Определение основных размеров выпарной установки (диаметра и высоты), балансов, подбор дополнительного оборудования. Принципиальная схема аппарата. Определение поверхности теплопередачи, тепловых нагрузок и производительности по выпариваемой воде.
Аннотация к работе
В химической и смежной с ней отраслях промышленности жидкие смеси, концентрирование которых осуществляется выпариванием, отличаются большим разнообразием как физических параметров (вязкость, плотность, температура кипения, величина критического теплового потока и др.), так и других характеристик (кристаллизующиеся, пенящиеся, нетермостойкие растворы и др.).D - расход греющего пара, кг/с ; g - ускорение свободного падения, м/с2 ; i, I - энтальпия жидкости и пара, КДЖ/кг ; t,T - температура, град. w, W - производительность по испаряемой воде, кг/с ; г - греющий пар ;Принципиальная схема трехкорпусной выпарной установки: 1-емкость исходного раствора; 2.10 - насосы; 3 - теплообменник-подогреватель; 4-6 выпарные аппараты: 7 - барометрический конденсатор, 8 - вакуум-насос. В приведенном ниже типовом примере расчета трехкорпусной установки, состоящей из выпарных аппаратов с принудительной циркуляцией и кипением раствора в трубах, даны также рекомендации по расчету выпарных аппаратов некоторых других типов: с естественной циркуляцией, вынесенной зоной кипения, пленочных. Принципиальная схема трехкорпусной выпарной установки показана на рис. Исходный разбавленный раствор из промежуточной емкости 1 центробежным насосом 2 подается в теплообменник 3 (где подогревается до температуры, близкой к температуре кипения), а затем - в первый корпус 4 выпарной установки. Вторичный пар, образующийся при концентрировании раствора в первом корпусе, направляется в качестве греющего во второй корпус 5.Поверхность теплопередачи каждого корпуса выпарной установки определяют по основному уравнению теплопередачи: F=Q/(K?Dtп) Для определения тепловых нагрузок Q, коэффициентов теплопередачи K и полезных разностей температур DTП необходимо знать распределение упариваемой воды, концентраций раствора и их температур кипения по корпусам.Распределение концентраций раствора по корпусам установки зависит от соотношения нагрузок по выпариваемой воде в каждом аппарате.По давлениям паров находим их температуры и энтальпии: Таблица 1 - Температуры греющих паров Поэтому концентрацию кипящего раствора принимают равной конечной в данном корпусе и, следовательно, температуру кипения раствора определяют при конечной концентрации. Температуру кипения раствора в корпусе принимают соответствующей температуре кипения в среднем слое жидкости. Таким образом, температура кипения раствора в корпусе отличается от температуры греющего пара в последующем корпусе на сумму температурных потерь ???от температурной (?I ) , гидростатической (?II ) и гидродинамической (?III ) депрессий: SD = DI DII D III Гидродинамическая депрессия обусловлена потерей давления пара на преодоление гидравлических сопротивлений трубопроводов при переходе из корпуса в корпус.Общая полезная разность температур равна: SDTП = Dtп1 Dtп2 Dtп3Расход греющего пара в 1-й корпус, производительность каждого корпуса по выпаренной воде и тепловые нагрузки по корпусам определяются путем совместного решения уравнений тепловых балансов по корпусам и уравнения баланса по воде для всей установки: Q1 = D?( Іг1 - i1 ) = 1,03?[ Gн?сн?( тк1 - тн ) w1?( Івп1 - свtr1 ) ] ; где 1,03 - коэффициент, учитывающий 3 % потерю тепла в окружающую среду. с - теплоемкости растворов соответственно исходного, в первом , втором и третьем корпусах, КДЖ / (кг?К ) [Приложение 1]. тн - температура кипения исходного раствора при давлении в 1-м корпусе тн = твп1 ?Ін = 146,9 1 = 147,9 0 С. Решение этой системы уравнений дает следующие результаты: D = 1,81 кг/с ; w1 = 1,32 кг/с ; w2 = 1,45 кг/с ; w3 = 1,58 кг/с; w4 = 1,7 кг/с; Параметр Корпус 1 Корпус 2 Корпус 3 Корпус 4Выбираем конструкционный материал, стойкий в среде кипящего раствора К2СО3 в интервале изменения концентраций от 10 до 44 % .Коэффициенты теплопередачи для первого корпуса определяют по уравнению аддитивности термических сопротивлений: К1 = 1 / (1/ a1 S d / l 1/ a2 ) Примем, что суммарное термическое сопротивление равно термическому сопротивлению стенки ?ст ???ст и накипи ?н ???н . Коэффициент теплоотдачи от конденсирующегося пара к стенке ???равен: a1 = 2,04?[(r1?r2ж1?l3ж1)/(мж1 ?H?Dt1)] 0,25 где r1 - теплота конденсации пара, Дж/кг ; ?ж1 , ?ж1 , ?ж1 - плотность (кг / м3 ), теплопроводность Вт / (м?К), вязкость (Па?с) конденсата при средней температуре пленки тпл = тг1 - ?t1 /2 , где ?t1 - разность температур конденсации пара и стенки, град. В первом приближении примем ?t1 = 2 град. тпл = 157,8 - 2/2 = 156,8 0 С Для расчета третьего приближения построим графическую зависимость удельной тепловой нагрузки от разности температур между паром и стенкой в первом корпусе(см. рис.Полезные разности температур в корпусах установки находим из условия равенства их поверхностей теплопередачи: где ?тп j , Q j , K j - соответственно полезная разность температур, тепловая нагрузка, коэффициент теплопередачи для j - го корпуса. Подставив численные значения, получим: ?tп1 12,08 град Проверим общую полезную разность температур установки: ??тп = 12,08 14,34 16,86 24,10=
План
Содержание
Реферат
Введение
1. Основные условные обозначения
2. Принципиальная схема установки и ее описание
3. Определение поверхности теплопередачи выпарного аппарата
3.2.1.4 Расчет поверхности теплопередачи выпарных аппаратов
4. Определение толщины тепловой изоляции
5. Расчет барометрического конденсатора
5.1 Расход охлаждающей воды
5.2 Диаметр конденсатора
5.3 Высота барометрической трубы
5.4 Расчет производительности вакуум-насоса
6. Тепловой расчет
6.1 Расчет теплообменника-подогревателя
7. Мероприятия по технике безопасности
Список литературы
Введение
В химической и смежной с ней отраслях промышленности жидкие смеси, концентрирование которых осуществляется выпариванием, отличаются большим разнообразием как физических параметров (вязкость, плотность, температура кипения, величина критического теплового потока и др.), так и других характеристик (кристаллизующиеся, пенящиеся, нетермостойкие растворы и др.). Свойства смесей определяют основные требования к условиям проведения процесса (вакуум-выпаривание, прямо- и противоточные, одно- и многокорпусные выпарные установки), а также конструкциям выпарных аппаратов.
Такое разнообразие требований вызывает определенные сложности при правильном выборе схемы выпарной установки, типа аппарата, числа ступеней в многокорпусной выпарной установке. В общем случае такой выбор является задачей оптимального поиска и выполняется технико-экономическим сравнением различных вариантов с использованием ЭВМ.