Выпаривание веществ

Размещено на http://www.allbest.ru/

Выпаривание веществ

Содержание

Введение

1. Расчет выпарного аппарата

1.1 Производительность установки по выпариваемой воде

1.2 Концентрации упариваемого раствора

1.3 Определение температуры кипения растворов

1.5 Определение тепловых нагрузок

1.4 Полезная разность температур

1.6 Выбор конструкционного материала

1.7 Распределение полезной разности температур

1.8 Уточненный расчет поверхности теплопередачи

1.9 Определение толщины тепловой изоляции

1. Расчет выпарного аппарата

Поверхность теплопередачи каждого корпуса выпарной установки определяют по основному уравнению теплопередачи:

выпаривание вещество раствор теплопередача

F=Q/(К·Дtп); (3.1)

где Q-тепловые нагрузки, К-коэффициент теплопередачи, Дtп -полезная разность температур.

Для определения тепловых нагрузок Q, коэффициентов теплопередачи К и полезных разностей температур Дtп необходимо знать распределение упариваемой воды, концентрации растворов и их температуры кипения по корпусам. Эти величины находят методом последовательных приближений.

Первое приближение

1.1 Производительность установки по выпариваемой воде

Производительность установки по выпариваемой воде определяют из уравнения материального баланса:

W=Gн*(1-хн/xк); (3. 2)

Подставив, получим:

W= 10 *(1-15/46) = 6,739 кг/с.

1.2 Концентрации упариваемого раствора

Распределение концентраций раствора по корпусам установки зависит от соотношения нагрузок по выпариваемой воде в каждом аппарате. В первом приближении на основании практических данных принимают, что производительность по выпариваемой воде распределяется между корпусами в соответствии с соотношением:

щ 1: щ 2: щ3 = 1,0:1,1:1,2

W = 74,4 кг/с

Тогда:

щ 1= 1,0*W/(1,0+1,1+1,2) = 1,0*W/3,3 = 1,0*6,739/3,3 = 2,042 кг/с;

щ 2 = 1,1*W/3,3 = 1,1*6,739 /3,3 = 2,246 кг/с;

щ 3= 1,2*W/3,3 = 1,2*6,739/3,3 = 2,45 кг/c.

Далее рассчитывают концентрации растворов в корпусах:

х1 = Gн*хн/(Gн- щ1) = 10*0,15/(10 - 2,042) = 1,5/7,958 =0,188= 18,8%

х2 = Gн*хн/(Gн- щ1- щ2) = 10*0,15/(10-2,042-2,246) = 1,5/5,712= 0,2626 = 26,26 %

x3= Gн*хн/(Gн - щ1- щ2- щ3) = 10*0,15/(10-2,042-2,246-2,45) = 0,4601 = 46,01 %

Получили, что х3 ? хк ,т.е. концентрация раствора в последнем корпусе х3 соответствует заданной концентрации упаренного раствора хк

1.3 Определение температуры кипения растворов

Общий перепад давления в установке равен (значение давления греющего пара Pг1 в первом корпусе выбираем приближенно, основываясь на том, что температура поступающего на выпарку раствора должна быть выше температуры кипения:

Pоб = Pг1- Pбк = 1,1- 0,025 = 1,075;

В первом приближении общий перепад давлений распределяют между корпусами поровну. Тогда давления греющих паров в корпусах (в МПа) равны:

Pг1= 1,075;

Pг2 = Pг1 - Pоб/3 = 1,1 - 1,075/3 = 0,74;

Pг3 = Pг2 - Pоб/3 = 0,74 - 1,075/3 = 0,38.

Исходя из найденных значений давления, найдем температуры и энтальпии греющих паров для каждого корпуса [1].

Таблица1

Параметры	Корпус
	1	2	3
Давление греющего пара Ргn, МПа	1,1	0,74	0,38
Температура греющего пара tn, °С	183,2	165,1	140
Энтальпия греющего пара In, кДж	2787	2770	2740

При определении температуры кипения растворов в аппаратах исходят из следующих допущений. Распределение концентраций растворов в выпарном аппарате с интенсивной циркуляцией практически соответствует модели идеального перемешивания. Поэтому концентрацию кипящего раствора принимают равной конечной в данном корпусе и, следовательно, температуру кипения раствора определяют при конечной концентрации.

Изменение температуры кипения по высоте кипятильных труб происходит вследствие изменения гидростатического столба жидкости. Температуру кипения раствора в корпусе принимают соответствующей температуре кипения в среднем слое жидкости. Таким образом, температура кипения раствора в корпусе отличается от температуры греющего пара на сумму температурных потерь ? от температурной, гидростатической и гидродинамической депрессий. Обозначим температурную, гидростатическую и гидродинамическую депрессии соответственно через ', '' и '''.

Температура пара в барометрическом конденсаторе равна tбк= 64,2?С, что соответствует давлению в барометрическом конденсаторе 25кПа [1].

Гидродинамическая депрессия обусловлена потерей давления пара на преодоление гидравлических сопротивлений трубопроводов при переходе из корпуса в корпус. Обычно в расчетах принимают ''' = (1,0 - 1,5) °С на корпус. Примем для каждого корпуса '''= 1°С. Тогда температуры вторичных паров в корпусах (в °С) равны:

tвп1 = tг2 + '''1 = 165,1 + 1=166,1;

tвп2 = tг3 + '''2 = 140 + 1 = 141;

tвп3 = tбк + '''3 = 64,2 + 1 = 65,2

Сумма гидродинамических депрессий

?''' = '''1 + '''2 + '''3 = 1+1+1= 3°С.

По температурам вторичных паров определим их давления. Они равны соответственно (в МПа): Рвп1 = 0,749; Рвп2 = 0,39; Рвп3 = 0,026.

Гидростатическая депрессия обусловлена разностью давлений в среднем слое кипящего раствора и на его поверхности. Давление в среднем слое кипящего раствора Pср каждого корпуса определяется по уравнению

Pср = Рвп +сgH(1- е)/2, (3.3)

где Н - высота кипятильных труб в аппарате;

с - плотность кипящего раствора, кг/м3;

е - паронаполнение (объемная доля пара в кипящем раствора), м3/м3.

Для выбора значения H необходимо ориентировачно оценить поверхность теплопередачи выпарного аппарата Fор раствора. При кипении водных растворов можно принять удельную тепловую нагрузку аппаратов с естественной циркуляцией q = 20000-50000 Вт/м2 . Тогда поверхности передачи корпусов ориентировачно равны:

Fор = Q/q = w*r/q, (3.4)

Fор1= 2,042*2067*103 /30000 = 140,69 м2

где r - теплота образования вторичного пара, Дж/кг (r1 = 2067 кДж/кг)

По ГОСТ 11987-81 [2] выпарные аппараты с естесственной циркуляцией, соосной греющей камерой и солеотделением (тип1, исполнение 3) состоят из кипятильных труб высотой 4 и 5 м при диаметре dн= 38 мм и толщине стенки дст = 2 мм. Примем высоту кипятильных труб H = 4 м.

При пузырьковом (ядерном) режиме кипения паронаполнение составляют е = 0,4 - 0,5. Плотность раствора CaCl2 при температуре 20°С и соответствующих концентрациях в корпусах: с1= 1109 кг/м3, с2= 1236 кг/м3, с3=1392 кг/м3 [3].

При определении плотности растворов в корпусах пренебрегаем изменением ее с повышение температуры ввиду малого значения коэффициента объемного расширения и ориентировачно принятого значения е.

Давление в среднем слое кипящего раствора Pср равно:

Pср=Pвп+gН/4; (3.5)

где - плотность кипящего раствора, кг/м3;

H - высота кипятильных труб в аппарате, м.

P3ср=Pвп3 +3gН/4 = 0,026*106 +1392*9,81*4/4 = 0,0397 МПа;

P2ср=Pвп2 +2gН/4 = 0,376*106 +1236*9,81*4/4 = 0,388 МПа;

P1ср=Pвп1 +1gН/4 = 0,744*106 +1109*9,81*4/4 = 0,75 МПа.

Для выбранного типа аппарата H = 4 м.

Этому давлению соответствует следующая температуры кипения и теплота испарения растворителя [1],[таблица2].

Таблица2

Параметры	Корпус
	1	2	3
Давление в среднем слое Pср (Мпа)	0,755	0,388	0,0397
Температура среднего слоя tср, (°С)	166,3	142	75
Теплоты испарения растворителя rвп, кДж/кг	2070	2145	2324

Определим гидростатическую депрессию по корпусам в (°С):

''1= t1ср- tвп1= 166,3 -166 = 0,3°С;

''2= t2ср- tвп2= 142 -141 = 1°С;

''3= t3ср- tвп 3 = 75 - 65,2 = 9,8°С;

Сумма гидростатических депрессий

У'' = ''1 + ''2 + ''3 = 0,3 + 1 + 9,8 = 11,1°С.

Температурная депрессия ' определяется по уравнению:

'=1,62*10 -2(Т2/rвп)*'атм. (3.6)

где Т - температура паров в среднем слое кипятильных труб, К;

'атм - температурная депрессия при атмосферном давлении;

По справочной литературе [2] определим 'атм:

'атм1 = 3,8 °С; 'атм2 = 6,5 °С; 'атм3 = 25 °С;

Находим значения ' по корпусам:

'1 = 1,62*10-2(75 + 273)2*3,8/2070 = 3,6 °С

'2 = 1,62*10-2(142 + 273)2*6,5/2145 =8,45 °С

'3 = 1,62*10-2(166,3 + 273)2*25/2324 = 33,63 °С

Сумма температурных депрессий

У' = '1 + '2 + '3 = 3,6 + 8,45+ 33,63 = 45,68 °С

Суммируем депрессии:

max = ?''' + ?'' + ?' = 3 + 45,68 + 11,1 = 59,78 °С

Тогда температура кипения растворов в корпусах равны:

tк1 = tг2 + '1 + ''1 + '''1 = 165,1 + 1 + 0,3 + 3,6 = 170 °С;

tк2 = tг3 + '2 + ''2 + '''2 = 140 + 1 + 1 + 8,45 = 150,45 °С;

tк3 = tбк + '3 + ''3 + '''3 = 64,2 + 1 + 9,8 + 33,63 = 108,63 °С;

1.4 Полезная разность температур

Общая полезная разность температур равна:

Уtп= tп1+tп2+tп3.

Полезные разности температур по корпусам (в °С) равны:

tп1 = tг1 - tк1 = 183,2 - 170 = 13,2;

tп2 = tг2 - tк2 = 165,1 - 150,45= 14,65;

tп3 = tг3- tк3 = 140- 108,63 = 31,37.

Суммируем полезные разности температур

Уtп= 13,2 + 14,65 + 31,37 = 59,22.

1.5 Определение тепловых нагрузок

Расход греющего пара в 1-й корпус, производительность каждого корпуса по выпаренной воде и тепловые нагрузки по корпусам определим путем совместного решения уравнений тепловых балансов по корпусам и уравнения баланса по воде для всей установки:

Q1=D*(Iг1-i1)=1,03*[Gн*Сн*(tк1-tн)+щ1*(Iвп1-Св* tк1)+Qконц1]; (3.7)

Q2= щ1*(Iг2-i2)=1,03*[(Gн- щ1)*С1*(tк2-tк1)+щ2*(Iвп2-Св* tк2)+Qконц2]; 3.8)

Q3= щ2*(Iг3-i3)=1,03*[(Gн- щ1 - щ2 )*С2*(tк3-tк2)+щ3*(Iвп3-Св* tк3)+Qконц3]; (3.9)

W= щ1 +щ2+ щ3; (3.10)

где 1,03--коэффициент, учитывающий 3% потерь тепла в окружающую среду;

Сн , С1 , С2-- теплоемкости растворов соответственно исходного, в первом и во втором корпусах. кДж/(кг*К), определяется по формуле:

Сн = 4,19*103*(1 - хн/100) = 4,19*103*(1 - 15/100) = 3,56

Сн = 3,56 кДж/(кг*К), С1 = 3,4 кДж/(кг*К), С2 = 2,28 кДж/(кг*К).

Qконц1, Qконц2,Qконц3--теплоты концентрирования по корпусам, кВт; так как эти величины имеют небольшое значение, то ими пренебрегаем.

Iвп1 ? IГ2= 2770 кДж/кг; Iвп2 ? IГ3= 2740 кДж/кг; Iвп3 ? IБК=2613 кДж/кг; IГ1= 2787 кДж/кг.

tн = tвп1 + Дґн

Дґн = 3 ?С, tвп1 = 166,1?С

tн = 166,1+ 3 =169,1 ?С.

Имеем систему уравнений:

Q1 = D*(2787 - 778,1) = 1,03*[10*3,56*(170 - 169,1) + щ1*(2770 - 4,19*170)]

Q2 = щ1*(2770-700,3) = 1,03*[(10 - щ1)*3,4*(150,45 - 170) + щ2*(2740 -4,19*150,45)]

Q3 = щ2*(2740 - 589) = 1,03*[(10 - щ1 - щ2)*2,28 *(108,63 -150,45)+щ3*(2613 -4,19*108,63)]

6,739 = щ1 + щ2+ щ3.

Решение этой системы уравнений дает следующие результаты:

D = 2,2108 кг/с; щ1= 2,08 кг/с; щ2= 2,23 кг/с; щ3= 2,429 кг/с; Q1 = 4441,28 кВт;

Q2 = 4304,98 кВт; Q3 = 4796,7 кВт.

Результаты расчета сведены в таблицу3.

Таблица3.

Параметр	Корпус
	1	2	3
Производительность по испаряемой воде, w, кг/с	2,08	2,23	2,429
Концентрация раствров x, %	18,8	26,26	46
Давление греющих паров Рг, МПа	1,1	0,74	0,38
Температура греющих паров tг, (°С)	183,2	165,1	140
Температурные потери У, (°С)	4,9	10,45	44,43
Температура кипения раствора tк(°С)	170	150,45	108,63
Полезная разность температур tп,град	13,2	14,65	31,37

Отклонения от вычисленных нагрузок по воде в каждом корпусе от предварительно принятых не превышает 5% и соответственно равны 1,8%; 0,71%; 0,86%.

1.6 Выбор конструкционного материала

Выбираем конструкционный материал, стойкий в среде кипящего раствора СаCl2 в интервале изменения концентраций от хн до хк [2]. При этом надо учесть, что в сплаве должен содержаться молибден для устойчивости к точечной коррозии. В этих условиях химически стойкой является сталь марки Х17H13M3T. Скорость коррозии ее не менее 0,1 мм/год, коэффициент теплопроводности лст= 25,1 Вт/м*К

Расчет коэффициентов теплопередачи

Коэффициент теплопередачи для первого корпуса определяют по уравнению аддитивности термических сопротивлений:

; (3.11)

Примем, что суммарное термическое сопротивление равно термическому сопротивлению стенки дст/лст и накипи дн/лн (табл. XXIII и XXVI/5/). Термическое сопротивление загрязнений со стороны пара не учитываем. Получим:

Уд/л = дст/лст + дн/лн = 0,002/25,1 + 0,0005/2 = 2,87*10-4 м2*К/Вт (для всех корпусов).

Коэффициент теплоотдачи от конденсирующегося пара к стенке б1 равен:

б1=2,04*, (3.12)

где r1--теплота конденсации греющего пара. Дж/кг;

сж1, лж1, мж1--соответственно плотность (кг/м3), теплопроводность Вт/(м*К), вязкость (Па*с) конденсата при средней температуре пленки tпл=tг1-Дt1/2 (где Дt1 -- разность температур конденсации пара и стенки, град):

Дt1 = 2 ?С

tпл= 183,2-2/2 = 182,2?С

По справочной литературе [1], [2] определяем:

r1= 2009*103 Дж/кг; Ж1= 886 кг/м3 ; лЖ1 = 0,684 Вт/м*К ; Ж1 = 0,09*10-3 Па/c-4

Расчет б1 ведем методом последовательных приближений. В первом приближении Дt1 = 2град. Тогда

Для установившегося процесса теплопередачи справедливо уравнение:

q= б1* Дt1= Дtст/(?д/л) = б2* Дt2; (3.13)

где q -удельная тепловая нагрузка, Вт/м2,

Дtст--перепад температур на стенке, град; отсюда

Дtст = б1* Дt1 (?д/л) = 9927*2* 2,87*10-4 = 5,7 град.

Тогда

Дt2 = Дtп1 - Дtст - Дt1 = 13,2 -5,7 -2 = 5,5 град.

Коэффициент теплоотдачи от стенки к кипящему раствору для пузырькового кипения в вертикальных кипятильных трубках при условии естественной циркуляции раствора равен

б2= А*q0,6= 780* q0,6*л11,3*с10,5*сп10,06/(у10,5*rв10,6*со0,66 *с10,3 *м10,3); (3.14)

где с1_- плотность раствора при концентрации x1 = 18,8 %;

сп- плотность греющего пара в первом корпусе;

rв1- теплота парообразования;

у1-поверхностное натяжение раствора;

м1- вязкость раствора при температуре tк= 170.

Подставив численные значения получим:

б2 = 780 (9927*2) 0,6 0,57 1,31109 0,5 5,61 0,06/ (0,0680,5 (2089*103) 0,6*0,579 0,663200 0,3*((0,13*10-3))0,3 = 17,757 (9927*2) 0,6 = 6730,91 Вт/м2*К

Проверим правильность приближения по равенству удельных тепловых нагрузок:

q' = б1Дt1 = 9927*2 = 19854 Вт/м2

q' '= б2Дt2 = 6730,91*5,5 = 37030 Вт/м2

Как видим, q' и q'' имеют разные значения.

Физические свойства растворов CaCl2 и их паров приведены в таблице.2

Таблица4

Параметр	Корпус
	1	2	3
Теплопроводность раствора л, Вт/(м*К)	0,576	0,578	0,580
Плотность раствора с, кг/м3	1109	1236	1392
Теплоемкость раствора с, Дж/(кг*К)	3200	3220	3280
Вязкость раствора м, Па*с	0,13*10-3	0,3*10-3	0,5*10-3
Поверхностное натяжение у, Н/м	0,068	0.069	0,071
Теплота парообразования rв, Дж/кг	2062*103	2140*103	2292*103
Плотность пара сп, кг/м3	5,61	2,59	0,0962

Для второго приближения примем Дt1 = 3,0 ?С.

Пренебрегая изменением физических свойств конденсата при изменении температуры на 1,0, рассчитаем б1 по соотношению

б1 = 9927*(2/3)1/4 = 8970 Вт/(м2*К).

Получим

Дtст = 8970*3*2,87*10-4 = 7,72 град;

Дtст = 13,2 - 3 - 7,7 = 2,5 град;

б2 = 17,757*(8970*3)0,6 = 8078,26 Вт/(м2*К)

q' = 8970*3 = 26910 Вт/м2; q''= 8078,26*2,5 = 20195,65 Вт/м2.

Как видим, q' и q'' имеют разные значения.

Для расчета в третьем приближении строим графическую зависимость удельной тепловой нагрузки q от разности температур между паром и стенкой в первом корпусе в первом корпусе (рис. 8) и определяем Дt1= 2,7°. Получим:

б1 = 9927(2,0/2,7)1/4 = 9209,47 Вт/(м2К);

Дtст = 9209,47 *2,7*2,87*10-4 = 7,136 град;

Дt2 = 13,2 - 2,7 - 7,136 = 3,36 град;

б2=17,757*(9209,47*2,7)0,6 = 7613,5 Вт/(м2К);

q' =9209,47*2,7 = 24865,57 Вт/м2;

q'' = 7613,5*3,36 = 25581,36 Вт/м2.

Как видим, q'? q''.

Расхождение между тепловыми нагрузками не превышает 3%(2,798 %).

Находим К1:

К1 = 1/(1/9209,47 + 2,87*10-4 + 1/7613,52) = 1901,14 Вт/(м2К).

Далее рассчитаем коэффициент теплопередачи для второго корпуса. Для этого найдем:

б1 = 2,04*((2058*103*8902*0,673)/(0,95*10-3*5*4))1/4 = 4612,13 Вт/(м2К);

Дtст= 4612,13*4*2,87*10-4 = 5,29 град;

Дt2 = 14,65 - 4 - 5,29 = 5,36 град;

б2 = 780*0,581,313920,52,590,06* *(4612,13*4)0,6/(0,00690,5(2149*103)0.60.5780,6632200,3(0,3*10-3)0,3) = 43,51(4612,13*4)0,6;

б2 = 15782,14 Вт/(м2К);

q' = 4612,13*4 = 18448,52 Вт/м2; q'' = 15782,14*5,36 = 84592,27 Вт/м2.

Как видим, q' и q'' имеют разные значения.

Для второго приближения примем Дt1 = 5 град.

Пренебрегая изменением физических свойств конденсата при изменении температуры на 1,0, рассчитаем б1 по соотношению

б1 = 4612,13*(4/5)1/4 = 4361,88 Вт/(м2*К).

Получим

Дtст= 4361,88*5*2,87*10-4 = 6,25 град;

Дt2 = 14,65 - 5 - 6,25 = 3,4 град;

б2 = 43,51*(4361,88*5)0,6 = 31775,6 Вт/(м2*К)

q' = 4361,88*5 = 21809,4 Вт/м2; q''= 31775,6*3,4 = 108037,08 Вт/м2.

Как видим, q' и q'' имеют разные значения.

Для расчета в третьем приближении примем Дt1 = 6,1 град.

Получим:

б1= 4612,13*(4,0/6,1)1/4 = 4150,34 Вт/(м2К);

Дtст = 4150,34*6,1*2,87*10-4 = 7,26 град;

Дt2 = 14,65 - 6,1 - 7,26 = 1,29 град;

б2 = 43,51*(4150,34*6,1)0,6 = 19082,58 Вт/(м2К);

q' = 4150,34*6,1 = 25317,07 Вт/м2;

q'' = 19082,58*1,29 = 24616,53 Вт/м2.

Как видим, q, Вт/м2 Дt1, град q'? q''.

Находим К2:

К2=1/(1/4150,34+2,87*10-4+1/24616,53) = 1783,8 Вт/(м2К).

Далее рассчитаем коэффициент теплопередачи для третьего корпуса. Примем Дt1=10 град. Найдем:

б1=2,04*(2100*103*8952*0,6653/(0,5*10-3*10*5) )1/4=4304 Вт/(м2К);

Дtст= 4304*10*2,87*10-4 = 12,35 град;

Дt2 = 31,37-10-12,35 = 9,02 град;

б2=780*0,621,313200,50,09620,06 (4304*10)0,6/(0,0080,5(2356*103 )0.60.5800,6629000,3(0,3*10-3)0,3);

б2=16281 Вт/(м2К);

q' = 4304*10 = 43040Вт/м2; q''= 16281*9,02 = 146854,6 Вт/м2.

Для второго приближения примем Дt1= 13 град.

Пренебрегая изменением физических свойств конденсата при изменении температуры на 1,0, рассчитаем б1 по соотношению

б1 = 4304*(10/13)1/4 = 4030,755 Вт/(м2*К).

Получим

Дtст= 4030,755*13*2,87*10-4 = 15,039 град;

Дt2 = 31,37 - 13 - 15,039 = 3,33 град;

б2=25*(4030,755*13)0,6 = 16964,37 Вт/(м2*К)

q' = 4030,755*13 = 52399,8 Вт/м2; q''= 16964,37*3,33 = 56491,35 Вт/м2.

Как видим, q' и q'' имеют разные значения. Для расчета в третьем прbближении строим графическую зависимость удельной тепловой нагрузки q от разности температур между паром и стенкой в первом корпусе в первом корпусе и определяем Дt1= 13,1 град.

Получим:

б1= 4304*(10/13,1)1/4= 4023,04 Вт/(м2К);

Дtст= 4023,04*13,1*2,87*10-4 = 15,125 град;

Дt2= 31,37 - 13,1- 15,125=3,145 град;

б2=25*(4023,04*13,1)0,6 = 17022,97 Вт/(м2К);

q' =4023,04*13,1= 52701,8 Вт/м2;

q''= 17022,97*3,145 = 53537,24Вт/м2.

Как видим, q'? q''.

Находим К3:

К3=1/(1/4023,04+2,87*10-4+1/17022,97) = 1680,67 Вт/(м2К).

1.7 Распределение полезной разности температур

Полезные разности температур в корпусах установки находим из условия разности поверхностей теплопередачи

Дtпj= ДtпQj/Kj/( Qj/Kj+ Qj/Kj + Qj/Kj) (3.14)

где Дtпj, Qj, Kj- полезная разность температур, тепловая нагрузка для j-го корпуса.

Подставив численные значения, получим:

Дtп1 = 59,22*(4441,28/1901,14)/( 4441,28/1901,14 + 4304,98/1783,8 + 4796,7/1680,67) = 59,22*2,336/(2,336 + 2,41 + 2,85) = 18,21 град;

Дtп2 = 59,22*2,41/7,596 = 18,79 град;

Дtп3= 59,22*2,85/7,596= 22,219 град.

Проверим общую полезную разность температур установки:

Дtп= Дtп1 + Дtп2+ Дtп3 = 18,21 + 18,79 + 22,219 = 59,219 град.

Теперь рассчитаем теплопередачи выпарных аппаратов по формуле (3.1):

F1 = 4441,28*103/(1901,14*18,21) = 128,29 м2;

F2= 4304,98*103/(1783,8*18,79) = 128,44м2;

F3 = 4796,7*103/(1680,67*22,219)= 128,45м2.

Данные значения мало отличаются от ориентировачно определенных ранее поверхностей Fор. Поэтому в последующих приближениях нет необходимости вностить коррективы на изменение конструктивных размеров аппаратов (высоты, диаметра и числа труб). Сравнение распределенных из условий равенства поверхностей теплопередачи и предварительно рассчитанных значений полезныхразностей температур Дtп представлено ниже:

Таблица 5.

Параметры	Корпус
	1	2	3
Распределенные в первом приближении Дtп, град.	13,2	14,65	31,37
Предварительно рассчитанные значения Дtп, град.	18,21	18,79	22,219

Как видно, полезные разности температур, рассчитанные из условия равенства перепада давления и найденные в 1-ом приближении из условия равенства поверхностей теплопередачи в корпусах, существенно отличаются. Поэтому необходимо заново перераспределить температуры (давления) между корпусами установки. В основу этого перераспределения температур (давлений) должны быть положены полезные разности температур, найденные из условия равенства поверхностей теплопередачи аппаратов.

1.8 Уточненный расчет поверхности теплопередачи

В связи с тем, что существенное изменение давлений по сравнению с рассчитанным в первом приближении происходит только в 1-м корпусе (где суммарные температурные потери незначительны), во втором приближении принимаем такие же значения Д',Д'', и Д''' для каждого корпуса, как и в первом приближении. Полученные после перераспределения температур давлений параметры растворов и паров по корпусам представлены ниже:

Таблица6

Параметры	Корпус
	1	2	3
Производительность по испаряемой воде w, кг/с	2,08	2,23	2,429
Концентрация растворов x, %	18,8	26,26	46
Температура греющего пара в 1-м корпусе tг1, град	183,2	--	-
Полезная разность температур Дtп, град	18,21	18,79	22,219
Температура кипения раствора tk = tг- Дtп, град	164,99	141,3	108,63
Температура вторичного пара, tвп = tk -( Д'+ Д''),град	161,09	131,85	65,2
Давление вторичного пара Pвт, МПа	0,65	0,29	0,025
Энтальпия вторичного пара Iвт, кДж/кг	2768	2728	2614
Температура греющего пара tг=tвп -Д''', град.	--	160,09	130,85

Рассчитаем тепловые нагрузки (в кВт):

Q1 = 1,03((10*3,56(164,99 - 169,1) + 2,08(2768 - 4,19*164,99)) = 4298,4;

Q2 = 1,03((10 - 2,08)*3,4(141,3 - 164,99) + 2,23(2728 - 4,19*141,3)) = 4249,04;

Q3 = 1,03((10 - 2,08 - 2,23)*2,28(108,63 - 141,3) + 2,429(2614 - 4,19*108,63 )) = 4964,62.

Рассчитаем коэффициенты теплопередачи.

Для первого корпуса Дt1=2 град:

б1 = 9927 Вт/(м2К);

Дtст= 9927*2*2,87*10-4 = 5,7 град;

Дt2 = 18,2 -2- 5,7 = 10,5 град;

б2= 6730,91 Вт/(м2К);

q' = 9927*2 = 19854 Вт/м2; q''= 6730,91*10,5 = 70674,56 Вт/м2.

Как видим, q' и q'' имеют разные значения.

Для второго приближения примем Дt1=6 град.

Пренебрегая изменением физических свойств конденсата при изменении температуры на 1,0, рассчитаем б1 по соотношению

б1 = 9927*(2/6)1/4 = 7542 Вт/(м2*К).

Получим

Дtст=7542*6*2,85*10-4 = 14,3 град;

Дt2 =24,85-14,3-6 = 4,55 град;

б2=16*(7542*6)0,6 = 9942 Вт/(м2*К)

q' =7542*6 = 45252 Вт/м2; q''= 9942*4,55 = 45236 Вт/м2.

Как видим, q'? q''.

Находим К1= 1930 Вт/(м2К),

Аналогично находим К2= 1840 Вт/(м2К), К3= 1809 Вт/(м2К).

Дtп1= 78,16*(9865/1930)/(9806/1840+9865/1930+9767/1809) = 78,16*5,14/(5,14+5,32+5,39) = 25,5 град;

Дtп2= 78,16*5,32/15,85= 26,2 град;

Дtп3= 78,16*5,39/15,85= 26,5 град.

Проверим общую полезную разность температур установки:

Дtп= Дtп1+ Дtп2+ Дtп3 =25, 5+26,2+26,5=78,2 град.

Сравнение полезных разностей температур, полученных во 2-м и 3-м приближении приведены ниже:

Таблица7

Параметры	Корпус
	1	2	3
Распределенные в первом приближении Дtп, град.	24,85	23,9	29,44
Дtп--рассчитанные во 2-м приближении, град.	25,5	26,2	26,5

Различия между полезными разностями температур во 2-м приближении не превышает 5%.

Теперь рассчитаем поверхности теплопередачи выпарных аппаратов по формуле (3.1):

F1=9864*103/(1930*25,5)=200,4 м2;

F2= 9806*103/1840/26,2= 203,4 м2;

F2= 9767*103/1809/26,5= 203,7 м2.

По ГОСТ11987-81 выбираем выпарной аппарат со следующими характеристиками:

Номинальная поверхность теплообмена Fн 250м2

Диаметр труб d 38?2мм

Высота труб H 500мм

Диаметр греющей камеры dк 1400мм

Диаметр сепаратора 3200мм

Диаметр циркуляционной трубы dц 900мм

Общая высота аппарата На 14500мм

Масса аппарата Ма 12000 кг

1.9 Определение толщины тепловой изоляции

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

бв(tст-tв) = (ли/ ди)( tст1-tст2) (3.15)

где бв=9,3+0,058tст2-коэффициент теплоотдачи от внешней поверхности изоляционного материала в окружающую среду, Вт/(м2К), tст2-температура изоляции со стороны окружающей среды (воздуха) tст2=40 град; ввиду незначительного сопротивления стенки аппарата по сравнению с термическим сопротивлением слоя изоляции tст1 принимают равной температуре tг1; tв-температура окружающей среды, град; ли-коэффициент теплопроводности изоляционного материала, Вт/(м2К).

Толщину тепловой изоляции и находят из равенства удельных тепловых потоков через слой изоляции от поверхности изоляции в окружающую среду.

Выберем в качестве материала для изоляции стекловату марки 35 по ГОСТ 10499 - 67, у которой и = 0,05 Вт/(м*К).

в = 9,3 + 0,058*tст = 9,3 + 0,058*40 = 11,6 Вт/(м2*К).

Рассчитаем толщину тепловой изоляции для первого корпуса:

и = и (tст1 - tст2)/( в(tст2 - tв)) = 0,05(183,2-40)/(11,6(40-22)) = 0,034 м

Принимаем толщину тепловой изоляции 0,034 м и для других корпусов.

Список использованной литературы

Воробьева Г.Я. Коррозионная стойкость материалов в агрессивных средах химических производств. М.: Химия, 1975.-816 с.

Зайцев И.Д., Асеев Г.Г. Физико-химические свойства бинарных и многокомпонентных растворов неорганических веществ. М.: Химия,1988.

Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию. Под ред. Ю.И. Дытнерского. М.: Химия, 1991.- 496 с.

Романков П.Г., Фролов В.Ф. и др. Методы расчета процессов и аппаратов химической технологии (примеры и задачи). - СПб: Химия, 1993. - 496 с.

Справочник химика, т.3. - М. - Л.: Химия, 1962.

Размещено на Allbest.ru