Расчет выпарного аппарата

  • Вид работы:
    Контрольная работа
  • Предмет:
    Физика
  • Язык:
    Русский
    ,
    Формат файла:
    MS Word
    43,57 Кб
  • Опубликовано:
    2013-03-11
Вы можете узнать стоимость помощи в написании студенческой работы.
Помощь в написании работы, которую точно примут!

Расчет выпарного аппарата

1. Материальный баланс


Исходные данные:

·        раствор - Хлори́д ма́гния МgCI2;

·        начальная концентрация раствора: b0=3%;

·        конечная концентрация раствора: bк=20%;

·        давление во 2 корпусе: P2=0,05 MПа;

·        отбор экстрапара: E=0,05 кг/кг;

·        производительность: D=2000 т/ч;

·        давление первичного пара: P=0,6 МПа.

Определяем количество раствора, поступающего на выпарку:

 кг/ч.

Относительное количество выпаренной воды:

 кг/кг.

Теплоёмкость раствора при начальной концентрации:

 кДж/кг,

где -теплоемкость сухого раствора,  кДж/кг К.

Количество выпаренной воды во 2-ом корпусе:

 кг/кг.

Количество выпаренной воды в 1-ом корпусе:

 кг/кг.

Концентрация раствора в 1-ом корпусе:

%.

Концентрация раствора во 2-ом корпусе:

%.

Давление в корпусах определяется следующим образом:

находим перепад давлений  приходящийся на один корпус:

,

где  - давл. греющего пара

 - давл. в последнем корпусе

 - число корпусов

Тогда давление в первом и втором корпусах будет:

.

2. Тепловой баланс

 

2.1 Распределение полезной разности температур. Температурные потери


Определяем физические параметры раствора в корпусах.

Теплоёмкость раствора в 1-ом корпусе:

 кДж/кг.

Теплоёмкость раствора в 2-ом корпусе:

 кДж/кг.

Физические константы раствора и воды, найденные по рис. 4.1-4.3 [1], сводим в таблицу, причём предварительно принимаем, что температура кипения раствора в 1-ом корпусе равна 120oC, а во 2-ом - 80оС.

Таблица 2.1. Параметры воды и раствора

Наименование физических констант

Первый корпус

Второй корпус


Вода

Раствор

Вода

Раствор

Плотность r, кг/м3

943

1047

971

1125

Теплоёмкость С, кДж/кг

4,25

4

4,19

3,5

Вязкость n, м2/сек·10-6

0,226

0,336

0,366

0,454

Теплопроводность l, кДж/(кг·К)

0,686

0,58

0,686

0,56


Физико-химические температурные депрессии определяем по рис. 4.1 [1] с соответствующей поправкой на давление; оцениваем гидростатические и гидравлические депрессии; все данные сводим в табл. 2.2:

Таблица 2.2. Величины депрессий

Род депрессии

Корпус

II

Физико-химическая D1

1,2

4.4

Гидростатическая D2

2

0.3

Гидравлическая D3

1

0.5

Суммарная SD

4.2

5.2


Находим значения температурных депрессий.

Температурные депрессии при атмосферном давлении

∆'1н=1,2 С

∆«1н=4,4С,

в 1-ом и 2-ом корпусе соответственно.

Температурные депрессии:

,

в 1-ом и 2-ом корпусе соответственно.

Гидростатическая депрессия.

Температура насыщения в корпусах:

 в 1-ом и 2-ом корпусе соответственно

Температура кипения раствора:


в 1-ом и 2-ом корпусе соответственно.

Давление в среднем слое кипятильных труб:


,

где Н=4 м - ориентировочная высота трубок выпарного аппарата.

ε=0,6 м33 - объемная доля пара в кипящем растворе.

Температура кипения раствора в среднем слое кипятильных труб

Температура кипения раствора на нижнем слое:


Гидростатическая дипрессия:


Гидравлическая дипрессия изменяется в пределах 0,5…10С.

Полная (располагаемая) разность температуры установке:

оС,

где ts=159 - температура греющего пара при Р=0,6 МПа;

Q2=74оС - температура вторичного пара во 2-ом корпусе.

Полезная разность температур:

оС.

Согласно заданию оба корпуса должны иметь одинаковые поверхности нагрева. В соответствии с этим полезная разность температур распределяется между корпусами прямо пропорционально их тепловым нагрузкам и обратно пропорционально коэффициентам теплопередачи, т.е.:

.

Тепловые нагрузки корпусов могут быть приняты пропорциональными количествам выпариваемой в них воды с поправкой в дальнейшем на явление самоиспарения и увеличение скрытой теплоты парообразования во втором корпусе. Таким образом:

.

Отношение коэффициентов теплопередачи по корпусам принимаем предварительно (по опытным данным) k1/k2=2. Подставив эти значения, получим:

.

Так как полезная разность температур: Dt=Dt1+Dt2=75.6oC, то:

оС,

оС.

Температура кипения раствора в 1-ом корпусе:

t1=ts-Dt1=129-27.2=101.8 oC.

Температура вторичного пара в 1-ом корпусе:

q1=t1-D1=101.8-4.2=97.6 oC.

Температура кипения раствора во 2-ом корпусе:

t2=t`s+D=74+9.4=83.4 oC,

где    t`s=74oC - температура пара при Р=0,6 ата.

Температура греющего пара во 2-ом корпусе:

q`1=t2+Dt2=83.4+48.3=131.7oC.

Температура вторичного пара во 2-ом корпусе:

q2=t2-D2=83.4-5.2=78.2oC.

На основе полученных результатов и данных, взятых из таблиц водяного пара, составляем табл. 2.3.

Таблица 2.3. Температуры и энтальпии пара и жидкости

Наименование параметров

Первый корпус


Обозначение

I

Обозначение

II

Температура греющего пара, оС

ts

129

q`1

131.7

Температура кипения раствора, оС

t1

101.8

t2

83.4

Температура вторичного пара, оС

q1

97.6

q2

78.2

Температура конденсата, оС

t1

151.9

t2

123.35

Энтальпия греющего пара, кДж/кг

i`1

2756

i`2

2711

Энтальпия вторичного пара, кДж/кг

i``1

2711

i``2

2635

Теплота парообразования вторичного пара, кДж/кг

r1

2194

r2

2322



2.2 Расчёт теплообмена


Коэффициент теплообмена между конденсирующимся паром и стенкой для 1-го корпуса:

Вт/(м2·К),

где B`=5700+56·ts-0.09·ts2=5700+56·151.9-0.09·151.92=1.2·104 - полином; принимаю Dt=2.2оС - разность температур вблизи стенки; Н - длина трубки (принимаем 4).

Коэффициент теплоотдачи от стенки к кипящей жидкости для первого корпуса определяем из формулы:

,

.

Коэффициент теплоотдачи от стенки к кипящей жидкости для 1-го корпуса определяем следующим образом:


где v=1,5 - скорость раствора в трубках;

d=32 мм - диаметр трубок.

Коэффициент теплопередачи для 1-го корпуса:

,

где dст и lст - параметры материала стенки;

dН и lН - параметры накипи стенок.

Проверяем принятую в расчёте разность температур:

,

что незначительно отличается от принятого значения 2,2.

Коэффициент теплообмена между конденсирующимся паром и стенкой для 2-го корпуса:

Вт/(м2·К).

Коэффициент теплоотдачи от стенки к кипящей жидкости для 2-го корпуса определяем следующим образом:


Коэффициент теплопередачи для 2-го корпуса:

Вт/(м2·К),

где dст и lст - параметры материала стенки;

dН и lН - параметры накипи стенок.

Проверяем принятую в расчёте разность температур:

,

что незначительно отличается от принятого значения 2,2.

Расход греющего пара в 1-ом корпусе на 1 кг неконцентрированного раствора определяем по формуле (4-27) [1], а коэффициенты X2, Y2 и Z2 вычисляем по табл. 4-3а и 4-3б [1].

Приняв b1=0, поскольку to=t1 и s2=0 (по условию), найдём:

,


X2=2-b2=2-0.01=1.99, Y2=2·b1+b2=b2=0.01, Z2=1.

При этом расход пара в 1-ом корпусе на 1 кг раствора составит:


Полный расход пара:

D=Go·d1=2000·0.43=860 кг/ч.

Уточняем количества выпаренной воды. Количество воды, выпаренной в 1-ом корпусе на 1 кг раствора:

,

т.к. , то и количество выпаренной воды:

Количество воды, выпаренной во 2-ом корпусе на 1 кг раствора:

,

.

Количество воды, выпаренной во всей установке:

.

Расхождение с предварительно найденным количеством воды составляет менее 1%.

Проверяем количества теплоты, переданные в отдельных корпусах:

,

.

Отношение полученных количеств теплоты: q2/q1=0.935, что немногим отличается от ранее найденного 0,85.

Проверяем полученные концентрации растворов в корпусах:

,

.

Так как расхождение полученных величин с ранее принятыми незначительно, то повторного расчёта не делаем.

Поверхности нагрева выпарных аппаратов:

м2,

 м2.

Поверхности нагрева обоих аппаратов согласно условию расчёта оказались почти одинаковыми.

По ГОСТ 11987-81 выбираем выпарной аппарат с естественной циркуляцией и соосной греющей камерой (тип 1, исполнение 2).

Технические характеристики:

поверхность теплообмена, при диаметре труб 382 и длине  - 112 м2

·        диаметр греющей камеры ,

·        диаметр сепаратора ,

·        диаметр циркуляционной трубы ,

·        высота аппарата ,

·        масса аппарата .

3. Тепловой расчёт подогревателя экстрапара


Определяем количество переданной теплоты в подогревателе:

 

Q=D1·r1=860·2194=2.5·106 кДж.

Определяем поверхность теплообмена:

м2,

где оС - среднелогарифмическая разность температур; k - к-т теплопередачи для подогревателя (принимаем по опытным значениям).

Зная скорость теплоносителя в трубках w м/сек, его расход G кг/ч и выбрав величину внутреннего диаметра трубок d м, определяем их число:

.

Принимаем толщину трубок 1 мм, значение шага s=(1.3¸1.5)·d=50 мм. При ромбическом расположении трубок для n=300 принимаем D`/s=36.

Отсюда:

D`=36·s=36·50=1800 мм.

Длина трубок выражается формулой:

м,

где z - число ходов (приняли одноходовую).

Определяем внутренний диаметр корпуса D:

 

D=D`+dнар+2·k=1800+34+2·6=1846 мм.

4. Тепловой расчёт подогревателя острого пара


Определяем количество переданной теплоты в подогревателе:

 

Q=D2·r2=1780·2322=4.1·106 кДж.

Определяем поверхность теплообмена:

м2,

где оС - среднелогарифмическая разность температур; k - к-т теплопередачи для подогревателя.

Зная скорость теплоносителя в трубках w м/сек, его расход G кг/ч и выбрав величину внутреннего диаметра трубок d м, определяем их число:

.

Принимаем толщину трубок 1 мм, значение шага s=(1.3¸1.5)·d=50 мм. По табл. 3-1 [1] при ромбическом расположении трубок для n=421 принимаем D`/s=24.

Отсюда:

 

D`=24·s=24·50=1200 мм.

Длина трубок выражается формулой:

м,

где z - число ходов (приняли двухходовую).

Определяем внутренний диаметр корпуса D:

D=D`+dнар+2·k=1200+34+2·7=1346 мм.

5. Аэродинамический расчёт тракта подачи исходного раствора


Суммарное сопротивление будет складываться из потерь по длине и местных сопротивлений.



где z1 - коэффициент сопротивления крепёжной муфты;

z2 - коэффициент сопротивления внезапного расширения;

z3 - коэффициент сопротивления входа в решётку;

z4 - коэффициент сопротивления выхода из решётки;

z5 - коэффициент сопротивления сужения тракта.

Сопротивление движению по трубкам:

Па,

где


Полное сопротивление 1-го корпуса:

Dh1=Dhm1+Dhтр1=12721+139=12860 Па.

Для 2-го корпуса:


где z1 - коэффициент сопротивления крепёжной муфты;

z2 - коэффициент сопротивления внезапного расширения;

z3 - коэффициент сопротивления входа в решётку;

z4 - коэффициент сопротивления выхода из решётки;

z5 - коэффициент сопротивления сужения тракта.

Сопротивление движению по трубкам:

Па,

где


Полное сопротивление 2-го корпуса:

Dh2=Dhm2+Dhтр2=3417+483=3900 Па.

Сам тракт представляет собой три участка с длиной 3 м (для технологических и монтажных потребностей) по которым раствор движется с разными параметрами. Произведём расчёт участков между теплообменниками.

Первый участок:

Па,

где

Dh`1=Dh`тр1+Dh`м1=191+580=771 Па.

Второй участок:

Па,

где


Dh`2=Dh`тр2+Dh`м2=150+909=1059 Па.

Третий участок:

Па,

где

Dh`3=Dh`тр3+Dh`м3=42+127=169 Па.

Тогда полное сопротивление тракта равняется:

 

Dp=Dh1+Dh2+Dh`1+Dh`2+Dh`3=12860+3900+771+1059+169=18759 Па.

6. Выбор вспомогательного оборудования


Расчет производительности вакуум-насоса.

Производительность вакуум-насоса  определяется количеством газа, который необходимо удалять из барометрического конденсатора:


Определение расхода охлаждающей воды.

Расход охлаждающей воды  определяют из теплового баланса конденсатора:

,

где - количество воды, выпаренной во 2-ом корпусе на 1 кг раствора.

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

.

Тогда

,

.

Объемная производительность вакуум-насоса равна:

.

Температуру воздуха рассчитывают по уравнению

.

Давление воздуха равно:

,

где .

.

По ГОСТ 1867-57 подбираем вакуум-насос типа ВВН - 0,75, мощность на валу 1,3 кВт.

Литературный обзор

выпарной температура экстрапар раствор

1.      Лебедев П.Д. Теплоиспользующие установки промышленных предприятий. М.: Энергия. 1966.

.        Дытнерский Ю.И. Основные процессы и аппараты химической технологии. Курсовое проектирование. Химия, 1991.

.        Несенчук А.Н. Промышленные теплотехнологии. Ч. 2 Минск: Высш. шк. 1995.

Похожие работы на - Расчет выпарного аппарата

 

Не нашел материал для своей работы?
Поможем написать качественную работу
Без плагиата!