| |||||||||||
МЕНЮ
| Курсовая работа: Расчет трехкорпусной выпарной установки непрерывного действияПроверим правильность первого приближения по равенству удельных тепловых нагрузок: Как видим Для второго приближения примем Очевидно, что Для определения строим графическую зависимость тепловой нагрузки q от разности температур между паром и стенкой (см. рис. 1.1) и определяем = 1,1 ºС. Проверка: Как видим Рассчитываем коэффициент теплопередачи К1 в первом корпусе: Коэффициент теплопередачи для второго корпуса К2 и третьего К3 можно рассчитывать так же , как и коэффициент К1 или с достаточной точностью воспользоваться соотношением коэффициентов , полученных из практики ведения процессов выпаривания .Эти соотношения варьируются в широких пределах: К1 : К2 : К3 = 1 : (0,85 0,5) (0,7 0,3) Поскольку – СaCl2 –соль, соотношение коэффициентов принимаем по верхним пределам. К1 : К2 : К3 = 1 : 0,85: 0,7 К2 = К1 0,85 = 1096,5 0,85 =932 К3 = К1 0,7 = 767,55 1.7 Распределение полезной разности температур Полезные разности температур в корпусах установки находим из условия равенства их поверхностей теплопередачи: , (1.21) где – общая полезная разность температур выпарной установки; – отношение тепловой нагрузки к коэффициенту теплопередачи в корпусе; i = 1,2,3 – номер корпуса. Проверим общую полезную разность температур установки: Поскольку рассчитаны величины тепловых нагрузок, коэффициентов теплопередачи и полезной разности температур по корпусам, следовательно, можно найти поверхность теплопередачи выпарных аппаратов: Полученные значения поверхности теплопередачи сравниваем с определенной ранее ориентировочной поверхностью Fор=49 м2. Различие незначительное. Значит, размеры выпарных аппаратов выбраны правильно. По ГОСТ 11987 выбираем аппарат с поверхностью теплообмена F=63м2 и длиной труб Н = 4 м. Основные технические характеристики выпарного аппарата представлены в таблице 1.6. Таблица 1.6 – Техническая характеристики выпарного аппарата.
1.8 Определение толщины тепловой изоляции Толщину тепловой изоляции находим из равенства удельных тепловых потоков через слой изоляции в окружающую среду: , (1.22) где – коэффициент теплоотдачи от внешней поверхности изоляции к воздуху, Вт/(м2 К) ; – температура изоляции со стороны воздуха, °С; Для аппаратов, работающих внутри помещения выбирают в пределах 35 ÷ 45 ºС, а для аппаратов, работающих на открытом воздухе в зимнее время – в интервале 0 ÷ 10 ºС.; – температура изоляции со стороны аппарата, ºС (температуру tст1 можно принимать равной температуре греющего пара, ввиду незначительного термического сопротивления стенки аппарата по сравнению с термическим сопротивлением слоя изоляции); – температура окружающей среды (воздуха), ºС; – коэффициент теплопроводности изоляционного материала, Вт/(мК). В качестве изоляционного материала выбираем совелит, который содержит 85% магнезии и 15 % асбеста. Коэффициент теплопроводности совелита Толщина тепловой изоляции для первого корпуса: Такую же толщину тепловой изоляции принимаем для второго и третьего корпусов. 2. Расчет вспомогательного оборудования 2.1 Расчет барометрического конденсатора Для создания вакуума в выпарных установках применяют конденсаторы смешения с барометрической трубой. В качество охлаждающего агента используют воду, которая подается в конденсатор чаще всего при температуре окружающей среды (около 20 ºС). Смесь охлаждающей воды и конденсата выходит из конденсатора по барометрической трубе. Для поддержания постоянного вакуума в системе вакуум-насос постоянно откачивает неконденсирующиеся газы. 2.1.1 Определение расхода охлаждающей воды Расход охлаждающб ей воды Gв (в кг/с) определяем из теплового баланса конденсатора: , (2.1) где – энтальпия пара в барометрическом компенсаторе, кДж/кг; – теплоёмкость воды, кДж/(кг К); С в =4190 кДЖ/(кгК); - начальная температура охлаждающей воды, ºС; t н = 10 20 ºС - конечная температура смеси воды и конденсата, ºС. Разность температур между паром и жидкостью на выходе из конденсатора составляет 3 ÷ 5 град., поэтому конечную температуру воды принимают на 3 ÷ 5 град. ниже температуры конденсации паров: ºС Тогда 2.1.2 Расчет диаметра барометрического конденсатора Диаметр барометрического конденсатора ‚ определяем из уравнения расхода , (2.2) где – плотность пара, кг/м3 выбираемая по давлению пара в конденсаторе Pбк; – скорость пара, м/с, принимаемая в пределах 15 ÷ 25 м/с. По нормалям НИИХИММАШа подбираем барометрический конденсатор диаметром dбк = 600 мм с диаметром трубы dбт = 150 мм. 2.1.3 Расчет высоты барометрической трубы Скорость воды в барометрической трубе Высота барометрической трубы , (2.3) где В – вакуум в барометрическом конденсаторе, Па; – сумма коэффициентов местных сопротивлений; – коэффициент трения в барометрической трубе; – высота и диаметр барометрической трубы, м; 0,5 – запас высоты на возможное изменение барометрического давления. , где – коэффициенты местных сопротивлений на входе в трубу и на выходе из неё. Коэффициент трения зависит от режима движения воды в барометрической трубе. Определим режим течения воды в барометрической трубе: где – вязкость воды, Па∙с, определяемая по номограмме при температуре воды tср. Для гладких труб при Re = 123250, 2.2 Расчёт производительности вакуум – насоса Производительность вакуум-насоса Gвозд определяется количеством воздуха, который необходимо удалять из барометрического конденсатора: , (2.4) где 2,5∙10-5 – количество газа, выделяющегося из 1 кг воды; 0,01 – количество газа, подсасываемого в конденсатор через уплотнения на 1 кг паров. Тогда
Объёмная производительность вакуум-насоса , (2.5) где R – универсальная газовая постоянная, Дж/(кмоль К); Mв – молекулярная масса воздуха, кг/кмоль; tв – температура воздуха, ºС; Рв – парциальное давление сухого воздуха в барометрическом конденсаторе, Па. Температура воздуха ºС давление воздуха
, (2.6) где Рп – давление сухого насыщенного пара при tв, Па. При температуре воздуха 27,07ºС, Рп = 0,038∙9,8∙104 Па. . Тогда Зная объёмную производительность воздуха и остаточное давление в конденсаторе Рбк, по каталогу подбираем вакуум-насос типа ВВН – 3 мощность на валу . Удельный расход энергии на тонну упариваемой воды, , . 2.3 Определение поверхности теплопередачи подогревателя Поверхность теплопередачи подогревателя (теплообменника) Fп ,м2 определяем по основному уравнению теплопередачи: , (2.7) где – тепловая нагрузка подогревателя, Вт определяется из теплового баланса теплообменника: Кп – коэффициент теплопередачи, Вт/(м К), Кп = 120 ÷ 340; – средняя разность температур между паром и раствором, ºС; – количество начального раствора, кг/с, и его теплоёмкость, Дж/(кг∙К); – начальная температура исходного раствора, ºС; – температура раствора на выходе из теплообменника, ºС, равная температуре с которой раствор входит в первый корпус. t1н = 143,6ºС пар t1к = 143,6ºС t2н = 20ºС раствор t2к = 129,9ºС
Так как отношение , то величину определим как среднелогарифмическую: Тогда поверхность теплообменника Площадь поверхности теплопередачи теплообменника принимается на 10—20 % больше расчетной величины: На основании найденной поверхности по ГОСТ 15122 – 79 выбираем кожухоторубчатый одноходовой теплообменник с такими параметрами: площадь поверхности теплопередачи F = 65 м2 , число труб n = 283 длина труб l = 3 м, диаметр труб 25 х 2 мм, диаметр кожуха D = 600 мм . 2.4 Расчёт центробежного насоса Основными типами насосов, используемых в химической технологии, являются центробежные, осевые и поршневые. Для проектируемой выпарной установки используем центробежный насос. При проектировании обычно возникает задача определения необходимого напора Н и мощности N при заданной подаче (расходе) жидкости Q, перемещаемой насосом. Далее по найденному напору и производительности насоса определяем его марку, а по величине мощности на валу – тип электродвигателя к насосу. Мощность на валу насоса, кВт, , (2.8) где Q – производительность насоса, м3/c; Н – напор, развиваемый насосом, м; – к.п.д. насоса, = 0,4 ÷ 0,9; – к.п.д. передачи (для центробежного насоса = 1). Напор насоса , (2.9) где Р1 – давление жидкости для исходного раствора (атмосферное), Па; Р2 – давление вторичного пара в первом корпусе, Па; НГ – геометрическая высота подъема раствора, м, Н Г = 8 ÷ 15 м; hп – напор, теряемый на преодоление гидравлических сопротивлений (трения и местных сопротивлений) в трубопроводе и теплообменнике, м. Потери напора , (2.10) где и – потери напора соответственно в трубопроводе и в теплообменнике, м. В связи с громоздкостью расчета потери напора в теплообменнике можно не рассчитывать и принимать их в пределах , в зависимости от скорости движения раствора в трубах теплообменника, длины, количества труб и числа ходов теплообменника; w – скорость раствора, м/с, w = 0,5 ÷ I,5 м/с; l и d – длина и диаметр трубопровода, м; l = 10 ÷ 20 м; – коэффициент трения; – сумма коэффициентов местных сопротивлений. Определим диаметр трубопровода из основного уравнения расхода: Для определения коэффициента трения рассчитываем величину Rе: , (2.11) где плотность, кг/м3 и вязкость, Па∙с исходного раствора; при концентрации x = 5%; Для гладких труб при Re = 49168 по задачнику Определим сумму коэффициентов местных сопротивлений : Коэффициент местных сопротивлений равны: вход в трубопровод = 0,5; выход из трубопровода = 1,0; колено с углом 90º (дл--+я трубы d = 54 мм); = 1.1; вентиль прямоточный = (для трубы d = 24,6 мм); ; Примем потери напора в теплообменнике и аппарата плюс 2 метра,НГ = 6,5 + 2 = 8,5 м. Тогда, по формулам (2.8) и (2.9) ; . По приложению табл. П11 устанавливаем, что данным подаче и напору больше всего соответствует центробежный насос марки X8/30, для которого в оптимальных условиях работы Q = 2,4 10-3 м3/с, H = 30 м. Насос обеспечен электродвигателем АО2 – 32 – 2 номинальной мощностью N = 4 кВт. По мощности, потребляемой двигателем насоса, определяем удельный расход энергии: 2.5 Расчёт объёма и размеров емкостей Большинство емкостей представляют собой вертикальные или горизонтальные цилиндрические аппараты. При проектировании емкостей основными руководящими документами являются нормали и Государственные стандарты. По номинальному объему аппарата выбирают его основные конструктивные размеры (диаметр, высоту), которые должны соответствовать ГОСТ 9941 – 72, ГОСТ 9671 – 72. Длина (высота) емкостей принимается равной (1 ÷1,5) Dн. Расчет емкостей для разбавленного и упаренного раствора ведем из условий шестичасовой (сменной) работы выпарного аппарата, т.е. ч. 0бъём емкости для разбавленного (исходного) раствора , (2.12) где – количество (кг/ч) и плотность (кг/м3) исходного раствора; – коэффициент заполнения емкости, = 0,85 - 0,95. Для удобства работы устанавливаем три емкости объемом 20м3. Принимаем диаметр емкости равным D = 2,6м. Тогда длина ее l = 3,8, м. Объем емкости упаренного раствора , (2.13) где – количество (кг/ч) и плотность (кг/м3) упаренного раствора. Устанавливаем емкость объемом 8 м3 диаметром 2 м и длиной 2,6 м. 3.6 Определение диаметра штуцеров Штуцера изготовляют из стальных труб необходимого размера. По ГОСТ 9941 – 62 применяют трубы следующих диаметров: 14, 16, 18, 20, 22, 25, 32, 38, 45, 48, 57, 70, 76, 90, 95, 108, 133, 159, 194, 219, 245, 273, 325, 377, 426. Диаметр штуцеров определим из основного уравнения расхода: , (2.14) где Vc – расход раствора или пара, м3/с; w – средняя скорость потока, м/с. Диаметр штуцера для разбавленного раствора Диаметр штуцера для упаренного раствора Диаметр штуцера для ввода греющего пара в первом корпусе , (2.15) где – расход пара, кг/с; – плотность пара при давлении его РГ1, кг/м3; (при РГ1 = 0,4 МПа = 2,16 кг/м3). 2.7 Подбор конденсатоотводчиков Для отвода конденсата и предотвращения проскока пара в линию отвода конденсата теплообменные аппараты, обогреваемые насыщенным водяным паром, должны снабжаться конденсатоотводчиками. Расчет и подбор стандартного поплавкового конденсатоотводчика по ГОСТ 15112 – 69 заключается в определении диаметра условного прохода по максимальному коэффициенту пропускной способности k и в выборе по найденной величине Dу конструктивных размеров аппарата [3]. Значение максимального коэффициента пропускной способности определяется в зависимости от расхода конденсата в (т/ч) и перепада давлений (кгс/см2) между давлением до конденсатоотводчика и после него: (2.16) Давление до конденсатоотводчика Р1 следует принимать равным 90 – 95 % от давления греющего пара, поступающего в аппарат, за которым установлен конденсатоотводчик; давление после конденсатоотводчика принимается в зависимости от его типа и от величины давления в аппарате, но не более 40 % этого давления. P1 = 3,92∙0,9 = 3,53 кгс/см2; P1 = 3,92∙0,4 = 1,568кгс/см2; =3,92– 1,568= 2,35 кгс/см2. Количество конденсата G равняется количеству пара, поступающего в греющую камеру аппарата, т.е. G = 0,2286 кг/с = 0,823 т/ч. Тогда Согласно зависимости при К = 2,11 т/ч конденсатоотводчик должен иметь диаметр условного прохода Dу = 32 мм. По этой величине диаметра условного прохода выбираем конструктивные размеры конденсатоотводчика. Список источников информации 1. Касаткин А.Г. Основные процесс и аппараты химической технологии: Химия, I97I. 784 с. 2. Павлов К. Ф., Романков П. Г., Носков А. А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. - Л.: Химия, 1976. 550 с. 3. Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию / Под ред. Ю.И.Дытнерского. - М.: Химия, 1983. 272 с. 4. Методические указания к выполнению курсового проекта «Расчет выпарной установки» по курсу «Процессы и аппараты химической технологии» -Харьков- НТУ«ХПИ»,2004.55с. |
© 2009 Все права защищены. |