Расчет многокорпусной выпарной установки

Δt_пj = ΣΔt_п·(Q_j/K_j)/ΣQ/K                                (2.21)

где Δt_пj,Q_j,K_j – соответственно полезная разность температур, тепловая нагрузка, коэффициент теплопередачи для j-го корпуса.

Подставив численные значения, получим:

Δt_п1 =56,1∙(11465,5/1887,7) / (11465,5/1887,7+ +11725,6/1150,71) = 20,95 °С,

Δt_п2 =56,1∙(11725,6/1150,71) / (11465,5/1887,7+ +11725,6/1150,71)= 35,15 °С,

Проверим  общую полезную разность температур установки:

ΣΔt_п = Δt_п1 + Δt_п2=20,95+35,15=56,1°С.

Теперь  рассчитаем поверхность теплопередачи  выпарных аппаратов по формуле:                                    F= Q/(K·Δt_п)

F₁ = 11465,5∙10³/ (1887,7∙20,95) = 289,9м²,

F₂ = 11725,6∙10³ / (1150,71∙35,15) = 289,9м²,

Найденные значения мало отличаются от ориентировочно определенной ранее поверхности F_ор. Поэтому в последующих приближениях нет необходимости вносить коррективы на изменение конструктивных размеров аппаратов (высоты, диаметра и числа труб). Сравнение распределенных из условий равенства поверхностей теплопередачи и предварительно рассчитанных значений полезных разностей температур Δt_п представлено ниже:

 

Таблица 2.5 Сравнение распределенных и предварительно рассчитанных значений полезных разностей температур

 

Параметры	Корпус
	1	2
Распределенные в 1-м приближении  значения Δtп, °С	18,05	35,05
Предварительно рассчитанные значения Δtп, °С	20,95	35,15

 

По ГОСТ 11987-81 выбирем выпарной аппарат со следующими характеристиками:

Номинальная поверхность теплообмена - F_н= 400 м²

Диаметр труб d=38·2 мм

Высота  труб H= 4000 мм

Диаметр греющей камеры d_к =1800 мм

Диаметр сепаратора d_с  =3800 мм

Диаметр циркуляционной трубы d_ц =1800мм

Общая высота аппарата Н_а=12500мм

Масса аппарата M_а=  21000кг

 

 

3 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТОЛЩИНЫ ТЕПЛОВОЙ ИЗОЛЯЦИИ

 

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

α _в·(t _ст2- t _в)= (λ_и /δ_и)·(t _ст1 – t_ст2)                          (3.1)

где α_в=9,3+0,058

      t_ст2-коэффициент теплоотдачи от внешней поверхности изоляционного материала в окружающую среду,Вт/м² К;

      t _ст2-температура изоляции со стороны окружающей среды, °С;

      t _{ст1 -} температура изоляции со стороны аппарата t _{ст1 =} t _г1, °С;

      t _в – температура окружающей среды, °С;

     λ_и -коэффициент теплопроводности изоляционного материала Вт/м·К.

α _в = 9,3 + 0,058·40 =11,62 Вт

В качестве материала для тепловой изоляции выберем совелит (85% магнезии = 15% асбеста), имеющий коэффициент теплопроводности λ_и =0,09 Вт/м·К.

Тогда получим

δ_и =0,09·(155,18-40)/11,62·(40-20)=0,045 м

 

4 РАСЧЕТ 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 С°). Смесь охлаждающей воды и конденсата выливается из конденсатора по барометрической трубе. Для поддержания постоянства вакуума в системе из конденсатора с помощью вакуум-насоса откачивают неконденсирующие газы.

Необходимо рассчитать расход охлаждающей  воды, основные размеры (диаметр и  высоту) барометрического конденсата и барометрической трубы.

 

4.1 Определение расхода  охлаждающей воды

 

Расход охлаждающей воды определяем из теплового баланса конденсатора:

 G_в= W_k·(I_бк - C_в·t_к)/ C_в· ( t_к-t_н) ,                                          (4.1)

где I_бк — энтальпия паров, поступающих в барометрический конденсатор, Дж/кг;

W_к— расход вторичных паров, поступающих из последнего корпуса, кг/с;

          t_н — начальная температура воды, °С;

          t_к — конечная температура воды, °С;

          С_в — теплоёмкость воды, Дж/(кгК).

Разность температур между паром  и жидкостью на выходе из конденсатора должна быть 3 – 5 град. Поэтому конечную температуру воды t_к на выходе из конденсатора примем на 3 градуса ниже температуры конденсации паров:

_Тогда

G_в=5,4·(2648,9·10³ - 4190·83,53)/4190·(80,53 - 20) = 46,64 кг/с.

 

4.2 Определение диаметра  конденсатора

 

Диаметр барометрического конденсатора рассчитываем из уравнения расхода:

 D_бк=√4·W·k/ π·ν· ρ_n ,                                               (4.2)

где ρ_п — плотность паров, кг/м³;

ν — скорость паров, м/с.

При остаточном давлении в конденсаторе порядка  Па скорость паров ν= 15 – 25 м/с. Принимаем ν = 20 м/с.

                               D_бк=√4·5,4/3,14·20·0,098 = 3,5м

По нормалям НИИХИММАШа подбираем конденсатор диаметром, равным расчётному или ближайшему большему. Определяем его основные размеры. Выбираем барометрический конденсатор диаметром d_бк = 1600 мм.

 

4.3 Определение высоты  барометрической трубы

 

Скорость воды в барометрической  трубе определяем из соотношения:

ν_в= 4^.(G_в+W₃)/ρ_в^.π^. = 4^.(46,64+5,4)/1000^.3,14^.0,3² = 0,74 м/с

Высоту барометрической трубы  определяем по уравнению:

H_бт=B/ρ_в·g+(1+ Σξ+λ·H_бт/d_бт)· ν_в/2·q+0,5                                                    (4.3)

где  В — вакуум в барометрическом конденсаторе ;

          Σξ — сумма коэффициентов местных сопротивлений;

          λ — Коэффициент трения в барометрической трубе;

          ν_в — скорость воды, м/с; 

          d_бт — диаметр барометрической трубы, м;

В = 8,13·10⁴ Па;

Σξ = ξ_вх + ξ_вых = 0,5 + 1 = 1,5;

Для определения коэффициента трения находим критерий Рейнольдса:

Re = ν^.d^.ρ/µ = 0,74^.0,3^.1000/0,54^.10^-3 = 411111

При Re = 411111 коэффициент трения для шероховатых труб λ = 0,011

H_бт = 8,13^.10⁴/1000^.9,8 +(1+ 1,5 + 0,011^.H_бт/0,3)^.0,74 ²/2^.9,8+0,5 =10,1м.

4.4 Расчет производительности вакуум-насоса

 

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

G_возд=2,5·10^-5·(w₂+G_в)+0,01·w₂                                                          (4.4)

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

G_возд=2,5·10^-5·(5,4+46,64)+0,01·5,4=55,3·10^-3 кг/с.

Объёмная  производительность вакуум-насоса равна:

V_возд =R^.(273+ t_возд)^.G_возд/M_возд^.P_возд                                                   (4.5)

где R – универсальная газовая постоянная, Дж/(кмоль∙К); M_возд – молекулярная масса воздуха, кг/кмоль; t_возд – температура воздуха, °С; Р_возд – парциальное давление сухого воздуха в барометрическом конденсаторе, Па.

Температуру воздуха рассчитывают по уравнению:

t_возд=t_н+4+0,1·(t_к-t_н)=20+4+0,1·(80,53-20)=30,05 °С.

Давление  воздуха равно:

Р_возд = Р_бк – Р_п

где Р_п – давление сухого насыщенного пара (Па) при t_возд = 30,05 °С.

Р_возд = 5,46 ∙ 10⁴ – 0,43 ∙ 10⁴ = 5,03 ∙ 10⁴ Па

Тогда:

           V_возд =8310^.(273+ 30,05)^.55,3^.10^-3/29^.5,03^.10⁴ =0,095м³/с  (5,7 м³/мин)

Зная  объёмную производительность V_возд и остаточное давление Р_бк, по ГОСТ 1867 – 57 подбираем вакуум-насос типа ВВН-6 мощностью на валу

N = 12,5 кВт. [1]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

В курсовой работе рассмотрена двухкорпусная  выпарная установка, произведены основные расчеты по определению поверхности  теплоотдачи выпарного аппарата, концентрации упариваемого раствора NaNO₃. Исходя из свойств соли был выбран аппарат первого типа с первым исполнением, выпарной трубчатый аппарат с естественной циркуляцией, с сосной греющей камерой и солеотделением. Упариванием раствора, выделяющиеся кристаллы, удаляются промывкой.

 

                     Таблица 2.1 Маркировка выбранного оборудования

№	Наименование	Марка
1	Вакуум-насос	ВВН-6
2	Теплообменник	ПВК-219
3	Конденсатоотводчик	РКП-20-25-1
4	Барометрический конденсатор	dбк = 1600 мм

 

Библиографический список

 

1. Дытнерский, Ю. И. Основные процессы и аппараты химической технологии. Пособие по проектированию [текст] / Ю. И. Дытнерский, – М.: Химия, 1983, 270 с.
2. Павлов, К. Ф. Примеры и задачи по курсу процессы и аппараты химической технологии [текст] / К. Ф. Павлов, П. Г. Романков, А. А. Носков, – М.: Химия, 1970, 624 с.
3. Справочник химика, т III, М.: Химия, 1964, 1008 с.
4. Справочник химика, т V, М.: Химия, 1968, 976 с.
5. Воробьёва, Г. Я. Коррозионная стойкость материалов в агрессивных средах химических производств [текст] / Г. Я. Воробьёва, М.: Химия, 1975, 816 с.
6. Касаткин, А. Г. Основные процессы и аппараты химической технологии [текст] / А. Г. Касаткин, М.: Химия, 1973, 750 с.
7. Викторов, М. М. Методы вычисления физико-химических величин и прикладные расчёты [текст] / М. М. Викторов, Л.: Химия, 1977, 360 с.
8. Каталог УКРНИИХИММАШа. Выпарные аппараты вертикальные трубчатые общего назначения. М.: ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ, 1979, 38 с.
9. Лащинский, А. А. Основы конструирования и расчёта химической аппаратуры [текст] / А. А. Лащинский, А. Р. Толчинский, Л.: Машиностроение, 1970, 752 с.
10. Лащинский, А. А. Конструирование сварочных химических аппаратов [текст] / А. А. Лащинский, Л.: Машиностроение, 1981, 382 с.