Расчёт многоступенчатой выпарной установки

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

УЧРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ

ГОМЕЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ П.О. СУХОГО

Факультет энергетический

Кафедра «Промышленная теплоэнергетика и экология»

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по курсу: «Промышленные тепломассообменные и холодильные установки»

на тему: «Расчёт многоступенчатой выпарной установки»

Исполнитель: студентка гр. ТЭ-41

Петреченко Е.В.

Руководитель: преподаватель Овсянник А.В.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1 Исходные данные

2 Расчет МВУ

3 Расчет барометрического конденсатора

4 Расчет вакуум-насоса

Список литературы

ВВЕДЕНИЕ

Выпарные установки предназначены для концентрирования растворов твердых нелетучих веществ путем удаления из них летучего растворителя при кипении или испарении. Процессы выпаривания используются в различных отраслях промышленности: для концентрирования растворов или производства минеральных солей, органических продуктов, удобрений, кормовых дрожжей. Процесс концентрирования, осуществляемый выпариванием, отличается большим разнообразием как физических параметров, так и других характеристик

В ходе курсового проекта необходимо спроектировать трехкорпусную выпарную установку.

В процессе работы рассчитывают трехкорпусную выпарную установку, барометрический конденсатор и вакуум-насос.

1 ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Выпариваемый раствор - FeCl3

Начальный расход - Gн=30 т/ч

Начальная концентрация - Хн=5%

Конечная концентрация - Хк=30%

Давление греющего пара - Ргп=50·10-2 МПа

Давление в барометрическом конденсаторе - Рбк=15·10-3 МПа

2 РАСЧЕТ МВУ

Расчёт многокорпусных выпарных установок проводят методом последовательных приближений.

Первое приближение. Производительность установки по выпариваемой воде определяют из уравнений материального баланса:

W = GН · (1-XН/ХК) = 8,33 ·(1-5/30) = 6,94 кг/с.

Расчёт концентраций упариваемого раствора. Принимают, что производительность каждого корпуса по выпариваемой воде определяется соотношением W1:W2:W3 = 1,0 : 1,1 : 1,2 (такое распределение на основании практических данных). Тогда

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рассчитывают концентрации раствора по корпусам.



X3 соответствует заданной концентрации упаренного раствора XК.

Определение температур кипения растворов. В первом приближении общий перепад давлений в установке распределяют по корпусам поровну. Общий перепад давлений равен:

PОБ= Pr1 - PБК = 50.10-2-15.10-3 = 0,485 МПа.

Тогда давление по корпусам равны:

Pr1 = 50.10-2 МПа;

Pr2 = Pr1 - PОБ/3 = 50.10-2 - 0,485/3 = 0,34 МПа;

Pr3 = Pr2 - PОБ/3 = 0,34 - 0,485/3 = 0,18 МПа.

Давление пара в барометрическом конденсаторе:

PБК = Pr3 - PОБ/3 = 0,18 - 0,485/3 = 0,015 МПа.

Это соответствует заданной величине PБК. По давлению паров находим [1] их температуры и энтальпии.

Давление, МПа	Температура, оС.	Энтальпия, кДж/кг.
Pr1 =50.10-2	tr1 = 151,84	J1 = 2748,9
Pr2 = 0,34	tr2 = 137,57	J2 = 2730,78
Pr3 = 0,18	tr3 = 118,85	J3 = 2701,55
PБК = 0,015	tБК = 53,88	JБК = 2598,43

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

По высоте кипятильных труб происходит изменение температуры кипения вследствие изменения гидростатического давления столба жидкости. Принимают температуру кипения в корпусе соответствующую температуре кипения в среднем слое жидкости. Таким образом, температура кипения раствора в корпусе отличается от температуры греющего пара в последующем корпусе на сумму температурных потерь от температурной (/), гидростатической (//) и гидродинамической (///) депрессий.

Гидродинамическая депрессия вызвана потерей давления паром на преодоление гидравлических сопротивлений трубопроводов при переходе из корпуса в корпус. Обычно в расчётах /// принимают равной 1,0 1,5 градуса на корпус. Примем /// для каждого корпуса по 10, тогда температуры вторичных паров в корпусах будут равны:

Сумма температурных потерь вследствие гидродинамических депрессий

По температурам вторичных паров определим их давления.



Температура, оС	Давление, МПа
tВ1 = 138,57	PВ1 = 0,347
tВ2 = 119,85	PВ2 = 0,198
tВ3 = 54,88	PВ3 = 0,0157

Определение гидростатической депрессии. Давление в среднем слое кипящего раствора каждого корпуса определяется по уравнению:

PСР = PВП + H . . g ·(1-е)/2

где PВП - давление вторичного пара в корпусе, Па;

H - высота кипятильных труб в аппарате, м;

- плотность кипящего раствора, кг.м3;

- паронаполнение (объёмная доля пара в парожидкостной смеси), м3/м3.

Для выбора величины H необходимо ориентировочно оценить поверхность теплопередачи выпарного аппарата. Можно принять удельную тепловую нагрузку аппаратов с естественной циркуляцией раствора

q = 30000 50000 Вт/м2,

аппаратов с принудительной циркуляцией раствора в корпусах

q = 80000 100000 Вт/м2.

Примем q = 40000 Вт/м2, тогда для 1-го корпуса ориентировочная поверхность будет равна:

где r1 - теплота парообразования вторичного пара, Дж/кг.

По ГОСТу [2] (см. приложение 5) аппарата с естественной циркуляцией, соосной греющей камеры и кипением раствора в трубках (Тип 1, исполнение 2) имеют высоту кипятильных труб 4 и 5 м при диаметре труб dН = 38 мм и толщине стенки СТ = 2 мм. Примем высоту кипятильных труб H = 4 м.

При пузырьковом (ядерном) режиме кипения паронаполнение составляет - 0,4 0,6. Примем = 0,5. Плотность водных растворов FeCl3 [3] (см. приложение 2) по корпусам при t = 150C равна

1 = 1061 кг/м3;

2 = 1100 кг/м3;

3 = 1300 кг/м3;

При определении плотности раствора в корпусах пренебрегаем изменением её с повышением температуры от 150С до температуры кипения в связи с малым значением коэффициента объёмного расширения и ориентировочным значением величины .

Давление в среднем слое кипятильных труб по корпусам равно:

P1СР = PB1 + H . 1 . g1 . (1-) / 2 = 0,347 + 4 . 1061·0,5·10-6 . 9.8·(1-0,5) / 2 = 0,357 МПа;

P2СР = PB2 + H . 2 . g2 . (1-) / 2 = 0,198 + 4 . 1100·0,5·10-6 . 9.8·(1-0,5) / 2 = 0,209 МПа;

P3СР = PB3 + H . 3 . g3 . (1-) / 2 = 0,0157 + 4 . 1300·0,5·10-6 . 9.8 ·(1-0,5) / 2 = 0,,028 МПа;

Этим давлениям соответствуют следующие температуры кипения и теплоты испарения растворителя [1]:



Давление, МПа	Температура, оС	Теплота испарения, кДж/кг
P1СР = 0,357	t1СР = 140	rВ1 =2145,6
P2СР = 0,209	t2СР = 121	rВ2 =2197,6
P3СР = 0,028	t3СР = 67,518	rВ3 =2339,2

Гидростатическая депрессия по корпусам:

Сумма гидростатических депрессий равна

Температурная депрессия / определяется по уравнению:

где T - температура паров в среднем слое кипятильных труб, K,

ra - теплота испарения, кДж/кг,

- температурная депрессия при атмосферном давлении [3] (см. приложение № 3).

Тогда температурная депрессия по корпусам равна:

Сумма температурных депрессий равна

Температуры кипения раствора по корпусам:

Полезные разности температур по корпусам.

tП1 = tг1 - tК1 = 151,84 - 140,2 = 11,64 оС.

tП2 = tг2 - tК2 = 137,57 - 121,28 = 16,29 оС.

tП3 = tг3 - tК3 = 118,85 - 68,078 = 50,772 оС.

Суммарная полезная разность температур:

tП =tП1 + tП2 + tП3 = 11,64 + 16,29 + 50,772 = 78,702 оС.

Проверка суммарной полезной разности температур:

tП = tг1 - tБК1 - (/ + // + ///) =151,84 -53,88 - (1,04 + 15,218 +3,0) = 78,702 оС.

Определение тепловых нагрузок. Совместным решением уравнений тепловых балансов по корпусам и уравнения балансов по воде для всей установки определяем расход греющего пара в 1-ый корпус, производительность каждого корпуса по выпаренной воде и тепловые нагрузки по корпусам.

Q1 = D1 . (HГ1 -h1) = 1,03. [GН . CН . (tК1 - tК) W1 . (HВ1 - CВ . tК1) + Q1 КОНЦ];

Q2 = W1 . (HГ2 - h2) = 1,03. [(GН - W1) . C1 . (tК2 - tК1) + W2 . (HВ2 - CВ . tК2) + Q2 КОНЦ];

Q3 = W2 . (HГ3 - h3) = 1,03. [(GН - W1 - W2) . C2 . (tК3 - tК2) + W3 . (HВ3 - CВ . tК3) + Q3 КОНЦ];

W = W1 + W2 + W3.

где Q1, Q2 ,Q3 - тепловые нагрузки по корпусам, кВт;

D - расход греющего пара в 1-ый корпус, кг/с;

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

H1, H2, H3 - энтальпии греющих паров по корпусам кДж/кг;

HВ1, HВ2, HВ3 - энтальпии вторичных паров по корпусам кДж/кг;

При решении уравнения баланса можно принимать, что

HВ1 HГ2; HВ2 HГ3; HВ3 HБК;

h1, h2, h3 - энтальпии конденсата по корпусам, кДж/кг;

СВ - теплоёмкость воды кДж/кг . К;

СН, C2, C3 - теплоёмкость раствора начальной концентрации в первом корпусе и втором корпусе, соответственно, кДж/кг , К, [3];

Q1 КОНЦ, Q2 КОНЦ, Q3 КОНЦ - теплота концентрирования по корпусам, кВт;

tн - температура кипения исходного раствора при давлении в 1-ом корпусе, оС.



где - температурная депрессия для исходного раствора.

Q1 = D . (2748,9 - 670,2) = 1,03 .[8,33 . 4,184 . (140,2 - 139,57) + W1 . (2730,78 - 4,19 . 140,2)];

Q2 = W1 . (2730,78 - 604,52) = 1,03 .[(8,33 - W1) . 3,748 . (121,28 - 140,2) + W2 . (2701,55 - 4,19 . 121,28)];

Q3 = W2 . (2701,55 - 511,155) = 1,03 .[(8,33 - W1 - W2) . 3,654 . (68,078 - 121,28) + W3 . (2598,43 - 4,19 . 68,078)];

6,94 = W1 + W2 + W3.

Решение системы уравнений даёт следующие результаты:

D = 2,648 кг/с

W1 = 2 кг/с Q1 = 5504 кВт

W2 = 2,4 кг/с Q2 = 5292 кВт

W3 = 2,54 кг/с Q3 = 5602 кВт

Наибольшее отклонение вычисленных нагрузок по испаряемой воде в каждом корпусе от предварительно принятых (W1 = 2,1 кг/с, W2 = 2,3 кг/с, W3 = 2,5 кг/с) не превышает 5%, поэтому в дальнейших расчётах не производим пересчёт концентраций и температур кипения растворов по корпусам. В случае, если это расхождение составит больше 5%, необходимо заново пересчитать концентрации, температурные депрессии и температуры кипения растворов, положив в основу расчёта новое, полученное из решения балансовых уравнений распределение по корпусам нагрузок по испаряемой воде.

Таблица 1 - Параметры растворов и паров по корпусам

№	Наименование параметра	1-й корпус	2-й корпус	3-й корпус
1	Производительность по упариваемой воде, W, кг/с.	2	2,4	2,54
2	Концентрация растворов, X, %	6,689	10,645	30
3	Давление греющих паров, PГ, МПа	50 . 10-2	0,34	0,18
4	Температура греющих паров, tГ, ОC	151,84	137,57	118,85
5	Температурные потери, , град.	2,63	2,78	14,2
6	Температура кипения раствора, tК, ОC	140,2	121,28	68,078
7	Полезная разность температур, tП, град.	11,64	16,29	50,772

Выбор конструкционного материала. Выбираем конструкционный материал, стойкий в среде кипящего раствора FeCl3 в интервале изменения концентраций от 5 до 30% [6]. В этих условиях химически стойкой является сталь марки X17, имеющая скорость коррозии менее 0,1 мм в год, коэффициент теплопроводности СТ = 25,1 Вт/м . К.

Расчёт коэффициентов теплопередачи. Расчёт коэффициента теплопередачи в первом корпусе.

Примем, что суммарное термическое сопротивление стенки и накипи равно

При этом не учитываем термическое сопротивление загрязнений со стороны пара.



Коэффициент теплоотдачи от конденсирующегося пара 1 к стенке [1] равен

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

Ж1, Ж, Ж плотность (кг/м2); теплопроводность (Вт/м.К), вязкость (Па) конденсата при средней температуре плёнки, соответственно,

tПЛ = tГ1 - t1/2,

t1 - разность температур конденсации пара и стенки, град.

Расчёт 1 ведут методом последовательных приближений.

1-ое приближение. Примем - t1 = 20 C, тогда проверяем правильность первого приближения по равенству удельных тепловых нагрузок:

Для установившегося процесса передачи тепла справедливо

где q - удельная тепловая нагрузка, Вт/м2;

tСТ - перепад температур на стенке, град;

t2 - разность между температурой стенки со стороны раствора и температурой кипения раствора, град.

выпарной установка вакуум насос

Рисунок 1 - Распределение температур в процессе теплопередачи от пара через стенку к кипящему раствору

tСТ = 1 . t1 . / = 8746,955 . 2 . 2,86 . 10-4 = 5,008 OC.

Тогда

t2 = tП1 - tСТ - t1 = 11,64 -5,008 -2,0 = 4,632 OC.

Коэффициент теплоотдачи от стенки к кипящему раствору для режима пузырькового кипения в вертикальных пузырьковых трубках при условии естественной циркуляции раствора [7] равен:

q1 = 1 . t1 = 8746,955 . 2 = 17494 Вт/м2;

q2 = 2 . t2 = 4485 . 4,632 = 20774 Вт/м2;

Как видно,

Таблица 2 - Физические свойства кипящих растворов и паров по корпусам

№	Наименование параметра	1-й корпус	2-й корпус	3-й корпус	Литература
1	Теплопроводность раствора, , Вт/м . К	0, 672	0,656	0,637	[6]
2	Плотность раствора, , кг/м3	1062	1104	1399	[3]
3	Теплоёмкость раствора, C, Вт/кг . К	4184,2	4052	3797	[3]
4	Вязкость раствора, , Па	0,244	0, 310	0,625	[9]
	Вязкость раствора, , с	10-3	10-3	10-3
5	Поверхностное натяжение, , Н/м	0,074	0,075	0,099	[8,9]
6	Теплота парообразования, rВ	2145,6	2148	2218,5
	Теплота парообразования, Дж/кг	103	103	103	[1]
7	Плотность пара, П, кг/м3	2,311	1,281	0,098	[1]
8	Плотность пара при 1 атм., 0, кг/м3	0,579	0,579	0,579	[1]

2-ое приближение. Примем - t1 = 3,0 0C, тогда

tСТ = 7903,76 . 3 . 0,286 . 10-3 = 6,788 OC.

t2 = 11,64 -3 -6,788 = 1,8516 OC.

q1 = 7903,76 . 3 = 23711 Вт/м2;

q2 = 5078 . 1,8516 = 9402 Вт/м2;

3-ье приближение. Строим графическую зависимость удельной тепловой нагрузки от принятой разности температур t1. (Приложение 1)

tСТ = 8550,773 . 2,19 . 0,286 . 10-3 = 5,361 OC.

t2 = 11,64 -2,19 -5,361 = 4,0888 OC.

q1 = 8550,773 . 2,1 = 18726 Вт/м2;

q2 = 5078 . 1,8516 = 18020 Вт/м2;

Если расхождение тепловых нагрузок не превышает 5%, то на этом расчёт коэффициентов 1 и 2 заканчивают.

Расчёт коэффициента теплопередачи во 2-ом корпусе.

tСТ = 7221 . 3,6 .0,286 . 10-3 = 7,4422 OC.

t2 = 16,29 -3,6 -7,4422 = 5,2478 OC.

q1 = 7221 . 3,6 = 25995 Вт/м2;

q2 = 5127 . 5,2478 = 26904 Вт/м2;



Расчёт коэффициента теплопередачи в 3-ьем корпусе.

tСТ = 3708 . 20,03 .0,286 . 10-3 = 21,2661 OC.

t2 = 50,772 -20,03 -21,26613 = 9,4759 OC.

q1 = 3708 . 20,06 = 74281 Вт/м2;

q2 = 7524 . 9,4759 = 71298Вт/м2;

Коэффициент теплоотдачи при кипении в плёночных выпарных аппаратах рекомендуется [10] определять по уравнению

где - теплопроводность кипящего раствора, Вт/м.К;

tВ - температура вторичного пара, оС;

q - тепловая нагрузка, которая в расчёте принимается равной .t1, Вт/м2;

- толщина плёнки [м], рассчитываемая по уравнению



где - кинематическая вязкость раствора, м2/с;

g - ускорение свободного падения м/с2: ,

- вязкость кипящего раствора, Па.с;

Г - линейная массовая плотность орошения, рассчитываемая по уравнению Г=Gj/П, кг/м.с;

Gj - расход раствора, поступающего в j-ый корпус, кг/с;

П - смоченный периметр, м, П = . dВН . n = FОР/H;

Значения коэффициентов и показателей степеней: при q < 20000 Вт/м2 , C = 163,5, n = 0,264, m = 0,685: q > 20000 Вт/м2 , C = 2,6, n = 0,203, m = 0,322. В аппаратах с вынесенной зоной кипения, а также в аппаратах с принудительной циркуляцией обеспечиваются высокие скорости движения растворов в трубках греющей камеры и, как следствие этого, устойчивый турбулентный режим течения. Поэтому для вычисления коэффициентов теплоотдачи со стороны жидкости используется эмпирическое уравнение [7]:

Nu = 0,023 . Re0,8 . Pr0,4.

Значения физических свойств, входящих в критерии подобия, находят при средней температуре потока, равной

.

Распределение полезной разности температур. Распределение полезной разности температур по корпусам проводим из условия равенства поверхностей теплопередачи в аппаратах установки.



где tПj, Qj, Kj полезная разность температур, тепловая нагрузка, коэффициент теплопередачи для j -го корпуса.

Проверка суммарной полезной разности температур установки:

tП = tП1 + tП2 + tП3 = 25,7324 + 24,34 + 28,63 = 78,702 0C.

Поверхность теплопередачи выпарных аппаратов.

Найденные значения поверхности теплопередачи выпарных аппаратов отличаются от ориентировочно определённой ранее FОР. Поэтому в последующих приближениях необходимо вносить коррективы на изменение высоты трубы.

Таблица 3 - Сравнение распределённых и рассчитанных значений полезных разностей температур

Корпуса	1	2	3
Распределённые в 1-ом приближении tП,	25,7324	24,34	28,63
Рассчитанные tП,	11,64	16,29	50,772

Как видно из табл. 3 рассчитанные полезные разности температур (из условия равного перепада давления в корпусах) и распределённые в 1-ом приближении (из условия равенства поверхности теплопередачи в корпусах) существенно различаются.

Поэтому необходимо заново перераспределять температуры (давления) между корпусами установки.

В основу этого перераспределения температур (давлений) кладут полезные разности температур, найденные по результатам распределения общей полезной разности из условия равенства поверхностей теплопередачи.

Второе приближение. В связи с тем, что существенное изменение давлений по сравнению с первым приближением происходит только в 1 и 2 корпусах, где суммарные температурные потери незначительны, во втором приближении принимаем значения /, // и /// для каждого корпуса такими же, как и в первом приближении.

Таблица 4 - Параметры растворов и паров по корпусам

№	Параметры	1 корпус	2 корпус	3 корпус
1	Производительность по выпаренной воде, W, кг/c	2	2,4	2,54
2	Концентрация растворов X, %	6,689	10,645	30
3	Температура пара, греющего 1 корпус tГ, оC	151,84	-	-
4	Полезная разность температур tП, оC	25,7324	24,34	28,63
5	Температура кипения раствора, tК=tГ-tП, оC	126,11	113,23	90,22
6	Температура вторичного пара, tВ=tК-(/+//), оC	124,48	111,8	77,02
7	Давление вторичного пара PВ, МПа	0,229	0,159	0,07
8	Температура греющего пара, tГ= tВ-///, оC	-	153,07	119,84

Рассчитываем тепловые нагрузки

Q1 = 5368 кВт

Q2 = 5292.75 кВт

Q3= 5601.82 кВт

Расчёт коэффициентов теплопередачи. Расчёты, выполненные методом, описанным выше, приводят к следующим результатам:

K1 = 1926 Вт/м2 . К;

K2 = 1835 Вт/м2 . К;

K3 = 1785 Вт/м2 . К.

Распределение полезной разности температур.

Проверка суммарной полезной разности температур:

tП = 25 + 25,7 + 28,04 = 78,702 0C.

Таблица 3 - Сравнение полезных разностей температур

Корпуса	1	2	3
Распределённые tП во 2-ом приближении	25	25,6	28,04
Распределённые tП в 1-ом приближении	25,7324	24,34	28,63

Различия в полезных разностях температур по корпусам из 1-ого и 2-го приближения не превышают 5%. Поверхность теплопередачи выпарных аппаратов.

По каталогу [4] выбираем выпарной аппарат со следующими характеристиками.

Номинальная поверхность теплообмена FН = 112 м2.

Диаметр труб d = 38 x 2 мм.

Высота труб H = 5000 мм.

Диаметр греющей камеры dК = 1000 мм.

Диаметр сепараторов dС = 1800 мм.

Общая высота аппарата HА = 13000 мм.

Масса аппарата MА = 8500 кг.

Определение толщины тепловой изоляции. Толщина тепловой изоляции И находится из равенства удельный тепловых потоков через слой изоляции и в окружающую среду для 1-го корпуса:

где В - коэффициент теплоотдачи от внешней поверхности изоляционного материала в окружающую среду, Вт/м2.К, [7].

В = 9,3 + 0,058 . tСТ2,

tСТ2 - температура изоляции со стороны воздуха, принимаемая равной 35 45 оС;

tСТ1 - температура изоляции со стороны аппарата. Ввиду незначительного термического сопротивления стенки аппарата по сравнению с термическим сопротивлением слоя изоляции tСТ1 принимают равной температуре греющего пара tГ1;

tВ - температура окружающей среды, оС;

И - коэффициент теплопроводности изоляционного материала, Вт/м . К.

Выбираем в качестве тепловой изоляции совелит [13], имеющий коэффициент теплопроводности И = 0,09 Вт/м . К.

В = 9,3 + 0,058 . 40 = 11,6 Вт/м2.К.

Толщина тепловой изоляции равна

Принимаем толщину тепловой изоляции 30 мм.

3 РАСЧЁТ БАРОМЕТРИЧЕСКОГО КОНДЕНСАТОРА

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

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

Определение расхода охлаждающей воды.

Расход охлаждающей воды GВ определяется из теплового баланса конденсатора:

где JВК - энтальпия паров в барометрическом конденсаторе, Дж/кг;

CВ - теплоёмкость воды, Дж/кг . К;

tН - начальная температура охлаждающей воды, ОC;

tК - конечная температура смеси воды и конденсата, ОC.

Движущая сила теплопередачи на выходе из конденсатора должна быть 3 5 ОC, поэтому конечную температуру на выходе из конденсатора принимают на 3 5 градусов ниже, чем температура конденсации паров.

tК = tБК - 4 = 53,88 - 4 = 49,88 ОC.

Расчёт диаметра барометрического конденсатора.



где П - плотность паров в барометрическом конденсаторе, кг/м3;

VП - скорость паров в барометрическом конденсаторе, м/с.

При остаточном давлении в конденсаторе 104 2 . 104 Па скорость паров VП принимают 15 25 м/c.

Полученное значение округляем до стандартного по ГОСТ26717-73, в соответствии с которым выбираем все размеры коденсатора ( Приложение 9)

Выбираем барометрический конденсатор с dБК = 1600 мм.

Расчёт высоты барометрической трубы.

В соответствии с нормалями [14] внутренний диаметр барометрической трубы равен dВТ = 300 мм.

Скорость воды в барометрической трубе VВ равна

Высота барометрической трубы определяется из уравнения:

где В - вакуум в барометрическом конденсаторе, Па;

- сумма коэффициентов местных сопротивлений;

HБТ, dБТ - высота и диаметр барометрической трубы;

В - плотность воды, кг/м3;

0,5 - запас высоты на изменение барометрического давления, м.

B = 98066,5-0,015. 106 = 83066,5 Па.

= ВХ + ВЫХ = 0,5 + 1 = 1,5.

Определим режим движения воды в барометрической трубе:

= 0,013 (для гладких труб).

Откуда HБТ = 9 м.

4 РАСЧЁТ ВАКУУМ-НАСОСА

Производительность вакуум-насоса LВ определяется количеством несконденсированного газа (воздуха), который необходимо удалять из барометрического конденсатора.

где 0,025 - количество несконденсирующихся газов [кг/с], выделяющихся на 1000 кг воды;

10 - количество газов [кг/с], подсасываемых через неплотности в конденсатор на каждые 1000 кг паров.

Объёмная производительность вакуум-насоса равна

где R - газовая постоянная, Дж/кмоль.К;

MВ - молекулярная масса воздуха, кг/кмоль;

tВ - температура воздуха, ОС;

PВ - парциальное давление сухого воздуха в барометрическом конденсаторе, Па.

Температура воздуха рассчитывается по уравнению:

tВ = tН + 4 + 0.1 . (tК - tН) = 20 + 4 + 0.1 . (49,88 - 20) = 27 ОС.

Давление воздуха равно

PВ = PБК - Pn,

где - Pn - давление сухого насыщенного пара при tВ = 27 ОС, Па.

PВ = 0,015 - 0,0036 = 0,0114 МПа.

Тогда

По ГОСТу [15] (см. приложение №5) подбираем по объёмной производительности VВ и остаточному давлению PБК вакуум-насос типа ВВН - 25 с мощностью на валу вакуум-насоса N = 48 кВт.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов. Л., «Химия», 1976, 552 с.

2. ГОСТ 11987-73. Аппараты выпарные трубчатые.

3. Справочник химика, т. III, 1962., т У, М-Л., «Химия», 1966, 974 с.

4. Каталог УКРНИИХИММАШа. Выпарные аппараты вертикальные трубчатые общего назначения. М., ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ, М., 1972.

5. Мищенко К.П., Полторацкий Г.М. Термодинамика и строение водных и неводных растворов электролитов. Изд. 2-ое, Л., «Химия», 1976, 328 с.

6. Воробьёва Г.Я. Коррозионная стойкость материалов в агрессивных средах химических производств. Изд. 2-ое, М., «Химия», 1975, 816 с.

7. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. Изд. 9-ое, М., «Химия», 1973, 750 с.

8. Викторов М.М. Методы вычисления физико-химических величин и прикладные расчёты. Л., «Химия», 1977, 360 с.

9. Чернышов А.К., Поплавский К.Л., Заичко Н.Д. Сборник номограмм для химико-технологических расчётов. Л., «Химия», 1974, 200 с.

10. Тананайко Ю.М., Воронцов Е.Г. Методы расчёта и исследования плёночных процессов. Киев, «Техника», 1975, 312 с.

11. Лащинский А.А., Толчинский А.Р. Основы конструирования и расчёты химической аппаратуры. Л., «Машиностроение», 1970, 752 с.

12. Альперт Л.В. Основы проектирования химических установок. М. «Высшая школа», 1976, 272 с.

13. Теплотехнический справочник. Т 2, М., «Энергия», 1972, 896 с.

14. ГОСТ 26716-73. Барометрические конденсаторы.

15. ГОСТ 1867-57 Вакуум-насосы низкого давления.

16. Лекае В.М., Ёлкин Л.Н. Методические указания по курсовому проектированию процессов и аппаратов химической технологии. М., МХТИ, 1977, 84 с.

17. Кафаров В.В., Ветохин В.Н., Бояринов А.И. Программирование и вычислительные методы в химии и химической технологии. М., «Наука», 1972, 587 с.

Размещено на Allbest.ru