Проектирование выпарной установки

насосом НВ. В барометрическом конденсаторе КБ вода и пар движутся в

противоположных направлениях (пар – снизу, вода – сверху). Для увеличения

поверхности контакта фаз конденсатор снабжен переливными полками. Смесь

охлаждающей воды и конденсата выводится из конденсатора самотеком по

барометрической трубе с гидрозатвором. Конденсат греющих паров из выпарного

аппарата АВ выводится с помощью конденсатоотводчиков КО.

Концентрированный раствор MgCl2 после выпарного аппарата подается в

одноходовые холодильники Х1-2, где охлаждается до определённой температуры.

Затем концентрированный раствор отводится в вакуум-сборники Е2-3,

работающие попеременно. Вакуум-сборники опорожняются периодически (по мере

накопления раствора). Далее раствор поступает в емкость упаренного раствора

Е5.

3. Технологические расчеты.

3.1 Расчёт выпарного аппарата.

3.1.1. Материальный баланс процесса выпаривания.

Основные уравнения материального баланса:

[pic]

(1)

[pic] (2)

где [pic] - массовые расходы начального и концентрированного раствора,

кг/с;

хнач, хкон – массовые доли растворенного вещества в начальном и

концентрированном растворе;

W – массовый расход выпаренной воды, кг/с:

[pic]

[pic]кг/с

3.1.2. Определение температур и давлений в узловых точках технологической

схемы.

3.1.2.1 Определение давления и температуры в выпарном аппарате Р1, t1

Абсолютное давление в сепараторе выпарного аппарата:

[pic] (3)

где Ратм – атмосферное давление, ат;

Рвак – вакуум в аппарате, ат.

[pic]ат

По давлению Р1 найдем температуру вторичного пара в сепараторе t1, (С;

/ 3, Табл. LVII /

t1=89.3 (С

3.1.2.2. Определение давления и температуры вторичного пара в

барометрическом конденсаторе Р0, t0

.

Зададимся значением гидравлической депрессии из промежутка 0.5-1.5 (С:

(tгидросопр.=1 (С

Температура вторичного пара в барометрическом конденсаторе t0, (С:

t0= t1-(tгидросопр. (4)

t0= 89.3-1=88.3 (С

Давление вторичного пара в барометрическом конденсаторе Р0, ат, по

температуре t0 / 2, табл. LVII /

Р0=0.674 ат

Найдём конечную температуру в сепараторе.

Переведём значение давления Р1 в Па:

Р1=0.65 ат=0.674(9.81(104=6.609(104 Па

Воспользуемся формулой (Приложение 2 п.5)

[pic]=89.168 (С

3. Определение давления в среднем слое выпариваемого раствора Рср.

Оптимальная высота уровня Нопт

Нопт=(0.26+0.0014((р-(в))(Нтр (6)

Где ((р-(в) – разность плотностей раствора и воды соответственно при

температуре кипения, если температура кипения неизвестна то можно взять при

t=20(С /2, с.252/

Нтр – рабочая высота труб, м

Плотность раствора (р, и воды (в при температуре t=20 (С, и

концентрации Xкон (Приложение 2, п.1)

(в=962.681 кг/м3

(р=1013 кг/м3

Примем Нтр=6 м, тогда

Нопт=(0.26+0.0014(1.047(104-997.34))(6=1.974 м

[pic] (6)

[pic] Па

Температуру кипения на середине кипятильных труб при Рср

(Приложение 2. П.5)

[pic]91.834 (С

3.1.2.4 Определение давления греющего пара.

Зададимся полезной разностью температур (tполезн.(25 (С

(tполезн.=30 (С

Найдем температуру конденсации греющего пара tконд.гр.п, (С:

tконд.гр.п.= tкип+ (tполезн. (7)

tконд.гр.п.= 91.834+30=124,168 (С

По температуре конденсации греющего пара найдём давление греющего

пара Ргр.п, ат / 2, табл. LVI /

Ргр.п=2,2256 ат

3.1.3 Тепловой баланс выпарного аппарата.

Уравнение теплового баланса выпарного аппарата:

Q = Qнагр+ Qисп+ Qпот (8)

где Q – расход теплоты на выпаривание, Вт;

Qнагр – расход теплоты на нагрев раствора до температуры кипения, Вт;

Qисп– расход теплоты на упаривание раствора до конечной

концентрации, Вт;

Qпот – расход теплоты на компенсацию потерь в окружающую среду,

Вт;

3.1.3.1. Расход теплоты на компенсацию потерь в окружающую среду

Расход теплоты на компенсацию потерь в окружающую среду Qпот при

расчёте выпарных аппаратов принимается 3-5% от суммы (Qнагр+ Qисп)

/ 2, с 247 /. Следовательно:

Q = 1.05((Qнагр+ Qисп)

Температуру исходного раствора tнач, поступающего в выпарной аппарат

из теплообменника примем на 2.5(С меньше tкон:

tнач= tкон-2.5

tнач=89.168-2.5=86.668 (С

3.1.3.2 Расход теплоты на нагрев:

Qнагр= Gнач(снач((tкон-tнач) (10)

где Gнач – производительность по разбавленному раствору

снач – удельная теплоёмкость раствора при tнач и начальной

концентрации Хнач , Дж/(кг(К) (Приложение 2, п.3)

снач=4.141(103 Дж/(кг(К)

Qнагр= 4.5(4.141(103 (89.168-86.668)=4.658(104 Вт

3. Расход теплоты на испарение:

Qисп=W((i”вт.п - св(tкон)

(11)

где iвт.п – удельная энтальпия вторичного пара на выходе из аппарата

при температуре t1, из таблицы / 2, табл.LVI /, кДж/кг;

св – удельная теплоёмкость воды при tкон, (Приложение 2, п.3)

Дж/(кг(К)

iвт.п =2656 кДж/кг,

св=4213 Дж/(кг(К)

Qисп=3.336((2656(103 - 4213(89.168)=7.611(106 Вт

3.1.4. Расчёт поверхности теплообмена выпарного аппарата.

Для расчёта поверхности теплообмена выпарного аппарата запишем

уравнение теплопередачи:

Q=K(F((tполезн. (12)

где К – коэффициент теплопередачи Вт/(м2(К)

F – площадь поверхности теплообмена, м2;

Коэффициент теплопередачи К найдем из выражения:

[pic] (13)

где (кип – коэффициент теплоотдачи кипящего раствора, Вт/(м2(К)

(конд - коэффициент теплоотдачи конденсирующегося пара,

Вт/(м2(К)

Srст – сумма термических сопротивлений всех слоёв, из которых

состоит стенка, включая слои загрязнений, (м2(К)/Вт

Для расчётов коэффициент теплоотдачи (конд, (кип воспользуемся методом

итераций.

Примем температуру наружной стенки трубы tст1 меньшей чем tконд.гр.п.

и равной:

tст1=121.21 (С

При конденсации греющего пара на пучке вертикальных труб, выражение

для коэффициента теплоотдачи имеет следующий вид / 2, формула 4.52(а) /:

[pic] (14)

где Н – высота труб, м

(t – разность температур конденсаций греющего пара tконд.гр.п.

и температуры стенки t1, с;

Значение функции Аt найдём при температуре tконд.гр.п. / 2, табл. 4.6

/

At=7278

(t = tконд.гр.п..- tст1 (15)

(t =124.168-121.21=2.958 (С

Н=Нтр=6 м

[pic]Вт/(м2(К)

Количество теплоты q1, передаваемое от конденсирующегося пара к

стеке, найдём по формуле:

q1=(конд(tконд.гр.п..- tст1) (16)

q1=7233(2.958=2.14(104 Вт

Так как процесс теплопередачи является установившемся, то количество

теплоты q1 равно количеству теплоты qст, которое передаётся от наружной

стенки трубы с температурой tст1 к внутренней, с температурой tст2.

[pic] (17)

Суммарное термическое сопротивление стенки найдём по формуле:

[pic] (18)

где ( - толщина стенки трубы, м;

(ст - коэффициент теплопроводности трубы, Вт/(м(К)

rзагр1, rзагр2 – термическое сопротивление слоев загрязнения с

наружной и внутренней сторон стенки соответственно, м2(К/Вт

Определим значения величин rзагр1, rзагр2 / 2, табл. ХХХI /

rзагр1=1/5800=1.724(10-4 м2(К/Вт

rзагр2=1/1860=5.376(10-4 м2(К/Вт

Коэффициент теплопроводности (ст для стали равен:

(ст=46.5 Вт/(м(К)

Толщину стенки трубы примем:

(=0.002 м

[pic] м2(К/Вт

Температуру tст2 найдём из формулы (17)

tст2= tст1-q1(Srст

tст2=121,21-2.14(104(.289(10-4=103.475 (С

Коэффициент теплоотдачи кипящего раствора / 2, формула 4.62 /

[pic] (19)

где b – безразмерная функция;

( - кинематическая вязкость раствора, м2/с

( - поверхностное натяжение раствора Н/м

(Ткип – разность температур tст2 и температуры кипения раствора

tкип, К;

Значение безразмерной функции b / 2,формула 4.62 а /:

[pic] (20)

где (п – плотность пара, кг/м3;

Плотность раствора (р рассчитываем при температуре кипения tкип и

конечной концентрации хкон (Приложение 2, п.1):

(р=1.013(103 кг/м3

Плотность пара (п найдём при температуре кипения tкип / 2, табл. LVI

/

(п=0.4147 кг/м3

[pic]

Кинематическая вязкость раствора (:

(=(р/(р (21)

где (р – динамическая вязкость раствора, Па(с

Динамическая вязкость раствора при температуре tкип (Приложение 2, п.

2):

(р=3.87(10-4 Па(с

(=3.87(10-4/1.013(103 =3.82(10-7 м2/с

Поверхностное натяжение ( при температуре tкип определяем для воды,

т.к. концентрация MgCl2 достаточно мала /2; табл XXXIX/

(=0,05995 Н/м

Коэффициент теплопроводности ( для раствора при tкип и хкон

(Приложение 2, п.4), Вт/(м(К):

(=0.662 Вт/(м2.К)

[pic] Вт/м2(К

Количество теплоты q2, передаваемое от внутренней стенки к раствору:

q2=(кип((tст2- tкип) (22)

q2=2.238(103((103.475-94.168)=2.083(104 Вт

Определим значение выражения:

и если Е( 0.05 то расчёт коэффициентов теплоотдачи выполнен верно.

Е=(2.14(104-2.083(104)/ 2.083(104=0.027

Тогда:

[pic] Вт/(м2(К)

[pic] (23)

[pic] м2

3. Выбор выпарного аппарата по каталогу.

Произведём выбор аппарата по каталогу / 3, приложение 4.2 /. Для этого

найденную площадь поверхности теплообмена следует увеличить на 10-20 %, для

обеспечения запаса производительности.

Fв.п.=1.2(F

Fв.п.=1.2(358.774=430.493 м2

где Fв.п. – площадь выпарного аппарата с учётом запаса

производительности, м2;

Выберем выпарной аппарат с естественной циркуляцией и соосной греющей

камерой. Наиболее подходящим вариантом данного аппарата является аппарат с

площадью теплопередачи 450 м2;

Таблица 1. Основные размеры выпарного аппарата (по ГОСТ 11987-81)

|F, м2 |D, мм |D1, мм |D2, мм |Н, мм |М, кг |

| |не менее|не более|не более|Не более|не более|

| | | | | | |

|l= 6000 мм | | | | | |

|450 |1600 |4000 |1000 |18000 |31500 |

F – номинальная поверхность теплообмена;

D – диаметр греющей камеры;

D1 – диаметр сепаратора;

D2 – диаметр циркуляционной трубы;

Н – высота аппарата;

М – масса аппарата;

3.2. Ориентировочный расчет теплообменного аппарата для подогрева

исходного раствора перед подачей в выпарной аппарат.

3.2.1. Определение средних температур теплоносителей.

Рис. 1 Температурная схема

где t’нач – начальная температура исходного раствора (по заданию)

(tбол, (tмен – большая и меньшая разность температур соответственно,

(С; tнач – температура исходного раствора после

подогревателя, (С ;

(tб = tконд.гр.п – t’нач (24)

(tб = 124,168 – 35 = 89.168 (С

(tм = tконд.гр.п – tнач (25)

(tм = 124,168 – 86.668 = 37.5 (С

Значение средней движущей силы рассчитывается по формуле:

[pic] (26)

[pic] (С

Средняя температура раствора:

tср.р = tконд.гр.п – (tср

(27)

tср.р =124.168 –59.65=64.518 (С

3.2.2. Тепловой баланс подогревателя.

Расход теплоты на подогрев исходного раствора от температуры t’нач до

температуры tнач найдем по формуле (10), приняв значение теплоёмкости

раствора при температуре и концентрации Хнач ( Приложение 2, п.3 )

Q=4.5(4.141(103((86.668-35)=9.628(105 Вт

Расход греющего пара Gгр.п. найдём по формуле:

[pic] (28)

где r – удельная теплота парообразования, Дж/кг;

( - степень сухости пара;

(=0.95

Удельная теплота парообразования при температуре tконд.гр.п. / 2, табл.

LVI /:

r=2205x103 Дж/кг

[pic] кг/с

3.2.3. Ориентировочный расчет подогревателя.

Зададимся ориентировочным коэффициентом теплопередачи от

конденсирующегося пара к жидкости / 2, табл. 4.8 /:

Кор=850 Вт/(м2(К)

Рассчитаем ориентировочную площадь теплообмена по формуле (23);

[pic] м2

Для обеспечения интенсивного теплообмена необходимо обеспечить

турбулентный режим течения, он достигается при Re более 10000. Зададимся:

Re=10000

Скорость течения раствора в аппарате с диаметром труб d=20 мм

рассчитаем

по формуле:

[pic] (29)

где (тр – скорость течения раствора в трубном пространстве м/с;

dэкв – эквивалентный диаметр, м;

Значения коэффициентов вязкости раствора (р и плотности (р возьмём при

температуре tср.р.и концентрации Хнач ( Приложение 2, п.1,п.2 )

[pic] м/с

Проходное сечение трубного пространства Sтр, м2:

[pic] (30)

[pic] м2

Для того, чтобы подобрать наиболее подходящий вариант подогревателя

необходимо произвести уточнённый расчёт нескольких близких аппаратов.

Примем диаметр труб d=25 мм:

[pic] м/с

[pic] м2

3.2.4. Параметры теплоносителей необходимые для уточнённого расчёта

подогревателя

|Параметр |Горячий |Холодный |

|Название Теплоносителя |Водяной пар |Водный р-р MgCl2|

|Тепловой процесс |конденсация |нагревание |

|Расход, кг/с |0,45977 |4,5 |

|Температуры: |

|Конденсации / начальная|124,168 |35 |

|Конечная | |86,668 |

|Средняя | |64,518 |

|Плотность, кг/м3 |937,6 |994 |

|Вязкость, Па*с |0,000222 |0,000469 |

|Теплопроводность, |0,677 |0,672 |

|Вт/м*К | | |

|Теплоёмкость, Дж/кг*К | |4193 |

|Коэф. Объёмн. Расшир., | |0,000551 |

|1/К | | |

|Производные по температуре: |

|Вязкости |-0,0000022049 |-0,000006293 |

|Теплопроводности |-0,0004803 |0,0009253 |

|теплоёмкости | |3,69 |

|Теплота конденсации, |2205000 | |

|Дж/кг | | |

3.2.5 Ориентировочный выбор подогревателя.

Для обеспечения турбулентного режима номинальная площадь проходного

сечения должна быть меньше рассчитанной. Коэффициент теплоотдачи от

конденсирующегося пара не зависит от режима течения в межтрубном

пространстве, следовательно, необязательно рассчитывать скорость движения

пара и проходное сечение межтрубного пространства

Выбор теплообменных аппаратов производится по проходному сечению

трубного пространства / 3, табл. 2.3 /.

3.2.6. Параметры подогревателя необходимые для уточнённого расчёта.

|Параметр / № аппарата |20 мм |25 мм |

|Тип |Кожухотрубчатый |Кожухотрубчатый |

|Положение |Горизонтальный |Горизонтальный |

|Перегородки в м-тр простр-ве |Есть |Есть |

|Расположение труб |шахматное |шахматное |

|Кол-во труб |166 |100 |

|Рядов труб |14 |10 |

|Ходов |2 |2 |

|Внут. Диам. Кожуха, мм |400 |400 |

|Трубы, мм |20*2 |25*2,5 |

|Проходное сечение трубного |0,017 |0,017 |

|простр., м2 | | |

|Проходное сечение межтрубного|0,03 |0,025 |

|простр., м2 | | |

|Термич. Сопрот. Загрязнений |0,00071 |0,00071 |

|Теплопров. Мат-ла труб, |46,5 |46,5 |

|Вт/м*К | | |

3.2.7. Уточнённый расчет подогревателя на ЭВМ.

По данным п. 3.2.4.-3.2.6. Произведём уточнённый расчёт подогревателя

результаты расчёта представлены в (приложении 3).

8. Расчёт гидравлического сопротивления кожухотрубчатых теплообменников

Скорость жидкости в трубах:

[pic] (31)

[pic] Скорость раствора для обоих подогревателей (тр, м/с:

[pic]м/с

Коэффициент трения ( рассчитывается по формуле / 3, ф-ла. 2.31 / :

[pic] (32)

где е – относительная шероховатость труб;

е=(/dэкв (33)

где ( - высота выступов шероховатостей (в расчётах можно

принять (=0.2 мм)

Тогда относительная шероховатость труб для первого и второго

теплообменника соответственно:

е1=0.2/(20-4)=0.0125

е2=0.2/(25-4)=0.0095

Коэффициент трения для первого теплообменника (1:

[pic]

Коэффициент трения для второго теплообменника (2:

[pic]

Диаметр штуцеров в распределительной камере dтр.ш=150 мм / 3, табл.

2.6 / (для каждого теплообменника, скорость в штуцерах (тр.ш, м/с:

[pic] м/с

Формула для определения гидравлического сопротивления в трубном

пространстве (ртр, Па / 3, ф-ла. 2.35 /:

[pic] (34)

Гидравлического сопротивления в трубном пространстве для первого

теплообменника (ртр1:

[pic]

= 709.98 Па

Гидравлического сопротивления в трубном пространстве для второго

теплообменника (ртр2:

[pic]

= 597.12 Па

Число рядов труб омываемых теплоносителем в межтрубном пространстве m

приближенно принимается / 3, ф-ла. 2.34 /:

[pic] (35)

где n – количество труб

Для первого теплообменника m1:

[pic]

Для второго теплообменника m2:

[pic]

Число сегментных перегородок для первого теплообменника Х1 / 3, табл. 2.7/:

Х1=6

Число сегментных перегородок для второго теплообменника Х2:

Х2=10

Диаметр штуцеров к кожуху dмтр.ш / 3, табл. 2.6 /:

dмтр.ш=150 мм

Скорость потока в штуцерах (для каждого из теплообменников) по ф-ле.

(31):

[pic] м/с

Скорость жидкости в наиболее узком сечении межтрубного пространства

для первого теплообменника Sм.тр=0.017 м2:

[pic] м/с

Скорость жидкости в наиболее узком сечении межтрубного пространства

для второго теплообменника Sм.тр=0.025 м2:

[pic] м/с

Значение Re межтрубного пространства:

[pic] (36)

Значение Re межтрубного пространства для первого теплообменника:

[pic]

Значение Re межтрубного пространства для второго теплообменника:

[pic]

Гидравлическое сопротивление межтрубного пространства (рмтр, Па

/ 3, ф-ла. 2.36 /:

[pic] (37)

Гидравлическое сопротивление межтрубного пространства для первого

теплообменника (рмтр1, Па:

[pic]

=18.338 Па

Гидравлическое сопротивление межтрубного пространства для второго

теплообменника (рмтр1,2:

[pic]

= 13.05 Па

3.2.9. Выбор аппарата по каталогу.

Проанализировав данные уточнённого расчёта, а также расчёт

гидравлического сопротивления, мы видим, что оба теплообменника одинаково

хорошо подходят (расходы теплоносителей одинаковы, гидравлические

сопротивления различаются незначительно).На мой взгляд более предпочтителен

аппарат №1, так как его габариты меньше, чем у аппарата №2. Следует так же

отметить, что любой из этих аппаратов обеспечит необходимую площадь

теплообмена с учётом запаса.

Таблица 2. Параметры кожухотрубчатого теплообменника

|D, мм |d, мм |Число |n, шт. |Np |F, м2 |Sтр.,м2|

| | |ходов | | | | |

| | | | | |l=2 м | |

|400 |20 |2 |166 |14 |21 |0.017 |

3.3. Расчёт холодильника упаренного раствора.

3.3.1. Определение средних температур теплоносителей.

[pic]

Рис. 2 Температурная схема движения теплоносителей при противотоке

tкон ,t’кон – температура упаренного раствора до и после холодильника,

(С;

tнач.в,tкон.в – температура охлаждающей воды до и после холодильника,

(С;

Конечную температуру воды и упаренного раствора выбираем

самостоятельно, причём t’кон следует принять из интервала 40-30 (С.

По формулам (24-26) определяем:

(tб = 89.168 – 35 = 54.168 (С

(tм = 40 – 13 = 27 (С

[pic] (С

Среднюю температуру воды найдём как среднее арифметическое tвод.ср.,

(С:

tвод.ср= (tнач.в+tкон.в)/2 (38)

tвод.ср= (13+35)/2=24 (С

Средняя температура раствора tср.р, (С:

tср.р= tвод.ср+(tср (39)

tср.р=24 + 39.02 = 63.02 (С

3.3.2. Тепловой баланс холодильника.

Количество теплоты, которое необходимо отвести от раствора для его

охлаждения:

Q= Gкон(скон((tкон-t’кон) (40)

где Gкон – расход упаренного раствора кг/с;

скон – удельная теплоёмкость раствора при tср.р. и Хкон,

Дж(кг(К)

Удельная теплоёмкость раствора скон раствора при tср.р. и Хкон

(Приложение 2, п.3):

скон=3937 Дж(кг(К)

Расход упаренного раствора Gкон,кг/с по формуле (2):

Gкон=1.164 кг/с

Q=1.164(3937((89.168-40)=2.253(105 Вт

Так как вся отводимая от раствора теплота передаётся охлаждающей воде,

то её расход можно найти по формуле:

[pic] (41)

где Gвод – расход охлаждающей воды, кг/с;

свод – теплоемкость воды при температуре tвод.ср.,Дж/(кг(К)

Удельная теплоемкость воды при температуре tвод.ср (Приложение 2 п.3):

свод=4187 Дж/(кг(К)

[pic] кг/с

3.3.3. Ориентировочный расчёт холодильника.

Зададимся ориентировочным коэффициентом теплопередачи от жидкости к

жидкости / 2, табл. 4.8 /:

Кор=1000 Вт/(м2(К)

Рассчитаем ориентировочную площадь теплообмена по формуле (23);

[pic]м2

Рассчитаем скорость течения раствора (тр по трубному пространству

холодильника с диаметром труб d=20 мм и площадь сечения Sтр трубного

пространства, необходимые для обеспечения турбулентного режима течения

раствора по формулам (29, 30).

Плотность раствора (р и коэффициент динамической вязкости (р при tср.р.

и Хкон (Приложение 2, п.1, п.2)

(р=1018 кг/м3

(р=4.606(10-4 Па(с

[pic]м/с

[pic] м2

Рассчитаем скорость течения в воды межтрубном (межтр и площадь сечения

Sмежтр межтрубного пространства, необходимые для обеспечения турбулентного

режима.

[pic] (42)

Плотность воды (в и коэффициент динамической вязкости (в при tвод.ср.

(Приложение 2, п.1,п.2)

(в=996.467 кг/м3

(в=9.082(10-4 Па(с

Эквивалентный диаметр при поперечном обтекании равен наружному диаметру

трубы d.

[pic]м/с

[pic] (43)

[pic] м2

3.3.4. Выбор холодильника упаренного раствора.

Для обеспечения турбулентного режима номинальные площади проходных

сечений трубного и межтрубного пространств должны быть меньше рассчитанных.

Исходя из площади теплообмена и величин полученных проходных сечений мы

должны выбрать теплообменник с наиболее подходящими параметрами,

проанализировав данные расчёта делаем вывод, что для обеспечения требуемых

параметров, необходимо использовать два, последовательно соединённых

одноходовых аппарата. По каталогу / 3, табл. 2.3 /

Таблица 3. Параметры кожухотрубчатого теплообменника

|D, мм |d, мм |Число |n, шт.|Np |F, м2 |Sтр.,м|Sмежтр|

| | |ходов | | | |2 |.,м2 |

| | | | | |L=3 м | | |

|159 |20 |1 |19 |5 |3.5 |0.004 |0.005 |

3.4. Расчёт барометрического конденсатора

3.4.1 Расход охлаждающей воды.

Расход охлаждающей воды Gв определим из теплового баланса конденсатора:

[pic] (44)

где iб.к. - интальпия паров в барометрическом конденсаторе, Дж/кг;

tн – начальная температура охлаждающей воды, (С;

tк – конечная температура смеси охлаждающей воды и конденсата,

(С;

Разность температур между паром и жидкостью на выходе из конденсатора

должна быть 3-5 градусов. Поэтому температуру воды tк на выходе из

конденсатора примем на 4 градуса ниже температуры конденсации паров t0:

tk=t0–4

tk = 88.3 – 4 =84,3 (С

Энтальпия паров в барометрическом конденсаторе iб.к, при температуре

t0 / 2, табл LVI /:

iб.к,=2658.94(103 Дж/кг;

Среднюю температуру воды найдём по формуле (38):

tср.в.=(84.3+13)/2=48.65 (С

Удельная теплоёмкость воды св при температуре tср.в. (Приложение 2,

п.3):

св=4186 Дж.(кг(К)

[pic] кг/с

3.4.2. Диаметр барометрического конденсатора

Диаметр барометрического конденсатора определим из уравнения расхода:

[pic] (45)

где ( - плотность паров, кг/м3;

( - скорость паров, м/с.

При остаточном давлении в конденсаторе порядка 104 Па скорость паров

(=15-25 м/с

Возьмём:

(=21 м/с

Плотность паров ( при температуре t0 / 2, табл. LVI /

(=0.317 кг/м3

[pic] м

3.4.3. Выбор барометрического конденсатора.

Выбираем конденсатор с диаметром, равным расчётному, или ближайшему

большему / 3, приложение 4.6 /.

Барометрический конденсатор: внутренний диаметр dб.к.=800 мм

Условный проход штуцера для барометрической трубы dб.т=200 мм

3.4.3. Высота барометрической трубы

Скорость воды в барометрической трубе равна:

[pic] (46)

Плотность воды (в при температуре tк (Приложение 2, п.1):

(в=969.545 кг/м3

[pic]

Высота барометрической трубы / 3, формула 4.24 /:

[pic] (47)

где В – вакуум в барометрическом конденсаторе, Па;

(( - сумма коэффициентов местных сопротивлений;

( тр - коэффициент трения в барометрической трубе;

0,5 – запас высоты на возможное изменение барометрического

давления, м.

Вакуум в барометрическом конденсаторе В, Па;

В=Ратм - Р0 (48)

В=(1 - 0.674)(9.81(104 = 3.198(104 Па

Сумма коэффициентов местных сопротивлений ((:

[pic] (49)

где (вх, (вых - коэффициенты местных сопротивлений на входе в трубу и на

выходе из нее.

[pic]

Коэффициент трения (тр зависит от режима течения жидкости, определим

режим течения воды в барометрической трубе:

[pic] (50)

Коэффициент динамической вязкости воды (в при tk (Приложение 2, п.2)

(в=3.384(10-4 Па(с

[pic]

При таком значении Re, коэффициент трения (тр равен / 2, рис 1.5 /.

(=0,0132

По формуле (47):

[pic]

Откуда находим высоту барометрической трубы:

[pic]

3.5. Расчет производительности вакуум-насоса.

Производительность вакуум-насоса Gвозд, кг/с определяется

количеством газа (воздуха), который необходимо удалять из барометрического

конденсатора:

Gвозд = 2.5 10-5(W+ Gв) + 0,01W (51)

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.

Gвозд = 2.5 10-5 (3.336+ 25.776) + 0.01(3.336=0.034 кг/с

Объемная производительность вакуум-насоса равна:

[pic] (52)

где R – универсальная газовая постоянная, Дж/кмоль(К;

Мвозд - молекулярная масса воздуха, кг/моль;

Твозд – температура воздуха, К;

Рвозд – парциальное давление сухого насыщенного пара (Па) в

барометрическом конденсаторе при tвозд.

Температуру воздуха рассчитывают по формуле / 3, с. 179 /:

tвозд = tн + 4 +0,1(tк – tн) (53)

tвозд= 13 + 4 + 0,1(84.3 – 13) = 24.13 (С

Давление воздуха Рвозд. равно:

Рвозд=Р0 - Рп (54)

где Рп – давление сухого насыщенного пара при температуре tвозд

/ 2, табл LVI /

Рп=0.03082 ат

Рвозд=(0.674-0.03082)(9.81(104=6.31(104 Па

Объемная производительность вакуум-насоса равна:

[pic] м3/с = 2.75 м3/мин

Зная объемную производительность Vвозд и остаточное давление Р0 по

таблице / 3, приложение 4.7 / выбираем вакуум-насос:

Таблица 4. Характеристика вакуум-насоса типа ВВН

.

|Типоразмер |Остаточное |Производи-тельно|Мощность на |

| |давление, |сть, м3/мин |валу, |

| |Мм.рт.ст | |КВт |

|ВВН-3 |75 |3 |6.5 |

4. Выводы по курсовому проекту.

В данном курсовом проекте описан процесс выпаривания раствора MgCl2.

В результате проведенных расчетов были выбраны по каталогу следующие

аппараты:

- выпарной аппарат: тип 1 исполнение 3 группа Б - выпарной

аппарат с соосной греющей камерой и кипением в трубах с

площадью теплообмена – 450 м2.

- холодильник, состоящий из двух одноходовых теплообменников с

длиной труб l=3м, диаметром кожуха 159 мм, поверхностью

теплообмена 3.5 м2 и числом труб 19.

- подогреватель: двухходовой теплообменник с длиной труб l=2

м, диаметром кожуха 400 мм, и поверхностью теплообмена 21 м2

и числом труб 166.

- барометрический конденсатор диаметром D=0.8м с высотой трубы

4 м.

- вакуум- насос типа BBH - 3

Подробно был сделан расчет подогревателя на ЭВМ. На основании этих

расчетов и выбранных по каталогу аппаратов, была составлена технологическая

схема установки с описанием технологического процесса.

Литература.

1. Касаткин А.Г. Процессы и аппараты химической технологии. 9-е изд.,

перераб. и доп. - М: Химия, 1973. - 754с.

2. Павлов К.Ф. ,Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу

процессы и аппараты химической технологии. 10-е изд., перераб. и

доп. - Ленинград: Химия. 1987.- 576с.

3. Дытнерский Ю.И. Основные процессы и аппараты химической технологии.

- Москва:1991. - 496с.

-----------------------

[pic]

[pic]

Страницы: 1, 2