Технологическая схема выпарной установки. Выбор выпарных аппаратов и определение поверхности их теплопередачи. Расчёт концентраций выпариваемого раствора. Определение температур кипения и тепловых нагрузок. Распределение полезной разности температур.
Аннотация к работе
Вторичный пар, образующийся при кипении раствора в первом корпусе, направляется в качестве греющего пара во второй корпус 5; сюда же поступает частично сконцентрированный раствор из первого корпуса. Аналогично упаренный раствор из второго корпуса подается в третий корпус 6 , обогреваемый вторичным паром второго корпуса. Раствор и вторичный пар перемещаются из корпуса в корпус самотеком благодаря общему перепаду давления, возникающего в результате избыточного давления в первом корпусе и вакуума в последнем. Температурные потери в выпарном аппарате обусловлены температурной , гидростатической и гидродинамической депрессиями. а) Гидродинамическая депрессия вызвана потерей давления пара на преодоление гидравлических сопротивлений трения и местных сопротивлений паропроводов при переходе из корпуса в корпус. Расход греющего пара в первом корпусе, производительность каждого корпуса по выпариваемой воде и тепловые нагрузки по корпусам определяются путем совместного решения уравнений тепловых балансов по корпусам и уравнениями баланса по воде для всей установки: (1.
Введение
Технологическая схема выпарной установки
В химической промышленности для концентрирования растворов нелетучих и мало летучих веществ широко применяется процесс выпаривания. Наиболее целесообразно для этого использовать многокорпусные выпарные установки непрерывного действия (МВУ). МВУ состоят из нескольких корпусов, в которых вторичный пар предыдущего корпуса используется в качестве греющего пара для последующего корпуса. В этих установках первичным паром обогревается только первый корпус. В многокорпусных выпарных установках достигается значительная экономия греющего пара по сравнению с однокорпусными установками той же производительности.
Принципиальная технологическая схема трехкорпусной вакуум-выпарной установки непрерывного действия представлена на рис.1.1.
Исходный раствор подается из емкости 1 центробежным насосом 2 через теплообменник 3 в первый корпус выпарной установки 4. В теплообменнике 3 исходный раствор нагревается до температуры близкой к температуре кипения раствора в первом корпусе выпарной установки.
Первый корпус установки обогревается свежим (первичным) паром. Вторичный пар, образующийся при кипении раствора в первом корпусе, направляется в качестве греющего пара во второй корпус 5; сюда же поступает частично сконцентрированный раствор из первого корпуса. Аналогично упаренный раствор из второго корпуса подается в третий корпус 6 , обогреваемый вторичным паром второго корпуса. Упаренный до конечной концентрации в третьем корпусе готовый продукт поступает из него в емкость 10. По мере прохождения из корпуса в корпус давление и температура пара понижаются, и из последнего (третьего) корпуса пар с низким давлением отводится в барометрический конденсатор смешения 7, в котором при конденсации пара создается вакуум. Раствор и вторичный пар перемещаются из корпуса в корпус самотеком благодаря общему перепаду давления, возникающего в результате избыточного давления в первом корпусе и вакуума в последнем. Воздух и неконденсирующиеся газы, поступающие в установку с охлаждающей водой (в конденсаторе) и через не плотности трубопроводов, отсасываются через ловушку 8 вакуум-насосом.
Смесь охлаждающей воды и конденсата сливается самотеком через барометрическую трубу в бак-гидрозатвор 9.Конденсат греющих паров из выпарных аппаратов и теплообменника выводится с помощью конденсатоотводчиков.
Выбор выпарных аппаратов
Конструкция выпарного аппарата должна удовлетворять ряду общих требований, к числу которых относятся: высокая производительность и интенсивность теплопередачи при возможно меньших объеме аппарата и расходе металла на его изготовление, простота устройства, надежность в эксплуатации, легкость чистки поверхности теплообмена, осмотра и ремонта.
Вместе с тем выбор конструкции и материала выпарного аппарата определяется в каждом конкретном случае физико-химическими свойствами раствора.
Для выпаривания растворов небольшой вязкости (до 8 МПА•с) без образования кристаллов, чаще всего используют выпарные аппараты с естественной циркуляцией. Высоковязкие и кристаллизующиеся растворы выпаривают в аппаратах с принудительной циркуляцией.
Растворы чувствительные к повышенным температурам рекомендуется выпаривать в роторно-пленочных выпарных аппаратах, а растворы склонные к пенообразованию - в прямоточных аппаратах с восходящей пленкой.
Типы и основные размеры выпарных аппаратов представлены в ГОСТ 11987-81, и каталогах УКРНИИХИММАША [11,12].
Задание на расчет выпарной установки
Цель расчета выпарной установки - расчет материальных потоков, затрат тепла и энергии, размеров основного аппарата, расчет и выбор вспомогательного оборудования, входящего в технологическую схему установки.
Задание на курсовое проектирование
Рассчитать и спроектировать трехкорпусную выпарную установку непрерывного действия для концентрирования водного раствора по следующим данным: 1. Производительность установки по исходному раствору -8000 кг/ч;
Определение поверхности теплопередачи выпарных аппаратов
Технологический расчет выпарных аппаратов заключается в определении поверхности теплопередачи. Поверхность теплопередачи выпарного аппарата определяется по основному уравнению теплопередачи
, (1.1) где - поверхность теплопередачи, м2;
- тепловая нагрузка, Вт;
- коэффициент теплопередачи, Вт/(м2•К);
- полезная разность температур, К.
Для определения тепловых нагрузок, коэффициентов теплопередачи и полезных разностей температур необходимо знать распределение упариваемой воды, концентрации растворов по корпусам и их температуры кипения. Первоначально определим эти величины по материальному балансу, в дальнейшем уточним их по тепловому балансу.
1.1 Расчет концентраций выпариваемого раствора
Производительность установки по выпариваемой воде определяем по формуле: , (1.2) где - производительность по выпаренной воде, кг/с;
- производительность по исходному раствору, кг/с;
- соответственно начальная и конечная концентрация раствора, масс. доли, кг/с.
На основании практических данных принимаем, что выпариваемая вода распределяется между корпусами в соотношении
Тогда:
Проверка: W1 W2 W3= W=0,45 0,49 0,54=1,76 кг/с.
Рассчитываем концентрации растворов в корпусах:
Концентрация раствора в третьем корпусе соответствует заданной концентрации упаренного раствора .
1.2 Определение температур кипения раствора
Температура кипения раствора в корпусе определяется как сумма температур греющего пара последующего корпуса и температурных потерь
, (1.3) где - соответственно температурная, гидростатическая и гидравлическая депрессии, К.
Для определения температур греющего пара примем, что перепад давлений в установке ?P распределяется между корпусами поровну: , (1.4) где РГ1 - давление греющего пара в первом корпусе, МПА;
Рбк - давление в барометрическом конденсаторе, МПА.
Тогда давление греющих паров, МПА, в корпусах составляет: РГ1=0,4МПА
РГ2 = РГ1 - ?P = 0,4 - 0,1284 = 0,2716 МПА
РГ3 = РГ2 - ?P = 0,2716 - 0,1284 = 0,1432 МПА
Рбк = РГ3 - ?P = 0,1432 - 0,1284 = 0,0148 МПА
По давлению греющего пара находим его температуру и теплоту парообразования (табл. 2.1) по корпусам.
Таблица 1.1 - Температуры и теплоты парообразования
Температурные потери в выпарном аппарате обусловлены температурной , гидростатической и гидродинамической депрессиями. а) Гидродинамическая депрессия вызвана потерей давления пара на преодоление гидравлических сопротивлений трения и местных сопротивлений паропроводов при переходе из корпуса в корпус. Обычно в расчетах принимают = 1,0 - 1,5 ?С на корпус. Примем = 1 ?С, тогда температуры вторичных паров в корпусах равны: твп1 = ТГ2 = 129,78 1=130,78 ?С твп2 = ТГ3 = 110,4 1=111,4С твп3 = тбк =53,71 1=54,71 ?С
Сумма гидродинамических депрессий: ?С
По температурам вторичных паров определим их давления и теплоты парообразования (табл. 2.2).
Таблица 1.2 - Давления и теплоты парообразования
Температура,?С Давление, МПА Теплота парообразования, КДЖ/кг твп1=130,78 Рвп1=0,2787 rвп1=2177 твп2=111,4 Рвп2=0,1504 rвп2=2230 твп3=54,71 Рвп3=0,0155 rвп3=2367 б) Гидростатическая депрессия обусловливается наличием гидростатического эффекта, заключающегося в том, что вследствие гидростатического давления столба жидкости в трубах выпарного аппарата температура кипения раствора по высоте труб неодинакова. Величина не может быть точно рассчитана ввиду того, что раствор в трубах находится в движении, причем величина зависит от интенсивности циркуляции и изменяющейся плотности парожидкостной эмульсии, заполняющей большую часть высоты кипятильных труб. Приблизительно расчет возможен на основе определения температуры кипения в среднем поперечном сечении кипятильных труб. Величина определяется как разность температуры кипения в среднем слое труб и температуры вторичного пара ( ):
(1.5)
Для того, чтобы определить нужно найти давление в среднем слое (Рср) и по этому давлению определить температуру в среднем слое (по таблице свойств насыщенного водяного пара). Плотность парожидкостной эмульсии в трубах при пузырьковом режиме кипения принимается равной половине плотности раствора. Плотность раствора (при 100 °С) определяется в зависимости от концентрации раствора в корпусе.
Давление в среднем сечении кипятильных труб (в МПА) равно сумме давлений вторичного пара в корпусе и гидростатического давления столба жидкости (?Рср ) в этом сечении трубы длиной H: Pcp = Рвп ?Рср = Рвп
Для выбора значения H нужно ориентировочно определить поверхность теплопередачи выпарного аппарата. При кипении водных растворов можно принять удельную тепловую нагрузку аппаратов с естественной циркуляцией q = 10000 ? 30000 Вт/м2. Примем q = 10000 Вт/м2. Тогда поверхность теплопередачи первого корпуса ориентировочно будет равна:
По ГОСТ 11987-81 для выпарного аппарата с естественной циркуляцией и вынесенной греющей камерой ближайшая будет поверхность - 63 м2 при диаметре труб 38x2 мм и длине труб Н = 4000 мм.
Давления в среднем слое кипятильных труб корпусов равны: Р1ср = Рвп1 МПА
Р2ср = Рвп2 МПА
Р3ср = Рвп3 МПА
Этим давлениям соответствуют следующие температуры кипения и теплоты парообразования (табл. 1.3): Таблица1.3 - Температуры кипения и теплоты парообразования
Определяется величина как разность между температурами кипения раствора и чистого растворителя (воды) при атмосферном давлении. Температуры кипения раствора при атмосферном давлении в зависимости от концентрации даны в справочной литературе.
Находим значение по корпусам: ?С
?С
?С
Сумма температурных депрессий равна:
Тогда температуры кипения растворов по корпусам равны: ?С
?С
?С
1.3 Расчет полезной разности температур
Необходимым условием передачи тепла в каждом корпусе является наличие некоторой полезной разности температур греющего пара и кипящего раствора.
Полезные разности температур по корпусам равны: ?С
?С
?С
Общая полезная разность температур: ?С
Проверим общую полезную разность температур:
1.4 Определение тепловых нагрузок
Расход греющего пара в первом корпусе, производительность каждого корпуса по выпариваемой воде и тепловые нагрузки по корпусам определяются путем совместного решения уравнений тепловых балансов по корпусам и уравнениями баланса по воде для всей установки:
(1.7)
, а , то (1.8)
(1.9)
(1.10)
W=W1 W2 W3, (1.11) где D - расход греющего пара в первом корпусе, кг/с;
Н,h - энтальпия пара и конденсата, соответственно, Дж/кг;
1,03, 1,02, 1,01 - коэффициенты, учитывающие 3;2;1 % потерь тепла в окружающую среду по корпусам, соответственно (потери тепла обычно принимают в размере 2 ? 6% от тепловой нагрузки аппарата);
C - удельная теплоемкость, Дж/кг•К;
- теплота концентрирования по корпусам. Величинами пренебрегаем, поскольку эти величины значительно меньше принятых потерь тепла;
тн - температура кипения исходного раствора, подаваемого в первый корпус, - температура кипения в i-ом корпусе.
, где - температурная депрессия для исходного раствора;
сн, с1, с2 - теплоемкость растворов при концентрациях , КДЖ/(кг?К)
Теплоемкость (в КДЖ/(кг?К)) разбавленных водных растворов ( < 20%) рассчитывается по формуле:
(1.12)
Подставим известные значения в уравнения.
W = 1,48 = W1 W2 W3
1,48 =
Отсюда :D = 0,2286 кг/с.
Тогда: W1 = 0,954?0,2286 - 0,0141 = 0,204 кг/с
W2 = 0,875?0,2286 0,58 = 0,78 кг/с
W3 = 0,7001?0,2286 0,336 = 0,496 кг/с
Проверка
W = W1 W2 W3 = 0,204 0,78 0,496= 1,48 кг/с
Определим тепловые нагрузки, КВТ
Q1 = D•2139 = 0,2286•2139=488,98
Q2 = W1•2180 = 0,204•2180=444,72
Q3 = W2•2234 =0,78•2234= 1742,52
Полученные данные сводим в табл.1.4.
Таблица 1.4 - Параметры растворов и паров по корпусам
Параметр Корпус
1 2 3
Производительность по испаряемой воде W, кг/с 0,204 0,78 0,496
Концентрация растворов x, % 6,5 8,7 15
Температура греющих паров ТГ, ?C 143,6 129,78 110,4
Температура кипения раствора тк ,?C 133,37 115,19 64,8
Коэффициент теплопередачи рассчитываем, исходя из того, что при установившемся процессе передачи тепла справедливо равенство:
(1.13)
Коэффициент теплопередачи К в [Вт/(м2 К)] можно рассчитать по уравнению: , (1.14) где q - удельная тепловая нагрузка, Вт/м2; q = Q/F;
и - коэффициенты теплоотдачи от конденсирующегося пара к стенке и от стенки к кипящему раствору соответственно, Вт/(м2•К);
- сумма термических сопротивлений стенки загрязнений и накипи, (м2•К/Вт);
- разность температур между греющим паром и стенкой со стороны пара в первом корпусе, ?С;
- перепад температур на стенке, ?С;
- разность между температурой стенки со стороны раствора и температурой кипения раствора, °С.
Коэффициент теплоотдачи рассчитываем по уравнению: , (1.15) где - теплота конденсации греющего пара, Дж/кг;
- разность температур конденсата пара и стенки, ?С;
- соответственно плотность, кг/м3, теплопроводность Вт/(м•К) и вязкость конденсата, Па•с, при средней температуре пленки: Первоначально принимаем
?С.
Значения физических величин конденсата берем при тпл = 142,85?С.
Коэффициент теплоотдачи от стенки к кипящему раствору в условиях его естественной циркуляции для пузырькового режима в вертикальных трубах равен: , (2.16) где - плотность греющего пара в первом корпусе, - плотность пара при атмосферном давлении; - соответственно, теплопроводность, поверхностное натяжение, теплоемкость и вязкость раствора в первом корпусе.
Значения величин, характеризующих свойства растворов NAOH , представлены в таблице 1.5.
Параметр Корпус
1 2 3
Плотность раствора, , кг/м31012,881031,881088,22
Вязкость раствора, 1,1511,22581,51
Теплопроводность раствора, 0,59120,58860,5815
Поверхностное натяжение, 73,474,2877,0
Теплоемкость раствора, 39233831
Проверим 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 ?С.
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 - CACL2 -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 Fop=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.
F при диаметре трубы 38х2 и длине Н= 4000мм Диаметр греющей камеры D, мм Диаметр сепаратора Dc, мм Диаметр циркуляционной трубы D2, мм Высота аппарата На , мм
63 800 1600 500 15500
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 ?С, а для аппаратов, работающих на открытом воздухе в зимнее время - в интервале 0 ? 10 ?С.;
- температура изоляции со стороны аппарата, ?С (температуру тст1 можно принимать равной температуре греющего пара, ввиду незначительного термического сопротивления стенки аппарата по сравнению с термическим сопротивлением слоя изоляции);
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 ?С). 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;
- теплоемкость воды, КДЖ/(кг К);
С в =4190 КДЖ/(КГК);
- начальная температура охлаждающей воды, ?С;
t н = 10 20 ?С
- конечная температура смеси воды и конденсата, ?С.
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:
Диаметр барометрического конденсатора ‚ определяем из уравнения расхода
, (2.2) где - плотность пара, кг/м3 выбираемая по давлению пара в конденсаторе Рбк;
- 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 нее.
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 тср.
Для гладких труб при Re = 123250,
2.2 Расчет 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
Объемная производительность вакуум-насоса
, (2.5) где R - универсальная газовая постоянная, Дж/(кмоль К);
Мв - молекулярная масса воздуха, кг/кмоль;
тв - температура воздуха, ?С;
Рв - парциальное давление сухого воздуха в барометрическом конденсаторе, Па.
Температура воздуха
?С
давление воздуха
, (2.6) где Рп - давление сухого насыщенного пара при тв, Па. При температуре воздуха 27,07?С, Рп = 0,038•9,8•104 Па.
.
Тогда
Зная объемную 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, ?С;
- количество начального раствора, кг/с, и его теплоемкость, Дж/(кг•К);
- начальная температура исходного раствора, ?С;
- температура раствора на выходе из теплообменника, ?С, равная температуре с которой раствор входит в первый корпус.
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 Расчет 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/с;
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 Re:
, (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 90? (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 Расчет объема 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.
0бъем 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.
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 Dy 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 Dy = 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.