н, с₁, с₂ - теплоёмкость растворов при концентрациях , кДж/(кгК)

Теплоёмкость (в кДж/(кгК)) разбавленных водных растворов ( < 20%) рассчитывается по формуле:

Подставим известные значения в уравнения.

W = 0,96 = W₁+ W₂+ W₃

Решая данную систему уравнений получаем:

W₁=0,954D - 0,004

W₂=0,868D + 0,041

W₃=0,67D + 0,127

W₁+ W₂+ W₃=0,96

Отсюда:D = 0,319 кг/с

Тогда:

W₁ = 0,9540,319 - 0.004 = 0,3 кг/с

W₂ = 0,8680,319 + 0,041 = 0,32 кг/с

W₃ = 0,670,319 + 0,127 = 0,34 кг/с

Проверка

W = W₁ + W₂ + W₃ = 0,3 + 0,32 + 0,34 = 0,96кг/с

Определим тепловые нагрузки, кВт:

Q₁ = D•r_Г1 = 0,319•2126,9=678,48

Q₂ = W₁• r_Г2 = 0,3•2161,6=648,5

Q₃ = W₂• r_Г3 = 0,32•2223,9=711,65

Полученные данные сводим в таблицу

Параметры растворов и паров по корпусам

Параметр	Корпус
	1	2	3
Производительность по испаряемой воде W, кг/с	0,3	0,32	0,34
Концентрация растворов x, %	7,6	11,0	22
Давление греющих паров Рг ,МПа	0,45	0,3066	0,1632
Температура греющих паров tГ, ?C	147,7	134,16	113,7
Температурные потери , ?C	3,61	4,9	15,21
Температура кипения раствора tк ,?C	137,77	118,6	75
Полезная разность температур ?tп, ?C	9,93	15,56	38,7
Плотность вторичного пара кг/ м2	1,8016	1,066	0,1355
Тепловая нагрузка Q, кВт	678,48	648,5	711,65

1.5 Выбор конструкционного материала

барометрический конденсатор изоляций

В качестве конструкционного материала выбираем стойкую в среде кипящего раствора NaCl в диапазоне рабочих концентраций сталь марки Х17. Коэффициент теплопроводности этой стали 25,1 Вт/м•К.

1.6 Расчет коэффициентов теплопередачи

Коэффициент теплопередачи рассчитываем, исходя из того, что при установившемся процессе передачи тепла справедливо равенство:

Коэффициент теплопередачи К в [Вт/(м² К)] можно рассчитать по уравнению:

,

где q - удельная тепловая нагрузка, Вт/м²; q = Q/F; и  - коэффициенты теплоотдачи от конденсирующегося пара к стенке и от стенки к кипящему раствору соответственно, Вт/(м²•К);  - сумма термических сопротивлений стенки загрязнений и накипи, (м²•К/Вт);  - разность температур между греющим паром и стенкой со стороны пара в первом корпусе, ?С; - перепад температур на стенке, ?С;  - разность между температурой стенки со стороны раствора и температурой кипения раствора, °С.

Расчет коэффициента теплопередачи К₁ в первом корпусе.

Коэффициент теплоотдачи рассчитываем по уравнению:

,

где  - теплота конденсации греющего пара, Дж/кг - разность температур конденсата пара и стенки, ?С;  - соответственно плотность, кг/м³, теплопроводность Вт/(м•К) и вязкость конденсата, Па•с

Первоначально принимаем

Значения физических величин конденсата берём при

t = 146,95 ?С.

Коэффициент теплоотдачи от стенки к кипящему раствору в условиях его естественной циркуляции для пузырькового режима в вертикальных трубах равен:



где  - плотность греющего пара в первом корпусе  =1,8016,  - плотность пара при атмосферном давлении;  - соответственно, теплопроводность, поверхностное натяжение, теплоемкость и вязкость раствора в первом корпусе.

Значения величин, характеризующих свойства растворов NaCl, представлены в таблице

Физические свойства растворов NaCl

Параметр	Корпус
	1	2	3
Плотность раствора, , кг/м3	1010,6	1034,8	1117,5
Вязкость раствора,	0,376	0,408	0,526
Теплопроводность раствора,	0,5914	0,5879	0,5766
Поверхностное натяжение,	74,72	77,014	74,818
Теплоёмкость раствора,	3871,6	3734,4	13314,8

Как видим

Для второго приближения примем



Очевидно, что

Для определения строим графическую зависимость тепловой нагрузки q от разности температур между паром и стенкой и определяем  = 1,45

Зависимость удельной тепловой нагрузки q от разности температур

Проверка:

 = 1,45

Как видим

Рассчитываем коэффициент теплопередачи К₁ в первом корпусе:

Коэффициенты теплопередачи для второго корпуса К₂ и третьего К₃ можно рассчитывать так же, как и коэффициент К₁ или с воспользоваться соотношением коэффициентов, полученных из практики ведения процессов выпаривания. Эти соотношения варьируются в широких пределах:

К₁ : К₂ : К₃ = 1:(0,85?0,5):(0,7?0,3)

Для растворов щелочей и нитратов соотношение коэффициентов теплопередачи принимают по нижним пределам, а для растворов солей - по верхним.

Для раствора NaCl примем следующее соотношение:

К₁ : К₂ : К₃ = 1:0,85:0,7

Тогда

1.7 Распределение полезной разности температур

Полезные разности температур в корпусах установки находим из условия равенства их поверхностей теплопередачи:

,

где  - общая полезная разность температур выпарной установки;  - отношение тепловой нагрузки к коэффициенту теплопередачи в корпусе; i = 1,2,3 - номер корпуса.

Проверим общую полезную разность температур установки:

Поскольку рассчитаны величины тепловых нагрузок, коэффициентов теплопередачи и полезной разности температур по корпусам, следовательно, можно найти поверхность теплопередачи выпарных аппаратов:

Полученные значения поверхности теплопередачи сравниваем с определенной ранее ориентировочной поверхностью F_ор=25 м². Различие незначительное. Значит, размеры выпарных аппаратов выбраны правильно.

Если по ГОСТ 11987 выбираем аппарат с поверхностью теплообмена F=25м² и длиной труб Н = 4 м. Основные технические характеристики выпарного аппарата представлены в таблице:

Техническая характеристики выпарного аппарата.

F при диаметре трубы 38х2 и длине Н= 6000мм	Диаметр греющей камеры D, мм	Диаметр сепаратора D1, мм	Диаметр циркуляционной трубы D2, мм	Высота аппарата На , мм	Масса аппарата m, кг
25	600	1000	300	12500	2700

1.8 Определение толщины тепловой изоляции

Толщину тепловой изоляции находим из равенства удельных тепловых потоков через слой изоляции в окружающую среду:

,

где  - коэффициент теплоотдачи от внешней поверхности изоляции к воздуху, Вт/(м² К) ;  - температура изоляции со стороны воздуха, °С;  - температура изоляции со стороны аппарата, ?С;  - температура окружающей среды (воздуха), ?С;  - коэффициент теплопроводности изоляционного материала, Вт/(мК).

В качестве изоляционного материала выбираем совелит, который содержит 85% магнезии и 15 % асбеста. Коэффициент теплопроводности совелита

Толщина тепловой изоляции для первого корпуса:

Такую же толщину тепловой изоляции принимаем для второго и третьего корпусов.

2. РАСЧЕТ ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ

2.1 Расчет барометрического конденсатора

Для создания вакуума в выпарных установках применяют конденсаторы смешения с барометрической трубой. В качество охлаждающего агента используют воду, которая подается в конденсатор чаще всего при температуре окружающей среды (около 20 ?С). Смесь охлаждающей воды и конденсата выходит из конденсатора по барометрической трубе. Для поддержания постоянного вакуума в системе вакуум-насос постоянно откачивает неконденсирующиеся газы.

2.1.1 Определение расхода охлаждающей воды

Расход охлаждающей воды G_в (в кг/с) определяем из теплового баланса конденсатора:

,

где  - энтальпия пара в барометрическом компенсаторе, кДж/кг;  - теплоёмкость воды, кДж/(кг К); кДж/(кгК); - начальная температура охлаждающей воды, ?С; ?С - конечная температура смеси воды и конденсата, ?С.

Разность температур между паром и жидкостью на выходе из конденсатора составляет 3 ? 5 град., поэтому конечную температуру воды принимают на 3 ? 5 град. ниже температуры конденсации паров:

?С

Тогда

2.1.2 Расчет диаметра барометрического конденсатора

Диаметр барометрического конденсатора ‚ определяем из уравнения расхода

,

где  - плотность пара, кг/м³ выбираемая по давлению пара в конденсаторе P_бк,- скорость пара, м/с, принимаемая в пределах 15 ? 25 м/с.

По нормалям подбираем барометрический конденсатор диаметром d_бк = 500 мм с диаметром трубы d_бт = 125 мм.

2.1.3 Расчет высоты барометрической трубы

Скорость воды в барометрической трубе

Высота барометрической трубы

,

где В - вакуум в барометрическом конденсаторе, Па;  - сумма коэффициентов местных сопротивлений;  - коэффициент трения в барометрической трубе;  - высота и диаметр барометрической трубы, м; 0,5 - запас высоты на возможное изменение барометрического давления.

,

где  - коэффициенты местных сопротивлений на входе в трубу и на выходе из неё. Коэффициент трения зависит от режима движения воды в барометрической трубе. Определим режим течения воды в барометрической трубе:

где  - вязкость воды, Па•с, определяемая по номограмме при температуре воды t_ср

Для гладких труб при Re = 81860 л=0,0103

2.2 Расчёт производительности вакуум - насоса

Производительность вакуум-насоса G_возд определяется количеством воздуха, который необходимо удалять из барометрического конденсатора:

,

где 2,5•10^-5 - количество газа, выделяющегося из 1 кг воды; 0,01 - количество газа, подсасываемого в конденсатор через уплотнения на 1 кг паров.

Тогда

Объёмная производительность вакуум-насоса

,

где R - универсальная газовая постоянная, Дж/(кмоль К); M_в - молекулярная масса воздуха, кг/кмоль; t_в - температура воздуха, ?С; Р_в - парциальное давление сухого воздуха в барометрическом конденсаторе, Па.

Температура воздуха

давление воздуха ,

где Р_п - давление сухого насыщенного пара при t_в, Па. При температуре воздуха 27,06?С, Р_п = 0,037•9,8•10⁴ Па.

.

Тогда

Зная объёмную производительность воздуха и остаточное давление в конденсаторе Р_бк, по каталогу подбираем вакуум-насос типа ВВН - 3 мощность на валу .

Удельный расход энергии на тонну упариваемой воды, ,

.

2.3 Определение поверхности теплопередачи подогревателя

Поверхность теплопередачи подогревателя (теплообменника) F_п ,м² определяем по основному уравнению теплопередачи:

,

где  - тепловая нагрузка подогревателя, Вт определяется из теплового баланса теплообменника: К_п - коэффициент теплопередачи, Вт/(м К), К_п = 120 ? 340;  - средняя разность температур между паром и раствором, ?С;  - количество начального раствора, кг/с, и его теплоёмкость, Дж/(кг•К);  - начальная температура исходного раствора, ?С;  - температура раствора на выходе из теплообменника, ?С, равная температуре с которой раствор входит в первый корпус.

t_1н = 147,7?С пар t_1н = 147,7?С

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

t_2н = 11,58?С раствор t_2к = 126,77?С

Так как отношение , то величину определим как среднелогарифмическую:

Тогда поверхность теплообменника

Площадь поверхности теплопередачи теплообменника принимается на 10--20 % больше расчетной величины:

На основании найденной поверхности по ГОСТ 15119-79 выбираем кожухотрубчатый одноходовой теплообменник с такими параметрами:

площадь поверхности теплопередачи F = 61 м² , число труб n = 266 длина труб l = 3 м, диаметр труб 25 х 2 мм, диаметр кожуха D = 600 мм

2.4 Расчёт центробежного насоса

Основными типами насосов, используемых в химической технологии, являются центробежные, осевые и поршневые. Для проектируемой выпарной установки используем центробежный насос. При проектировании обычно возникает задача определения необходимого напора Н и мощности N при заданной подаче (расходе) жидкости Q, перемещаемой насосом. Далее по найденному напору и производительности насоса определяем его марку, а по величине мощности на валу - тип электродвигателя к насосу.

Мощность на валу насоса, кВт,

,

где Q - производительность насоса, м³/c; Н - напор, развиваемый насосом, м;  - к.п.д. насоса,  = 0,4 ? 0,9;  - к.п.д. передачи (для центробежного насоса  = 1).

Напор насоса

,

где Р₁ - давление жидкости для исходного раствора (атмосферное), Па; Р₂ - давление вторичного пара в первом корпусе, Па; Н_Г - геометрическая высота подъема раствора, м, Н _Г = 8 ? 15 м; h_п - напор, теряемый на преодоление гидравлических сопротивлений (трения и местных сопротивлений) в трубопроводе и теплообменнике, м.

Потери напора

,

где и  - потери напора соответственно в трубопроводе и в теплообменнике, м. w - скорость раствора, м/с, w = 0,5 ? I,5 м/с; l и d - длина и диаметр трубопровода, м; l = 10 ? 20 м;  - коэффициент трения;  - сумма коэффициентов местных сопротивлений.

Определим диаметр трубопровода из основного уравнения расхода:

Для определения коэффициента трения рассчитываем величину Rе:

,

где плотность, кг/м³ и вязкость, Па•с исходного раствора; при концентрации x = 6%;

Для гладких труб при Re = 120262,8 л_тр=0,0172

Определим сумму коэффициентов местных сопротивлений :

Коэффициент местных сопротивлений равны:

вход в трубопровод  = 0,5;

выход из трубопровода = 1,0;

колено с углом 90? (для трубы d = 25 мм);  = 1,1;

вентиль прямоточный  = 0,72 (для трубы d = 25 мм);

;

Примем потери напора в теплообменнике и аппарата плюс 2 метра, Н_Г = 6,5 + 2 = 8,5 м.

Тогда,

;

.

Данным подаче и напору больше всего соответствует центробежный насос марки Х8/30, для которого в оптимальных условиях работы Q = 2,4 м/с, H = 30 м, з = 0.5 . Насос обеспечен электродвигателем ВАО-32-2 номинальной мощностью N = 4 КВт.

По мощности, потребляемой двигателем насоса, определяем удельный расход энергии:

2.5 Расчёт объёма и размеров емкостей

Расчет емкостей для разбавленного и упаренного раствора ведем из условий шестичасовой (сменной) работы выпарного аппарата, т.е. ч.

0бъём емкости для разбавленного (исходного) раствора

,

где  - количество (кг/ч) и плотность (кг/м³) исходного раствора;  - коэффициент заполнения емкости,  = 0,85 - 0,95. Для удобства работы устанавливаем две емкости объемом по 16 м³. Принимаем диаметр емкости равным D = 2,4 м. Тогда длина ее l = 3,6 м.

Объем емкости упаренного раствора

,

где  - количество (кг/ч) и плотность (кг/м³) упаренного раствора.

Устанавливаем одну емкость объемом 8 м³ диаметром 2 м и длиной 2,6 м.

2.6 Определение диаметра штуцеров

Штуцера изготовляют из стальных труб необходимого размера. По ГОСТ 9941 - 62 применяют трубы следующих диаметров:

14, 16, 18, 20, 22, 25, 32, 38, 45, 48, 57, 70, 76, 90, 95, 108, 133, 159, 194, 219, 245, 273, 325, 377, 426.

Диаметр штуцеров определим из основного уравнения расхода:

,

где V_c - расход раствора или пара, м³/с; w - средняя скорость потока, м/с.

Диаметр штуцера для разбавленного раствора

Диаметр штуцера для упаренного раствора

Диаметр штуцера для ввода греющего пара в первом корпусе

где  - расход пара, кг/с;  - плотность пара при давлении его

Р_Г1, кг/м³; (при Р_Г1 = 0,45 МПа = 2,409 кг/м³).

Подбираем штуцер диаметром 40мм для разбавленного раствора, с диаметром 20мм для упаренного раствора и для пара штуцер диаметром 65мм.

Список литературы

1. Касаткин А.Г. Основные процесс и аппараты химической технологии: Химия, I97I. 784 с.

2. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. - Л.: Химия,1976.550 с.

3. Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию / Под ред. Ю.И. Дытнерского. - М.: Химия, 1983. 272 с.

4. Методические указания к выполнению курсового проекта «Расчет трехкорпусной выпарной установки непрерывного действия» по курсу «Процессы и аппараты химической технологии» Харьков, 1988

5. Рысин С.А. Вентиляционные установки машиностроительных заводов. М: Машиностроение, 1964. 704с.

6. Воробьева Г.Я. Коррозионная стойкость материала и агрессивных сред химических производств. М.: Химия, 1975. 8I6 с.

7. Чернобыльский И.И. Машины и аппараты химических производств. - М.: Машиностроение, 1975. - 456 с.

8. Бакластов А.М., Горбатенко В.А.; Удыма П.Г. Проектирование, монтаж и эксплуатация теплообменных установок. М.: Энергоиздат, 198I. 336 с.

9. Методические указания по расчету выпарного аппарата с принудительной циркуляцией раствора к выполнению курсового проекта «Расчет трехкорпусной выпарной установки непрерывного действия» по курсу «Процессы и аппараты химической технологии» Харьков, 1988

10. ГОСТ 15122-79. Теплообменники кожухотрубчатые с неподвижными трубными решетками и кожухотрубные с температурным компенсатором на кожухе, 1979. 22с.

11. ГОСТ 11987-81. Аппараты выпарные трубчатые.

12. Каталог УКРНИИХИММАШа. Выпарные аппараты вертикальные трубчатые общего назначения. - М.: ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ, 1979.-38 с.

Размещено на Allbest.ru