Определение поверхности теплопередачи выпарных аппаратов. Расчёт полезной разности температур по корпусам. Определение толщины тепловой изоляции и расхода охлаждающей воды. Выбор конструкционного материала. Расчёт диаметра барометрического конденсатора.
Аннотация к работе
Поверхность теплопередачи каждого корпуса выпарной установки определяют по основному уравнению теплопередачи, м2: , (1) где Q - тепловая нагрузка, КВТ; Для определения тепловых нагрузок Q, коэффициентов теплопередачи К и полезных разностей температур ?tп необходимо знать распределение упариваемой воды, концентраций растворов и их температур кипения по корпусам. Производительность установки по выпариваемой воде определяют из уравнения материального баланса: , (2) где Gн - расход упариваемого раствора, кг/с;По практическим данным можно принять, что производительность аппаратов по выпаренной воде в случае схемы противотока подчиняется соотношению: Тогда производительность аппарата первой ступени определится по формулеВ первом приближении общий перепад давлений распределяют между корпусами поровну. Тогда давления греющих паров в корпусах (в МПА) равны: (8) Температуры и энтальпии греющего пара на входе в корпуса, определенные по h,s - диаграмме приведены в таблице 1 Подставляя значения, получим: , , По ГОСТ 11987-81, учитывая заданное исполнение и тип аппарата выбираем для первого корпуса аппарат с F1=200 м2 с диаметром кипятильных рубок 38 мм и высотой 4000 мм; для второго корпуса - аппарат с F2=200 м2 с диаметром кипятильных трубок 38 мм и высотой 4000 мм. Так как по условию задан режим противотока раствора и пара, плотность раствора K2CO3 в первом корпусе при x=30 % мас., примем равной ?1=1290 кг/м3, для второго корпуса при x=0,5% мас - ?2=996 кг/м3.Полезная разность температур по корпусам определяется по формуле: (24)Расход греющего пара в первый корпус, производительность каждого корпуса по выпаренной воде и тепловые нагрузки по корпусам определим путем совместного решения уравнений тепловых балансов по корпусам и уравнения баланса по воде для всей установки: , (28) ТН - температура кипения исходного раствора в первом корпусе, °С: Так как по условию установка работает в режиме противотока, то свежий раствор поступает во второй корпус, и его начальная температура рассчитывается по формуле: (30) Начальную теплоемкость раствора на входе во второй корпус (вход в установку) определим по формуле (35) для второго корпуса расчет можно не выполнять изза малой степени изменения концентрации. Отклонения нагрузок по выпаренной воде составляет менее 5%, поэтому пересчитывать концентрации и температуры кипения растворов по корпусам нет необходимости.Материал подбирается с учетом стойкости в среде кипящего заданного раствора в интервале заданного изменения концентраций.Коэффициент теплопередачи для первого корпуса К определяют по уравнению аддитивности термических сопротивлений: , (36) где ?1, ?2 - коэффициенты теплоотдачи от конденсирующегося пара к стенке и от кипящего раствора к стенке соответственно, Вт/(м2•К); Коэффициент теплопередачи от конденсирующегося пара к стенке ?1 равен: , (38) где r - удельная теплота конденсации, определенная при давлении конденсации, Дж/кг; ?ж1, ?ж1, ?ж1 - соответственно плотность (кг/м3), теплопроводность [Вт/(м•К)], вязкость (Па•с) конденсата, определенная при средней температуре пленки, определяемой как , (39) где ?t1 - разность температур конденсата пара и стенки, град. Рисунок 1 Распределение температур в процессе теплопередачи от пара к кипящему раствору через многослойную стенку: 1-пар; 2 - конденсат; 3 - стенка; 4 - накипь; 5 - кипящий раствор Параметры воды при средней температуре пленки конденсата по корпусам приведены в таблице 5Полезные разности температур в корпусах установки находим из условия равенства их поверхностей теплопередачи: , (46) где ?TПJ, Qj, Kj - соответственно полезная разность температур, тепловая нагрузка, коэффициент теплопередачи для j-го корпуса. Подставим численные значения, получим: для первого корпуса Как видно из результатов расчета, полезные разности температур существенно отличаются от принятых (таблица 7)В связи с тем, что существенное изменение давлений по сравнению с рассчитанным в первом приближении происходит только в первом и втором корпусах, где суммарные температурные потери незначительны, во втором приближении принимаем такие же значения ?’, ?”, ?’” для каждого корпуса, как в первом приближении. Полученные после перераспределения температур (давлений) параметры растворов и паров по корпусам представлены в таблице 8.
План
Оглавление
1. Определение поверхности теплопередачи выпарных аппаратов
2. Расчет концентраций упариваемого раствора
3. Определение температур кипения растворов
4. Расчет полезной разности температур по корпусам
5. Определение тепловых нагрузок
6. Выбор конструкционного материала
7. Расчет коэффициентов теплопередачи
8. Распределение полезной разности температур
9. Уточненный расчет поверхности теплопередачи
10. Определение толщины тепловой изоляции
11. Расчет барометрического конденсатора
12. Определение расхода охлаждающей воды
13. Расчет диаметра барометрического конденсатора
14. Расчет высоты барометрической трубы
15. Расчет производительности вакуум-насоса
16. Подбор емкостей исходного и упаренного раствора
Заключение
Библиографический список
1. Определение поверхности теплопередачи выпарных аппаратов
Вывод
Целью данного курсового проекта являлся расчет выпарной установки непрерывного действия.
Маркировку выбранного оборудования сведем в таблицу 12
Таблица 12 Маркировка выбранного оборудования
№ Наименование Марка
1 Насос центробежный X45/31Гоу
2 Вакуум-насос ВНН-3, производительность 3 м3/мин с мощностью на валу 6,5 КВТ
3 Теплообменник Кожухотрубный, F=100 м2 , трубы из стали 12Х18Н10Т
4 Емкость начального раствора ГЭЭ 1-1-40-0,6
5 Емкость упаренного раствора ВЭЭ 1-1-1-0,6
6 Барометрический конденсатор Стандартный, НИИХИММАШ D=800 мм
Список литературы
1. Алексеев, В.А. и др. Машины и аппараты химических производств. Учебное пособие [текст] / В.А. Алексеев, - Казань: Казанский ГТУ, 2008., 305 с.
2. Амирханов Р.А., Б.Х. Драганов Теплотехника [Текст] : учебник / Р.А. Амирханов, Б.Х. Драганов. - М.: Энергоатомиздат: 2006., 420 с.
3. Бондарь, В.И. Коррозия и защита материалов. Учебное пособие для студентов металлургических специальностей [текст] / В.И. Бондарь, - Мариуполь: ПГТУ, 2009., 126 с.
4. Дытнерский, Ю. И. Основные процессы и аппараты химической технологии. Пособие по проектированию [текст] / Ю. И. Дытнерский, - М.: Химия, 1983, 270 с.
5. Ефремов, А.П. Химическое сопротивление материалов. Учебное пособие [текст] / А.П. Ефремов, - М.: ГУП Издательство «Нефть и газ», РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2004., 210с.
6. Каталог УКРНИИХИММАША. Выпарные трубчатые аппараты общего назначения для химических производств. М.: ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ, 1985., 21с.
7. Каталог ОАО ДИМИТРОВГРАДХИММАША. Теплообменные аппараты, 2009., 15 с.
8. Косинцев В.И. и др. Основы проектирования химических производств [текст]: учебник для ВУЗОВ / В.И. Косинцев - М.: ИКЦ «Академкнига», 2005., 332 с.
9. Кордон М.Я., Симакин В.И., Горешник И.Д. Теплотехника [текст]:учебное пособие/ М.Я. Кордон - Пенза 2005.,167 с.
10. Лащинский, А. А. Конструирование сварочных химических аппаратов [текст] / А. А. Лащинский, Л.: Машиностроение, 1981., 382 с.