Размещено на http://www.allbest.ru/

Оглавление

• I. Теоретические основы процесса выпаривания
• 1. Способы и методы выпаривания
• 2. Конструкции выпарных аппаратов
• 3. Простое выпаривание
• 4. Многократное выпаривание
• 5. Компоновка полной технологической схемы многокорпусной выпарной установки из составляющих ее основных технологических узлов
• 6. Расчёт и проектирование трёхкорпусной выпарной установки
• II. Технологический расчет
• 1. Определение поверхности теплопередачи выпарных аппаратов
• 2. Определение толщины тепловой изоляции
• 3. Расчёт барометрического конденсатора
• 4. Расчёт производительности вакуум-насоса
• ІІІ. Конструктивный расчет
• IV. Гидравлический расчет
• Заключение
• СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
• I. Теоретические основы процесса выпаривания
• Выпаривание - термический процесс концентрирования растворов твердых нелетучих веществ путем удаления из них летучего растворителя в виде пара при кипении. Применяют при получении сухого молока, белково-витаминных концентратов, кормовых дрожжей, сахара, при термическом обеззараживании животноводческих стоков и др.
• Концентрацию растворенного вещества при выпаривании (состав раствора в выпарном аппарате) принято выражать в долях или процентах от общей массы раствора:
• x = Gсух/(Gсух + W); x = [Gсух/(Gсух + W)]100,
• где Gcух - масса растворенного вещества, кг; W - масса растворителя в растворе, кг.
• Раствор с предельным содержанием растворенного вещества называется насыщенным.
• Процесс выпаривания водных растворов различных нелетучих веществ в технологических процессах сельского хозяйства, пищевой и комбикормовой промышленности имеет ряд принципиальных отличий от кипения чистой воды.
• Первое отличие -- температура кипения раствора твердого нелетучего вещества выше температуры кипения чистого растворителя. Причина -- присутствие молекул этого вещества в растворе понижает давление насыщенного пара растворителя, поэтому раствор закипает при более высокой температуре. К примеру, чистая вода при атмосферном давлении закипит при температуре 100 С, а 70%-ный раствор аммиачной селитры NH4NO3 -- при 120 С.
• Рисунок - 1. К определению температурной депрессии: 1 -- давление насыщенного пара чистого растворителя;
• 2 -- давление пара над раствором;
• 3 -- внешнее давление
• Поэтому пересчет табличных значений температурной депрессии на конкретное технологически установленное давление делают по формуле:
• Др = 0,0162Да(Тв)2/r,
• где Да -- температурная депрессия при атмосферном давлении, К; Тв -- температура кипения чистого растворителя при давлении выпаривания, К; r -- теплота парообразования при давлении выпаривания, Дж/кг.
• Пар, образующийся в выпарном аппарате над кипящим раствором, называется вторичным паром.
• Второе отличие -- теплоемкость растворов, как правило, не обладает аддитивными свойствами, т.е. не может быть вычислена по теплоемкостям растворенного вещества и растворителя путем пропорционального сложения. В связи с этим, при инженерных расчетах теплоемкость растворов определяют по графикам, или берут из справочных таблиц.
• Третье отличие -- повышение концентрации растворенного вещества в процессе выпаривания сопровождается повышением плотности, вязкости и температурной депрессии раствора, и одновременным снижением его теплоемкости и теплопроводности. Все это, в совокупности, ведет к уменьшению коэффициента теплопередачи от греющего пара к кипящему раствору в выпарном аппарате по мере выпаривания.
• При растворении твердых кристаллических веществ, не реагирующих с растворителем, наблюдается охлаждение раствора. Так как в этом случае затрачивается энергия на разрушение кристаллической решетки растворяемого вещества; эта энергия называется теплотой плавления. Если растворяемое вещество вступает в химическое взаимодействие с растворителем, образуя, например, с водой, гидраты, то при этом выделяется теплота, называемая теплотой химического взаимодействия.
• Алгебраическая сумма теплоты плавления и химического взаимодействия называется теплотой растворения. Ее обычно относят к 1 кг растворенного вещества.
• Интегральной теплотой растворения называется количество теплоты, поглощаемое или выделяющееся при растворении 1 кг твердого вещества в большом количестве растворителя.
• Таким образом, четвертое отличие заключается в том, что вещества, образующие при растворении в воде гидраты, имеют положительные теплоты растворения, а не образующие гидраты -- отрицательные теплоты растворения.
• Для анализа процесса выпаривания необходимо знать теплоту изменения концентрации раствора q (Дж/кг), которая определяется по интегральной теплоте растворения. Пусть раствор при начальной концентрации х1 имеет интегральную теплоту растворения q1, а при конечной концентрации х2, соответственно q2. Согласно закону Гесса, в соответствии с которым «тепловой эффект превращения зависит только от начального и конечного состояний системы и не зависит от пути, по которому превращение протекает», можно записать:
• q = q2 - q1.
• Теплота q при разбавлении раствора выделяется, а при концентрировании -- поглощается.

1. Способы и методы выпаривания

Процесс выпаривания может осуществляться под вакуумом, при атмосферном и избыточном давлениях.

При выпаривании под вакуумом снижается температура кипения раствора, что позволяет использовать для обогрева аппарата греющий пар низкого давления. Способ применим при выпаривании растворов, чувствительных к высокой температуре. Кроме того, увеличение разности температур греющего пара и кипящего раствора позволяет уменьшить поверхность теплообмена и габаритные размеры аппарата.

Выпаривание при атмосферном давлении является наиболее простым, но наименее экономичным способом, поскольку вторичный пар обычно не используется и выбрасывается в атмосферу.

Выпаривание под избыточным давлением вызывает повышение температуры кипения раствора, что позволяет использовать вторичный пар (экстрапар) для других теплотехнических целей. Однако данный способ применим только для выпаривания термически стойких веществ и осуществим при использовании высокотемпературного греющего пара.

Различают также простое выпаривание, проводимое в однокорпусных выпарных установках, в которых греющий пар используется однократно.

Для экономии греющего пара применяют многократное выпаривание, осуществляемое в многокорпусных установках, в которых вторичный пар каждого предыдущего корпуса используется в качестве греющего для последующего корпуса. Первичный пар обогревает в этом случае только первый корпус. Давление в корпусах по ходу движения пара при осуществлении такого способа постоянно снижается.

Экономия первичного пара может быть достигнута в однокорпусной выпарной установке благодаря применению теплового насоса путем повышения теплосодержания вторичного пара в результате его сжатия в турбокомпрессоре или инжекторе с последующим использованием в том же выпарном аппарате.

По принципу работы выпарные аппараты разделяются на периодически действующие и непрерывнодействующие. Периодическое выпаривание применяется для получения растворов высоких концентраций при небольших производительностях. Непрерывнодействующие выпарные установки имеют значительные производительности, более экономичны в тепловом отношении, легко автоматизируются и регулируются.. [2]

2. Конструкции выпарных аппаратов

Выпарной аппарат должен отвечать ряду требований: быть простым, компактным, надежным в эксплуатации; иметь высокую производительность; допускать возможно бульшие напряжения поверхности нагрева и высокие коэффициенты теплопередачи при минимальной массе и стоимости.

Разнообразие конструкций выпарных аппаратов усложняет их классификацию. Так, выпарные аппараты могут подразделяться в зависимости:

* от расположения и вида поверхности нагрева;

* конфигурации поверхности нагрева;

* компоновки поверхности нагрева;

* рода теплоносителя;

* взаимного расположения рабочих сред;

* кратности и режима циркуляции.

По методу выпаривания выпарные установки бывают:

* поверхностного типа, в которых раствор контактирует с поверхностью теплообмена;

* контактного типа, в которых нагревание осуществляется без разделяющей поверхности теплообмена;

* адиабатного испарения.

3. Простое выпаривание

Осуществляется в установках небольшой производительности (когда экономия теплоты не имеет решающего значения) периодическим или непрерывным способом. На рис.12 представлена схема установки простого выпаривания непрерывным методом.

Рисунок - 12. Схема установки для простого выпаривания: 1 - емкость; 2, 5 -- насосы; 3 -- подогреватель; 4 -- выпарной аппарат; 6 -- сборник готового продукта; 7 -- барометрическая труба; 8 -- ловушка; 9 -- барометрический конденсатор

Раствор из емкости 1 насосом 2 подается через расходомер в подогреватель 3, где нагревается до кипения и поступает в выпарной аппарат 4 на выпаривание. В аппарате 4 раствор воспринимает теплоту греющего пара. В результате чего растворитель испаряется. Образовавшийся вторичный пар и инертные газы освобождаются от брызг жидкости в верхней части выпарного аппарата, называемой сепаратором, и направляются в барометрический конденсатор 9, где вторичный пар кондеси руется, а газы через ловушку 8 поступают к вакуумнасосу. Конденсат отводится через барометрическую трубу. Упаренный раствор насосом 5 подается в сборник готового продукта 6.

4. Многократное выпаривание

Осуществляется в нескольких, последовательно соединенных, аппаратах, называемых многокорпусными. С целью экономии греющего пара, в качестве греющего пара во всех корпусах, кроме первого, используется вторичный пар из предыдущего корпуса. Давление в этих аппаратах поддерживается на таком уровне, чтобы вторичный пар предыдущего (или последующего) аппарата мог быть использован в качестве греющего в последующем (или предыдущем) аппарате; иначе чтобы температура поступающего в корпус пара была выше, чем температура кипения раствора в этом корпусе.

Многокорпусные выпарные установки могут быть прямоточными (греющий [и вторичный, в качестве греющего] пар и выпариваемый раствор перемещаются в одном направлении) и противоточными (греющий [и вторичный в качестве греющего] пар и выпариваемый раствор перемещаются навстречу друг другу).

Принципиальная схема трехкорпусной установки показана на рис. 13.

Свежий греющий пар вводится в корпус 1, а образовавшийся в нем вторичный пар поступает, в качестве греющего, в корпус 2. Вторичный пар, образовавшийся в корпусе 2, является греющим паром для корпуса 3.



Рисунок - 13. Схема прямоточной трехкорпусной выпарной установки: 1, 2, 3 -- корпуса; 4 -- барометрический конденсатор

5. Выпаривание с применением теплового насоса

Основано на использовании вторичного пара в качестве греющего в том же выпарном аппарате. Для этого температура вторичного пара должна быть повышена до температуры греющего пара. Подобное повышение температуры вторичного пара достигается сжатием его в компрессоре (обычно, -- в турбокомпрессоре), или в паровом инжекторе.

Рисунок - 14. Выпарной аппарат (1) с турбокомпрессором (2)

В выпарном аппарате с турбокомпрессором (рис. 14) вторичный пар с давлением рвт и энтальпией h, выходящий из выпарного аппарата, засасывается в турбокомпрессор, в котором сжимается до давления р1. Энтальпия при этом возрастает до hсж. Таким образом, за счет сжатия пар приобретает теплоту h = hcж - h. Сжатый пар поступает из турбокомпрессора в греющую камеру выпарного аппарата.

Установка удорожается на стоимость турбокомпрессора.

Рисунок - 15 Выпарной аппарат (1) с инжекторным тепловым насосом (2)

В выпарном аппарате с инжекторным тепловым насосом (рис. 15) греющий пар из котельной поступает в паровой инжектор, представляющий собой несложное устройство типа сопла Вентури или Лаваля, не требующее значительных затрат металла. За счет создания вакуума в инжектор засасывается вторичный пар давлением рвт и энтальпией h из выпарного аппарата. Каждая массовая единица греющего пара засасывает m массовых единиц вторичного пара (m -- коэффициент инжекции, составляет порядка 0,5…1,0). В результате получают греющий пар в количестве D(1+m) с давлением меньшим, чем давление греющего пара, но большим, чем давление вторичного пара. Часть вторичного пара в количестве (W - mD) сбрасывается с установки на побочные нужды.

В процессе с инжекторным тепловым насосом расход греющего пара уменьшается в (1 + m) раз по сравнению с процессом простого выпаривания.

Выпарные установки с инжектором применяются для выпаривания растворов с низкой температурной депрессией и высоким давлением вторичного пара. С уменьшением давления вторичного пара увеличивается адиабатический перепад теплоты при сжатии и соответственно уменьшается коэффициент инжекции. При этом расход греющего пара увеличивается, и использование выпарных установок с паровым инжектором становится нерациональным.

5. Компоновка полной технологической схемы многокорпусной выпарной установки из составляющих ее основных технологических узлов

Полная технологическая схема многокорпусной установки представляет собой совокупность технологических узлов, объединенных в соответствии с целью производства получением упаренного раствора.

При разработке полной технологической схемы необходимо предусмотреть меры, повышающие надежность работы непрерывно действующей выпарной установки и снижающие капитальные и эксплутационные затраты.

Известно, что непрерывнодействующие выпарные установки отличаются большой производительностью, возможностью механизации и автоматизации технологического процесса. Однако пуск и остановка непрерывно действующих технологических линий значительно сложнее, чем периодически действующих, следовательно, остановка всей линии из-за выхода из строя одного аппарата недопустима. По этой причине трубопроводные коммуникации выпарной установки должны предусматривать возможность отключения отдельных аппаратов для периодических кратковременных чисток и ремонтов и возможность предотвращения попадания в них горячего раствора и пара при отключении. Все материальные потоки в этом случае направляются в обход отключенного аппарата в оставшиеся работающие аппараты. Возможность быстрого отключения отдельных аппаратов от работающей выпарной установки особенно важна при аварийных ситуациях, возникающих в работающих аппаратах образование свищей в кипятильных трубках, нарушение герметичности уплотнений и т.д.). При проектировании трубопроводной обвязки необходимо обходиться минимальной протяженностью труб и минимумом арматуры. Несоблюдение этого правила может привести не только к значительному росту гидравлических сопротивлений, но и к увеличению стоимости всей установки.

С учетом изложенных рекомендаций разработана схема трехкорпусной прямоточной выпарной установки представленная на лист 1.

6. Расчёт и проектирование трёхкорпусной выпарной установки

Рассчитать и спроектировать трёхкорпусную выпарную установку для концентрирования GH, T/ч водного раствора соли. Начальная концентрация XH % масс. Конечная концентрация Xк % масс. Раствор на выпарку подаётся при t°кип.. Абсолютное давление греющего пара PН (атм), давление в барометрическом конденсаторе Рк (атм). Рекомендуемое распределение нагрузок по корпусам в первом при

1: 1.05: 1.1 Система СИ кг, кмоль и тд.

Установка выпарная трёхкорпусная

Исходные данные:

Водный раствор	Gнач., кг/ч	bнач., % масс	bкон., % масс	PГП, атм	Рк, атм
NaOH	1,528кг/с	5	21	4	0,1

• II. Технологический расчет

трехкорпусная выпарная установка

1. Определение поверхности теплопередачи выпарных аппаратов

Первое приближение:

Производительность установки по выпариваемой воде:

W = GH(1 - = 1,528 = 1,164 кг/с (3, с. 87)

Расчёт концентраций упариваемого раствора

На основании практических данных принимаем, что производительность по выпариваемой воде распределяется по корпусам в соответствии с соотношением:

щ1':щ2':щ3'= 1:1,05 : 1,1 (3, с. 87)

Тогда, количество выпариваемой воды:

щ1 = = = 0,37 кг/с (3, с. 87)

щ2 = = = 0,388 кг/с (3, с. 87)

щ3 = = = 0,406 кг/с (3, с. 87)

Расчёт концентраций раствора по корпусам:

Начальная концентрация раствора

Хн= 5 %

Из I корпуса во II корпус переходит раствора

G1=Gн-щ1= 1,528 - 0,37 = 1,158 кг/с (3, с. 87)

Конечная концентрация раствора для корпуса I и начальная для корпуса II

x1=Gнхн/G1= 1,5285 /1,158 = 6,595 % (3, с. 87)

Из II корпуса в III корпус переходит раствора

G2=G1-щ2= 1,158 - 0,388 = 0,77 кг/с (3, с. 87)

Конечная концентрация раствора для корпуса II и начальная для корпуса III

x2=Gнхн/G2= 1,5285/ 0,77 = 9,918 % (3, с. 87)

Из III корпуса выходит раствора

Gк=Gн-W= 0,77 - 0,406 = 0,364 кг/с (3, с. 87)

Конечная концентрация раствора для корпуса III

x3=хк=Gнхн/Gк= 1,528 5/0,364 = 21 % (3, с. 87)

что соответствует заданному значению.

Определение температур кипения растворов

Общий перепад давлений в установке

ДPоб=Рг1-Рбк= 0,4052 - 0,01 = 0,395 МПа (3, с. 87)

Общий перепад давлений между корпусами распределим поровну

ДP'=ДРоб/3 = 0,395 / 3 = 0,132 МПа (3, с. 87)

Тогда давления греющих паров в корпусах:

Pг1= 0,4052 МПа- задано (3, с. 87)

Pг2=Рг1-ДP'= 0,405 - 0,132 = 0,274МПа (3, с. 87)

Pг3=Рг2-ДP'= 0274 - 0,132 = 0,142МПа (3, с. 87)

Давление пара в барометрическом конденсаторе

Pбк=Рг3-ДP'= 0,142 - 0,132 = 0,0101 МПа- задано (3, с. 87)

Температуры и удельные энтальпии греющих паров:

МПа °С кДж/кг кДж/кг

Pг1= 0,405 tг1= 144 Iг1= 2745 i1 = 605,9 (1, т. LVII, с. 532)

Pг2= 0,274 tг2= 130,1 Iг2= 2726 i2 = 546,9 (1, т. LVII, с. 532)

Pг3= 0,142 tг3= 109,6 Iг3= 2695 i3 = 460,1 (1, т. LVII, с. 532)

Pбк= 0,01 tбк= 45,99 Iбк= 2582 (1, т. LVII, с. 532)

Расчёт температурных потерь по корпусам:

от гидравлических сопротивлений

Гидродинамическая депрессия для каждого корпуса

Д"'= 1 °С (3, с. 87)

Температуры вторичных паров

tвп1=tг2+Д1"'= 130,1 + 1 = 131,1 °С (3, с. 87)

tвп2=tг3+Д2"'= 109,1 + 1 = 110,6 °С (3, с. 87)

tвп3=tбк+Д3"'= 45,99 + 1 = 46,99 °С (3, с. 87)

Давления вторичных паров єС МПа

tвп1= 131,1 Рвп1= 0,28 (1, т. LVI, с. 531)

tвп2= 110,6 Рвп2= 0,146 (1, т. LVI, с. 531)

tвп3= 46,99 Рвп3= 0,011 (1, т. LVI, с. 531)

Сумма гидродинамических депрессий

УД"'=Д1"'+Д2"'+Д3"'= 1 + 1 + 1 = 3 °С (3, с. 87)

от гидростатического эффекта

Плотности водных растворов NaOH t = 20°C

% кг/м3

X1 = 6,595 1066 (3, Прил. 3, с.100)

X2 = 9,918 1108 (3, Прил. 3, с.100)

X3 = 21 1230 (3, Прил. 3, с.100)

I корпус

Высота греющих труб Н= 4 м

Паронаполнение при пузырьковом режиме кипения = 0,5 (3, с. 88)

Давление в среднем слое кипятильных труб

Рср1=Рвп1+0,5с1gH(1-е)= 0,28 + 0,5•1066•9,81•4•0,5 = 0,29 МПа (3, с. 88)

II корпус

Давление в среднем слое кипятильных труб

Рср2=Рвп2+0,5с2gH(1-е)= 0,146 + 0,5•1108•9,81•4•0,5 = 0,157 МПа (3, с. 88)

III корпус

Давление в среднем слое кипятильных труб

Рср3=Рвп3+0,5с3gH(1-е)= 0,011 + 0,5•1230•9,81•4•0,5 = 0,023 МПа (3, с. 88)

Температуры кипения и удельные теплоты парообразования в среднем слое кип. труб

МПа °С кДж/кг

Рср1= 0,29 tср1= 132,3 rвп1= 2173 (1, т. LVII, с. 532)

Рср2= 0,157 tср2= 112,8 rвп2= 2227 (1, т. LVII, с. 532)

Рср3= 0,023 tср3= 62,57 rвп3= 2351 (1, т. LVII, с. 532)

Гидростатические депрессии

Д1"=tср1-tвп1= 132,3 - 131,1 = 1,236 °C (3, с. 88)

Д2"=tср2-tвп2= 112,8 - 110,6 = 2,16C (3, с. 88)

Д3"=tср3-tвп3= 62,57 - 46,99 = 15,58 °C (3, с. 88)

Сумма гидростатических депрессий

УД"=Д1"+Д2"+Д3"= 1,236 + 2,16 + 15,58 = 18,98 °C (3, с. 88)

от температуры

Температуры кипения водных растворов NaNO3 при атмосферном давлении

% °С

x1 = 6,595 tкип1 = 101,8 (1, т. ХХХVI, с. 518)

х2 = 9,918 tкип2= 102,9 (1, т. ХХХVI, с. 518)

x3 = 21 tкип3= 108,7 (1, т. ХХХVI, с. 518)

Температурные депрессии при атмосферном давлении

Д'атм1=tкип1-100= 101,8 - 100 = 1,755 °С (3, с. 88)

Д'атм2=tкип2-100= 102,9 - 100 = 2,915 °С (3, с. 88)

Д'атм3=tкип3-100= 108,7 - 100 = 8,689 °C (3, с. 88)

Температурные депрессии

Д1'= 0,0162 1,755 = 2,151 °C

Д2'= 0,0162 2,915 = 3,159 °C

Д3'= 0,0162 8,689 = 6,748 °C

Сумма температурных депрессий

УД'=Д1'+Д2'+Д3'= 2,151 + 3,159 + 6,748 = 12,06 °С (3, с. 88)

Температуры кипения растворов в корпусах:

tк1=tг2+Д1'+Д1"+Д1"'= 130,1 + 2,151 + 1,236 + 1 = 134,5 °C (3, с. 88)

tк2=tг3+Д2'+Д2"+Д2"'= 109,6 + 3,159 + 2,16 + 1 = 115,9 °C (3, с. 88)

tк3=tбк+Д3'+Д3"+Д3"'= 45,99 + 6,748 + 15,58 + 1 = 69,32 °C (3, с. 88)

Расчёт полезной разности температур

Полезные разности температур по корпусам

Дtп1=tг1-tк1= 144 - 134,5 = 9,502 °C (3, с. 89)

Дtп2=tг2-tк2= 130,1 - 115,9 = 14,15 °C (3, с. 89)

Дtп3=tг3-tк3= 109,6 - 69,32 = 40,3 °C (3, с. 89)

Общая полезная разность температур

УДtп=Дtп1+Дtп2+Дtп3= 9,502 + 14,15 + 40,3 = 63,95 °C (3, с. 89)

Проверим общую полезную разность температур (3, с. 89)

УДtп=tг1-tбк-(УД'+УД"+УД"')= 144 - 45,99 -(12,06 + 18,98 + 3 )= 63,95

Определение тепловых нагрузок

Уравнения тепловых балансов по корпусам:

Q1=D(Iг1-i1)=1,03[Gнcн(tк1-tн)+щ1(Iвп1-свtк1)] (3, с. 89)

Q2=щ1(Iг2-i2)=1,03[(Gн-щ1)c1(tк2-tк1)+щ2(Iвп2-свtк2)] (3, с. 89)

Q3=щ2(Iг3-i3)=1,03[(Gн-щ1-щ2)c2(tк3-tк2)+щ3(Iвп3-свtк3)] (3, с. 89)

Уравнение баланса по воде для всей установки

W=щ1+щ2+щ3 (3, с. 89)

Примем:

Iвп1=Iг2 Iвп2=Iг3 Iвп3=Iбк

Теплоёмкости растворов % кДж/кгоС

хн= 5 cн = 4,194 (5, Прил. 1)

х1= 6,595 с1 = 4,138 (5, Прил. 1)

х2= 9,918 с2 = 3,943 (5, Прил. 1)

Температура кипения исходного раствора при атмосферном давлении

хн= 5 % tкипн = 101,3 °С (1, т. ХХХVI, с. 518)

Температурная депрессия при атмосферном давлении

Д'атмн=tкипн-100 = 101,3 - 100 = 1,3 °С

Температурная депрессия (3, с. 89)

Д1н'= 0,0162 1,268 = 1,545 °С

Температура кипения исходного раствора при давлении в 1-м корпусе

tн=tвп1+Д1н'= 131,1 + 1,545 = 132,6 °С (3, с. 89)

Теплоёмкость воды t= 20 °С cв= 4,19 кДж/кгоС

Получим:

(2745 - 605,9)D = 1,03 [1,528•4,194 (134,5- 132,6) + щ1(2726 - 4,19•134,5)]

(2726 - 546,9)щ1 = 1,03 [(1,528•щ1) 4,138 (115,9 - 134,5) + щ2(2695 - 4,19•115,9)]

(2695 - 460,1)щ2 = 1,03 [(1,528•щ1-щ2) 3,943 (69,32 - 115,9) + щ3(2582 - 4,19•69,32)]

1,164 = щ1+щ2+щ3

Решаем систему уравнений:

2139 D = 12,15 + 2227 щ1

2179 щ1 = 1,03 [ - 76,7 (1,528•щ1) + 2210 щ2]

2235 щ2 = 1,03 [ - 184 (1,528•щ1-щ2) + 2292 щ3]

1,164 = щ1+щ2+щ3

D=( 12,15 + 2227 щ1) / 2139

2179 щ1 = -121 + 78,99 щ1+ 2276 щ2]

2235 щ2 = -289 + 189,3 щ1+ 189,3 щ2 + 2360 щ3

щ3= 1,164 -щ1-щ2

D=( 12,15 + 2227 щ1) / 2139

2100 щ1= 2276 щ2 - 121

2046 щ2= 189,3 щ1 -289 + 2748 -2360 щ1 -2360 щ2

4406 щ2 = - 2171 щ1+ 2458

щ2=( - 2171 щ1+ 2458)/ 4406

2100 щ1= -1121 щ1 + 1149

3221 щ1 = 1149

Производительности по выпариваемой воде и их отклонения от ранее принятых:

щ1= 0,357 кг/с е1= -3,47 % 3 % (3, с. 90)

щ2= 0.382 кг/с е2= -1,51 % 3 % (3, с. 90)

щ3= 0,425 кг/с е3= 4,59 % 3 % (3, с. 90)

Расход греющего пара и тепловые нагрузки по корпусам:

D= 0,377 кг/с Q1 = 806,631 кВт Q2 = 777,2244 кВт Q3 = 854,191 кВт

Полученные величины сводим в таблицу:

Параметр	Корпус
	I	II	III
Производительность по испаряемой воде щ, кг/с	0,357	0,382	0,425
Концентрация растворов x, %	6,523	9,683	21
Давление греющих паров Рг, МПа	0,405	0,274	0,142
Температура греющих паров tг, єС	144	130,1	109,6
Температурные потери УД, єС	4,358	6,221	23,33
Температура кипения раствора tк, єС	134,4	115,2	69,32
Полезная разность температур Дtп, єС	9,53	14,25	40,3

У = 64,08

Выбор конструкционного материала

Выбираем конструкционный материал, стойкий в среде кипящего раствора NaOH в интервале изменения концентраций от 5 до 21 %. В этих условиях химически

стойкой является сталь марки Х18Н10Т. Скорость коррозии её менее 0,1 мм/год,

коэффициент теплопроводности лст= 17,5 Вт/м К.

Расчёт коэффициентов теплопередачи

Первое приближение

Расчёт коэффициента теплопередачи для I корпуса

Толщина стенки трубы, толщина накипи и коэффициент теплопроводности накипи:

дст = 0,002 м дн= 0,0005 м лн= 2,42 Вт/(м К)

Суммарное термическое сопротивление

= 0,000321 м2•К/ Вт

Теплоотдача при конденсации пара на вертикальной поверхности

В первом приближении примем разность температур конденсации пара и стенки Д t 11 = 1,3 єС

Физические свойства конденсата водяного пара

Параметр	Корпус
	I	II	III
Температура греющих паров tг, єС	143,97	130,081	109,613
Теплота конденсации греющего пара rг, Дж/кг	2130,15	2178,77	2235,08
Средняя температура плёнки tпл=tг-Дt/2, єС	143,32	129,431	108,963
Плотность конденсата сж, кг/м3	923,012	935,455	951,726
Теплопроводность конденсата лж, Вт/(м К)	0,68467	0,686	0,68479
Вязкость конденсата мж, Па с	0,00019	0,00021	0,00026

Коэффициент теплоотдачи при конденсации пара на вертикальной поверхности:

б11= 2,04 = 2,04 = 10021,29 Вт/(м2К) (3, c. 90)

Теплоотдача от стенки к кипящему раствору для пузырькового кипения в вертикальных кипятильных трубках

Физические свойства раствора NaOH в условиях кипения

Параметр	Корпус
	I	II	III
Температура кипения раствора tк, єС	134,44	115,834	69,3154
Концентрация раствора х, %	6,52304	9,68297	21
Теплопроводность раствора л, Вт/(м К)	0,6755	0,6414	0,54077
Плотность раствора с, кг/м3	994,708	1048,16	1200,6
Теплоёмкость раствора c, Дж/(кг К)	4164,96	4061,88	3709,97
Вязкость раствора м, Па с	0,00042	0,0006	0,0016
Поверхностное натяжение раствора у, Н/м	0,05878	0,06524	0,08704
Теплота парообразования раствора rв, Дж/кг	2166569	2218664	2334671
Плотность пара, кг/м3 сп=	1,65656	0,94218	0,08768
Плотность пара при атм. давлении, кг/м3 со=	0,58135	0,63096	0,80534

Молекулярная масса NaOH = 40 кг/кмоль

Молекулярная масса Н2О = 18 кг/кмоль

19,4351	20,1303	22,62

Молекулярная масса раствора М=хМ+(1-х)Мвода=

Перепад температур на стенке

Дtст=б11Дt11У(д/л)= 10021,291,30,000321 = 4,181 єС (3, с. 90)

Разность температур между температурой стенки со стороны раствора и температурой

кипения раствора

Дt21=Дtп1-Дtст-Дt11= 9,53 - 4,181- 1,3 = 4,05 єС (3, с. 90)

Коэффициент теплоотдачи от стенки к кипящему раствору для пузырькового кипения в

вертикальных кипятильных трубках при условии естественной циркуляции раствора:

б21= 780(б11Дt11)0,6 = 780 (10021,291,3)0,6 •

•= 3531,238 Вт/(м2К)

Проверим правильность первого приближения по равенству удельных тепловых нагрузок

q'=б11Дt11= 10021,291,3 = 13027,68 Вт/м2 (3, с. 90)

q"=б21Дt21= 3531,2384,05 = 14300,63 Вт/м2 (3, с. 90)

q' ? q"

Во втором приближении примем Д t12 = 1,5 єС

б12= б11= 10021,29=9669,114 Вт/(м2К) (3, с. 90)

Дtст=б12Дt12У(д/л)= 9669,1141,50,000321 = 4,654 єС (3, с. 90)

Дt22=Дtп1-Дtст-Дt12= 9,53 - 4,654 - 1,5 = 3,376 єС (3, с. 90)

б22= 780(б12Дt12)0,6 = 780 (9669,1141,5)0,6

= 3766,115 Вт/(м2К)

q'=б12Дt12= 9669,1141,5 = 14503,67 Вт/м2 (3, с. 90)

q"=б22Дt22= 3766,1153,376 = 12714,8 Вт/м2 (3, с. 90)

q' ? q"

t	q'	Дt	q"
1,3	13,03	1,3	14,3
1,5	14,5	1,5	12,71

Графическое определение удельной тепловой нагрузки

В третьем приближении примем Д t13 =1,385 єС

б13= б1110021,29 = 9863,863 Вт/(м2К) (3, с. 90)

tст= б13t13У(д/л)= 9863,8631,3850,000321 = 4,384 єC (3, с. 90)

t23= Дtп1-Дtст-Дt13= 9,53 - 4,384 - 1,385 = 3,761 єC (3, с. 90)

б23= 780(б13Дt13)0,6 = 780 (9863,8631,385)0,6

= 3633,331 Вт/(м2К)

q'=б13Дt13= 9863,8631,385 = 313661,45 Вт/м2 (3, с. 90)

q"=б23Дt23= 3633,3313,761 = 13666,31 Вт/м2 (3, с. 90)

q' ? q"

Коэффициент теплопередачи:

K1= = = 1433,677 Вт/(м2К) (3, с. 90)

Расчёт коэффициента теплопередачи для II корпуса

В первом приближении примем Дt 11 = 2,239 °С

Коэффициент теплоотдачи при конденсации пара на вертикальной поверхности:

б11= 2,04 = 2,04 = 8645,164 Вт/(м2К) (3, c. 90)

Дtст=б11Дt11У(д/л)= 8645,1642,2390,000321 = 6,211 °C (3, с. 90)

Дt21=Дtп2-Дtст-Дt11= 14,25 - 6211 - 2,239 = 5797 °C (3, с. 90)

Коэффициент теплоотдачи от стенки к кипящему раствору для пузырькового кипения в

вертикальных кипятильных трубках при условии естественной циркуляции раствора:

б21= 780(б11Дt11)0,6 = 780 (8645,1642,239)0,6

= 3339,942 Вт/(м2К)

q'=б11Дt11= 8645,1642,239 = 19356,52 Вт/м2 (3, с. 90)

q"=б21Дt21= 3339,9425,797 = 19360,62 Вт/м2 (3, с. 90)

q' ? q"

Коэффициент теплопередачи:

K2= = = 1358,741 Вт/(м2К) (3, с. 90)

Расчёт коэффициента теплопередачи для III корпуса

В первом приближении примем Дt 11 = 6,822 °С

Коэффициент теплоотдачи при конденсации пара на вертикальной поверхности:

б11= 2,04 = 2,04 = 6319,587 Вт/(м2К) (3, c. 90)

Дtст=б11Дt11У(д/л)= 6319,5876,8220,000321 = 13,83 °C (3, с. 90)

Дt21=Дtп3-Дtст-Дt11= 40,3 - 13,83 6,822 = 19,64 °C (3, с. 90)

Коэффициент теплоотдачи от стенки к кипящему раствору для пузырькового кипения в

вертикальных кипятильных трубках при условии естественной циркуляции раствора:

б21= 780(б11Дt11)0,6 = 780 (6319,587·6,822)0,6·

·= 2194,84 Вт/(м2К)

q'=б11Дt11= 6319,587·6,822 = 46112,23 Вт/м2 (3, с. 90)

q"=б21Дt21= 2194,84·19,64 = 43109,74 Вт/м2 (3, с. 90)

q' ? q"

Коэффициент теплопередачи:

K3= = = 1069,805 Вт/(м2К) (3, с. 90)

Распределение полезной разности температур

Из условия равенства поверхностей теплопередачи корпусов выпарной установки

Отношения тепловой нагрузки к коэффициенту теплопередачи:

= = 562,444

= = 571,9279

= = 798,5509

УQi/Ki= 1932,923

Полезные разности температур:

Дtп1= = 18,64 °C

Дtп2= = 18,96 °C

Дtп3= = 26,47 °C

УДtпi= 64,08 °C

Поверхности теплопередачи:

F1= = = 30,17 м2

F2= = = 30,17 м2

F3= = = 30,17 м2

УFi= 90,5 м2

Сравнение полезных разностей температур

Корпус
I	II	III
18,64	18,96	26,47
9,53	14,25	40,3
-48,9	-24,9	52,23

Дtпi, 1 .-е приближение

Дtпi, рассчит. значения

е, погрешность, %

> 5%

Уточнённый расчёт поверхности теплопередачи

Второе приближение

Расчёт коэффициента теплопередачи для I корпуса

Параметр	Корпус
	I	II	III
Производительность по испаряемой воде щ, кг/с	0,357	0,382	0,425
Концентрация растворов x, %	6,523	9,683	21
Температура греющего пара в I корпусе tГ, °С	144
Полезная разность температур Д tП, єС	18,64	18,96	26,47
Температура кипения раствора tк=tг-Дtп, °С	125,3	102	69,32
Температура вторичного пара, tвп=tк-(Д'+Д"),°С	122	96,79	46,99
Энтальпия вторичного пара IВП, кДж/кг	2714	2674	2584
Давление вторичного пара РВП, МПа	0,212	0,091	0,011
Температура греющего пара , °С		121	95,79

? ?tП = 64,08

Тепловые нагрузки

Q1= 1,03[Gнcн(tк1-tн)+щ1(Iвп1-свtк1)]= 1,03 [1,528·4,194 (125,3- 122) + 0,357 (2714 - 4,19·125,3)] = 826,1789 кВт

Q2= 1,03[(Gн-щ1)c1(tк2-tк1)+щ2(Iвп2-свtк2)]= 1,03 [(1,528 - 0,357) 4,139·(102 - 125,3) + 0,382 (2674 - 4,19 ·102)] = 767,9477 кВт

Q3= 1,03[(Gн-щ1-щ2)c2(tк3-tк2)+щ3(Iвп3-свtк3)]= 1,03 [(1,528 - 0,357 - 0,382) 3,949 (69,32 - 102) + 0,425 (2584 - 4,19·69,32)] = 899,3207 кВт

Теплоотдача при конденсации пара на вертикальной поверхности

В первом приближении примем разность температур конденсации пара и стенки Дt 11 = 3,804 °С

Физические свойства конденсата водяного пара

Параметр	Корпус
	I	II	III
Температура греющих паров tг, єС	143,97	120,967	95,7869
Теплота конденсации греющего пара rг, Дж/кг	2130,15	2204,49	2270,95
Средняя температура плёнки tпл=tг-Дt/2, єС	142,068	119,065	93,8849
Плотность конденсата сж, кг/м3	924,139	943,748	962,281
Теплопроводность конденсата лж, Вт/(м К)	0,68479	0,68591	0,68117
Вязкость конденсата мж, Па с	0,00019	0,00023	0,0003

Коэффициент теплоотдачи при конденсации пара на вертикальной поверхности:

б11= 2,04 = 2,04 = 7654,19 Вт/(м2К) (3, с. 90)

Теплоотдача от стенки к кипящему раствору для пузырькового кипения в вертикальных кипятильных трубках

Физические свойства раствора NaOH в условиях кипения

Параметр	Корпус
	I	II	III
Температура кипения раствора tк, єС	125,325	102,008	69,3154
Концентрация раствора х, %	6,52304	9,68297	21
Теплопроводность раствора л, Вт/(м К)	0,6676	0,62331	0,54077
Плотность раствора с, кг/м3	1001,54	1058,53	1200,6
Теплоёмкость раствора c, Дж/(кг К)	4152,37	4028,63	3709,97
Вязкость раствора м, Па с	0,00044	0,00063	0,0016
Поверхностное натяжение раствора у, Н/м	0,0603	0,06732	0,08704
Теплота парообразования раствора rв, Дж/кг	2193024	2255181	2334671
Плотность пара, кг/м3 сп=	1,28417	0,60392	0,08768
Плотность пара при атм. давлении, кг/м3 со=	0,59465	0,65422	0,80534

Молекулярная масса NaOH = 40 кг/кмоль

Молекулярная масса Н2О = 18 кг/кмоль

19,4351	20,1303	22,62

Молекулярная масса раствора М=хМ+(1-х)Мвода=

Перепад температур на стенке

Дtст=б11Дt11У(д/л)= 7654,19 · 3,804 ·0,000321 = 9,343 єС (3, с. 90)

Разность температур между температурой стенки со стороны раствора и температурой

кипения раствора

Дt21=Дtп1-Дtст-Дt11= 18,64 - 9,343 - 3,804 = 5,497 єС (3, с. 90)

Коэффициент теплоотдачи от стенки к кипящему раствору для пузырькового кипения в

вертикальных кипятильных трубках при условии естественной циркуляции раствора:

б21= 780(б11Дt11)0,6 = 780 (7654,19 · 3,804)0,6 ·

· = 5296,725 Вт/(м2К)

Проверим правильность первого приближения по равенству удельных тепловых нагрузок

q'=б11Дt11= 7654,19 · 3,804 = 2911654 Вт/м2 (3, с. 90)

q"=б21Дt21= 5296,725 ·5,497 = 29117,82 Вт/м2 (3, с. 90)

q' ? q"

Коэффициент теплопередачи:

K1= = = 1561,669 Вт/(м2К)

Расчёт коэффициента теплопередачи для II корпуса

В первом приближении примем Дt 11 = 3,346 °С

Коэффициент теплоотдачи при конденсации пара на вертикальной поверхности:

б11= 2,04 = 2,04 =7699,119 Вт/(м2К) (3, c. 90)

Дtст=б11Дt11У(д/л)= 7699,119 · 3,346 ·0,000321 = 8,267 °C (3, с. 90)

Дt21=Дtп2-Дtст-Дt11= 18,96 - 8,267 - 3,346 = 7346 °C (3, с. 90)

Коэффициент теплоотдачи от стенки к кипящему раствору для пузырькового кипения в

вертикальных кипятильных трубках при условии естественной циркуляции раствора:

б21= 780(б11Дt11)0,6 = 780 (7699,119 ·3,346)0,6 ·

·= 3506,693Вт/(м2К)

q'=б11Дt11= 7699,119 · 3,346 = 25761,25 Вт/м2 (3, с. 90)

q"=б21Дt21= 3506,693 · 7,346 = 25761,62 Вт/м2 (3, с. 90)

q' ? q"

Коэффициент теплопередачи:

K2 = = 1358,786 Вт/(м2К) (3, с. 90)

Расчёт коэффициента теплопередачи для III корпуса

В первом приближении примем Дt 11 = 3,258 °С

Коэффициент теплоотдачи при конденсации пара на вертикальной поверхности:

б11= 2,04 = 2,04 = 7352,812 Вт/(м2К) (3, c. 90)

Дtст=б11Дt11У(д/л)= 7352,812 · 3,258 · 0,000321 = 7,687 °C (3, с. 90)

Дt21=Дtп3-Дtст-Дt11= 26,47 - 7,687 - 3,258 = 15,53 °C (3, с. 90)

Коэффициент теплоотдачи от стенки к кипящему раствору для пузырькового кипения в

вертикальных кипятильных трубках при условии естественной циркуляции раствора:

б21= 780(б11Дt11)0,6 = 780 (7352,812 · 3,258)0,6 ·

· = 1542,714 Вт/(м2К)

q'=б11Дt11= 7352,812 · 3,258 = 23955,46 Вт/м2 (3, с. 90)

q"=б21Дt21= 1542,714 · 15,53 = 23952,68 Вт/м2 (3, с. 90)

q' ? q"

Коэффициент теплопередачи:

K3 = = = 907,8889 Вт/(м2К) (3, с. 90)

Распределение полезной разности температур

Из условия равенства поверхностей теплопередачи корпусов выпарной установки

Отношения тепловой нагрузки к коэффициенту теплопередачи:

= = 529,0359

= = 565,1721

= = 993,8466

УQi/Ki= 2088,055

Полезные разности температур:

Дtп1= = 16,23 °C

Дtп2= = 17,34 °C

Дtп3= = 30,5 °C

УДtпi= 64,08 °C

Поверхности теплопередачи:

F1= = = 32,59 м2

F2= = = 32,59 м2

F3= = = 32,59м2

УFi= 97,76 м2

Сравнение полезных разностей температур

Корпус
I	II	III
16,23	17,34	30,5
18,64	18,96	26,47
14,85	9,317	-13,2

Дtпi, 1 .-е приближение

Дtпi, рассчит. значения

е, погрешность, %

> 5 %

Уточнённый расчёт поверхности теплопередачи

Третье приближение

Расчёт коэффициента теплопередачи для I корпуса

Параметр	Корпус
	I	II	III
Производительность по испаряемой воде щ, кг/с	0,357	0,382	0,425
Концентрация растворов x, %	6,523	9,683	21
Температура греющего пара в I корпусе tГ, °С	144
Полезная разность температур ДtП, єС	16,23	17,34	30,5
Температура кипения раствора tк=tг-Дtп, °С	127,7	106	69,32
Температура вторичного пара, tвп=tк-(Д'+Д"),°С	124,4	100,8	46,99
Энтальпия вторичного пара IВП, кДж/кг	2717	2680	2584
Давление вторичного пара РВП, МПа	0,228	0,105	0,011
Температура греющего пара °С		123,4	99,81

? ?tП = 64,08

Тепловые нагрузки

Q1= 1,03[Gнcн(tк1-tн)+щ1(Iвп1-свtк1)]= 1,03 [1,528 · 4,194 (127,7- 124,4) + 0,357(2717 - 4,19 · 127,7)] = 823,7084 кВт

Q2= 1,03[(Gн-щ1)c1(tк2-tк1)+щ2(Iвп2-свtк2)]= 1,03 [(1,528 - 0,357) 4,139 · (106 - 127,7) + 0,382 (2680 - 4,19 · 106)] = 771,9105 кВт

Q3= 1,03[(Gн-щ1-щ2)c2(tк3-tк2)+щ3(Iвп3-свtк3)]= 1,03 [(1,528 - 0,357 - 0,382)3,949 · (69,32 - 106) + 0,425(2584 - 4,19 · 69,32)] = 886,4019 кВт

Теплоотдача при конденсации пара на вертикальной поверхности

В первом приближении примем разность температур конденсации пара и стенки

Дt 11 = 3,118 °С

Физические свойства конденсата водяного пара

Параметр	Корпус
	I	II	III
Температура греющих паров tг, єС	143,97	123,377	99,8132
Теплота конденсации греющего пара rг, Дж/кг	2130,15	2198,22	2260,49
Средняя температура плёнки tпл=tг-Дt/2, єС	142,411	121,818	98,2542
Плотность конденсата сж, кг/м3	923,83	941,545	959,222
Теплопроводность конденсата лж, Вт/(м К)	0,68476	0,686	0,68248
Вязкость конденсата мж, Па с	0,00019	0,00023	0,00029

Коэффициент теплоотдачи при конденсации пара на вертикальной поверхности:

б11= 2,04 = 2,04 = 8046,613 Вт/(м2К) 3, с. 90)

Теплоотдача от стенки к кипящему раствору для пузырькового кипения в вертикальных кипятильных трубках

Физические свойства раствора NaOH в условиях кипения

Параметр	Корпус
	I	II	III
Температура кипения раствора tк, єС	127,736	106,034	69,3154
Концентрация раствора х, %	6,52304	9,68297	21
Теплопроводность раствора л, Вт/(м К)	0,67054	0,62857	0,54077
Плотность раствора с, кг/м3	999,736	1055,51	1200,6
Теплоёмкость раствора c, Дж/(кг К)	4155,7	4038,47	3709,97
Вязкость раствора м, Па с	0,00044	0,00062	0,0016
Поверхностное натяжение раствора у, Н/м	0,0599	0,06671	0,08704
Теплота парообразования раствора rв, Дж/кг	2185793	5545105	2334671
Плотность пара, кг/м3 сп=	1,3739	0,68958	0,08768
Плотность пара при атм. давлении, кг/м3 со=	0,59108	0,64727	1,80534

Молекулярная масса NaOH = 40 кг/кмоль

19,4351	20,1303	22,62

Молекулярная масса Н2О = 18 кг/кмоль

Молекулярная масса раствора М=хМ+(1-х)Мвода=

Перепад температур на стенке

Дtст=б11Дt11У(д/л)= 8046,613 · 3,118 · 0,000321 = 8,051 єС (3, с. 90)

Разность температур между температурой стенки со стороны раствора и температурой

кипения раствора

Дt21=Дtп1-Дtст-Дt11= 16,23 - 8,051 - 3,118 = 5,065 єС (3, с. 90)

Коэффициент теплоотдачи от стенки к кипящему раствору для пузырькового кипения в

вертикальных кипятильных трубках при условии естественной циркуляции раствора:

б21= 780(б11Дt11)0,6 = 780 (8046,613· 3,118)0,6 ·

· = 4952,183 Вт/(м2К)

Проверим правильность первого приближения по равенству удельных тепловых нагрузок

q'=б11Дt11= 8046,613 · 3,118 = 25089,34 Вт/м2 (3, с. 90)

q"=б21Дt21= 4952,183 · 5,065 = 25084,04 Вт/м2 (3, с. 90)

q' ? q"

Коэффициент теплопередачи:

K1= = = 1545,346 Вт/(м2К) (3, с. 90)

Расчёт коэффициента теплопередачи для II корпуса

В первом приближении примем Дt 11 = 2,95 °С

Коэффициент теплоотдачи при конденсации пара на вертикальной поверхности:

б11= 2,04 = 2,04 =7981,31 Вт/(м2К) (3, c. 90)

Дtст=б11Дt11У(д/л)= 7981,31· 2,95 · 0,000321 = 7,555 °C (3, с. 90)

Дt21=Дtп2-Дtст-Дt11= 17,34 - 7,555 - 2,95 = 6,838 °C (3, с. 90)

Коэффициент теплоотдачи от стенки к кипящему раствору для пузырькового кипения в

вертикальных кипятильных трубках при условии естественной циркуляции раствора:

б21= 780(б11Дt11)0,6 = 780 (7981,31 · 2,95)0,6 ·

· = 3443,594 Вт/(м2К)

q'=б11Дt11= 7981,31 · 2,95 = 23544,87 Вт/м2 (3, с. 90)

q"=б21Дt21= 3443,594 · 6,838 = 23546,5 Вт/м2 (3, с. 90)

q' ? q"

Коэффициент теплопередачи:

K2= = = 1357,618 Вт/(м2К) (3, с. 90)

Расчёт коэффициента теплопередачи для III корпуса

В первом приближении примем Дt 11 = 4,217 °С

Коэффициент теплоотдачи при конденсации пара на вертикальной поверхности:

б11= 2,04 = 2,04 = 6969,184 Вт/(м2К) (3, c. 90)

Дtст=б11Дt11У(д/л)= 6969,184 · 4,217 · 0,000321 = 9,431 °C (3, с. 90)

Дt21=Дtп3-Дtст-Дt11= 30,5 - 9,431 - 4,217 = 16,85 °C (3, с. 90)

Коэффициент теплоотдачи от стенки к кипящему раствору для пузырькового кипения в

вертикальных кипятильных трубках при условии естественной циркуляции раствора:

б21= 780(б11Дt11)0,6 = 780 (6969,184· 4,217)0,6 ·

· = 1744,03 Вт/(м2К)

q'=б11Дt11= 6969,184 · 4,217 = 29389,05 Вт/м2 (3, с. 90)

q"=б21Дt21= 1744,03 · 16,85 = 29386,86 Вт/м2 (3, с. 90)

q' ? q"

Коэффициент теплопередачи:

K3= = = 963,6039 Вт/(м2К) (3, с. 90)

Распределение полезной разности температур

Из условия равенства поверхностей теплопередачи корпусов выпарной установки

Отношения тепловой нагрузки к коэффициенту теплопередачи:

= = 533,0252

= = 568,5771

= = 919,882

УQi/Ki= 2021,484

Полезные разности температур:

Дtп1= = 16,9 °C

Дtп2= = 18,02 °C

Дtп3= = 29,16 °C

УДtпi= 64,08 °C

Поверхности теплопередачи:

F1= = = 31,55 м2

F2= = = 31,55 м2

F3= = = 31,55 м2

УFi= 94,65 м2

Сравнение полезных разностей температур

Корпус
I	II	III
16,9	18,02	29,16
16,23	17,34	30,5
-3,91	-3,77	4,596



По ГОСТ 11987-81 выбираем выпарной аппарат со следующими характеристиками

Номинальная поверхность теплообмена Fн, м2

Диаметр труб d, мм

Высота труб Н=l , мм

Диаметр греющей камеры dк=D, мм

Диаметр сепаратора dс=D1, мм

Диаметр циркуляционной трубы dц=D2, мм

Общая высота аппарата На=H, мм

Масса аппарата Ма, кг

2. Определение толщины тепловой изоляции

Температура изоляции со стороны окружающей среды; для аппаратов, работающих в закрытом помещении выбирается в интервале 35ч45 °С

tст2= 40 °С (3, с. 93)

Коэффициент теплоотдачи от внешней поверхности изоляционного материала в окружающую среду

бв=9,3+0,058tст2= 9,3 + 0,058 · 40 = 11,62 Вт/(м2К) (3, c. 93)

Температура изоляции со стороны аппарата и равна температуре греющего пара

tст1=tг1= 144 °C

Температура окружающей среды (воздуха)

tв= 20 °С

Выбирем в качестве материала для тепловой изоляции: совелит

Коэффициент теплопроводности изоляционного материала

ли= 0,09 Вт/(м К)

Толщина тепловой изоляции для 1-ого корпуса

ди = = 0,0403 м = 40,3 мм

Принимаем толщину тепловой изоляции для всех корпусов: 40 мм

3. Расчёт барометрического конденсатора

Для создания вакуума в выпарных установках обычно применяют конденсаторы смешения с барометрической трубой. В качестве охлаждающего агента используют воду, которая подается в конденсатор чаще всего при температуре окружающей среды (около 20 ОС). Смесь охлаждающей воды и конденсата выливается из конденсатора по барометрической трубе. Для поддержания постоянства вакуума в системе из конденсатора с помощью вакуумнacoca откачивают неконденсирующиеся газы.

Необходимо рассчитать расход охлаждающей воды, основные размеры (диаметр и высоту) барометрического конденсатора и барометрической трубы, производительность вакуум-насоса.

Определение расхода охлаждающей воды

Температура воды на выходе из конденсатора

tк=tбк-3= 45,99 - 3 = 42,99°C tн= 20 °С (3, с. 93)

Теплоёмкость воды:

cв= 4,19 кДж/кг

Расход охлаждающей воды

Gв =10,6/с (3, с. 93)

Расчёт диаметра барометрического конденсатора

Для создания вакуума в выпарных установках обычно применяют конденсаторы смешения с барометрической трубой. В качестве охлаждающеrо агента используют воду, которая подается в конденсатор чаще вcего при температуре окружающей среды (около 20 ОС). Смесь охлаждающей воды и конденсата выливается из конденсатора по барометрической трубе. Для поддержания постоянства вакуума в системе из конденсатора с помощью вакуум-наcoca откачивают неконденсирующиеся rазы.

Необходимо рассчитать расход охлаждающей воды, основные размеры (диаметр и высоту) барометрического конденсатора и барометрической трубы, производительность вакуум-насоса.

Скорость паров воды х= 15 м/с (3, с. 93)

Плотность паров воды

Спв = 0,072 кг/м3 (1, с. 10)

Диаметр барометрического конденсатора

d'бк = =0,71 м (3, с. 93)

Стандартный диаметр барометрического конденсатора:

dбкст= 0,8 м (3, Прил. 5, с. 101)

Расчёт высоты барометрического конденсатора

Диаметр барометрической трубы (Г)

dбт= 0,2 м (3, Прил. 5, с. 101)

Плотность воды

св= 990,7 кг/м3 tк = 42,99 °С (1, т. ХХХIX, с. 520)

Динамический коэффициент вязкости воды

мв= 0,00063 Па с tк = 42,99 °С (1, т. ХХХIX, с. 520)

Скорость воды в барометрической трубе

= 0,355 м/c (3, с. 93)

Вакуум в барометрическом конденсаторе

В=Ратм-Рбк= 98100 - 10130 = 87970 Па (3, с. 93)

Коэффициенты местных сопротивлений на входе и на выходе из трубы

овх= 0,5 овых= 1

Сумма коэффициентов местных сопротивлений

Уо=овх+овых= 1,5

Критерий Рейнольдса

Re= = 111660,26 (3, с. 93)

Коэффициент трения для гидравлически гладких труб

л= = 0,017 (1, с. 21)

Высота барометрической трубы

Нбт= (3, с. 93)

Нбт= 9,052 + 0,006 + 0,01 + 6Е-04 Нбт + 0,5

0,999 Нбт= 9,568

Нбт= 9,573 м

4. Расчёт производительности вакуум- насоса

Производительность вакуум- насоса

Gвозд=2,5Ч10-5(щ3+Gв)+0,01щ3= 0,000025 ( 0,402 + 10,6) + 0,01 · 0,425 = 0,005 кг/c

Температура воздуха

tвозд=tн+4+0,1(tк-tн)= 20 + 4 + 0,1 ( 42,99- 20 ) = 26,3 °C (3, с. 94)

Давление сухого насыщенного пара

Рп= 3448,92 Па tвозд = 26,3 °C (1, т. LVI, с. 531)

Давление воздуха

Рвозд=Рбк-Рп= 10130 - 3448,92 = 6681,08 Па (3, с. 94)

Объёмная производительность вакуум- насоса (3, с. 94)

Vвозд== 0,058 м3/c = 3,487 м3/мин

Подбираем вакуум- насос типа ВВН- 6 с мощностью на валу

N = 12,5 кВт (3, Прил. 6, с.101)

• ІІІ. Конструктивный расчет
• Расчёт проточной части трубного пространства
• Расчётная площадь поверхности теплообмена:
• F== 31,55 м2 (1, c. 165)
• Длина труб:
• l = 4 м
• Число труб:
• n = 69,77 > 70 (6, c. 226)
• Размещение труб в трубной плите, определение диаметра греющей камеры
• Шахматное расположение труб в трубной плите (в вершинах шестиугольника [равностороннего треугольника б=600])
• Внутренний диаметр греющей камеры выпарного аппарата
• Шаг между трубами от 1,2 до 1,5 dн
• t=kdн =1,265 ·0,038 = 0,048 м (6, с. 226)
• Коэффициент использования площади трубной решётки:
• ш= 0,7 (6, с. 226)
• Расчётный диаметр греющей камеры выпарного аппарата:
• D'== 0,5 м (6, с. 226)
• Стандартный диаметр греющей камеры выпарного аппарата:
• D= 0,6 м
• Выбор крышки (днища) аппарата по диаметру греющей камеры Dст= 0,6 м, выбираем эллиптическую крышку с отбортовкой
• Днище 600 х 8 - 50 Х18Н10Т ГОСТ 6533-68 (2, т. 16.1, с. 440)
• Высота днища hдн=Dст/4= 150 мм (2, рис. 16.1, с. 439)
• IV. Гидравлический расчет

Определение гидравлического сопротивления в трубном пространстве:

NaOH

Число ходов:

z= 2

Определение коэффициентов местных сопротивлений:

Входной штуцер: Выходной штуцер:

1,5 1,5 (3, с. 33)

Поворот на 1800 между ходами: Количество поворотов:

2,5 n=z-1= 1 (3, с. 33)

2,5

Вход в трубы или выход из них:

1 n=2z= 4 (3, с. 33)

4

Скорость в трубах:

м/с (3, с. 33)

Скорость в штуцерах: dт.ш= 0,05 м

м/с

Высота выступов шероховатостей:

0,0002 м (3, с. 33)

Относительная шероховатость труб:

(3, с. 33)

Критерии Рейнольдса:

Коэффициент трения: (3, с. 33)

Гидравлическое сопротивление в трубном пространстве: (3, с. 34)

Па

Определение гидравлического сопротивления в межтрубном пространстве:

Водяной пар

х= 0 (3, т II.9, с. 27)

Определение коэффициентов местных сопротивлений:

Входной штуцер: Выходной штуцер:

(3, с. 33)

Поворот на 1800 м/у перегородки: Количество поворотов

n=x= 0 (3, с. 33)

Площадь самого узкого сечения в межтрубном пространстве:

0,049 м2 (1, т. XXXV, с. 517)

Скорость в межтрубном пространстве:

м/с (3, с. 33)

Скорость во входном штуцере: = 0,1 м

м/с

Скорость в выходном штуцере: =0,032 м

м/с

Число рядов труб:

(3, с. 34)

Критерий Рейнольдса:

(3, с. 33)

Гидравлическое сопротивление в межтрубном пространстве: (3, с. 34)

Па

Заключение

Основными достоинствами вакуум-выпарной прямоточной установки с естественной циркуляцией раствора являются:

1. Естественное ( без внешней работы ) движение раствора через всю систему.

2. Незначительные теплопотери за счет не высокой температуры кипения раствора в последнем корпусе.

3. Более высокая интенсивность теплопередачи.

Основными недостатки вакуум-выпарной прямоточной установки с естественной циркуляцией раствора являются:

1. Неблагоприятные условия теплопередачи.

2. Отложение твердой фазы на стенках кипятильных труб.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу ПАХТ: Учебное пособие для вузов/ Под редакцией чл-корр. АН СССР П.Г. Романкова. - 9-е изд., перераб. и доп. -Л.: Химия, 1981. - 560с., ил.

2. Лащинский А.А., Толчинский А.Р. Основы конструирования и расчёта химической аппаратуры. Л.: Машиностроение, 1970. - 752 с.

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

4. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. М.: Химия, 1971.- 784 с.

5. ПАХТ, программа, методические указания и контрольные задания. КГТУ, 1993

6. Машины и аппараты химических производств. Под ред. И.И. Чернобыльского. Изд. 3-е, перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1975- 454с., ил.

7. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. Издание седьмое. М: Химия, 1961.-832с.

8. Дытнерский Ю.И., Брыков В.П., Борисов С.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию. М.: Химия, 1991. - 496с.

Размещено на Allbest.ru