Условие задачи
Рассчитать двухкорпусную выпарную установку непрерывного действия для выпаривания So = 12 000 кг/час раствора соли KNO3 от начальной концентрации a1 = 8% вес. до конечной a2 = 55 % вес. Слабый раствор соли подогревается в теплообменнике от tн = 30 ˚C до to = 82 ˚C. Давление греющего пара Pгр = 4,5 ата. Вакуум во втором корпусе составляет Pвак = 690 мм рт. ст. Выпарная установка обсуживается барометрическим конденсатором смешения, питающегося водой с tв = 20 ˚C. Из первого корпуса отводится E = 300 кг/час экстра-пара.
Определить:
Расход греющего пара в выпарном аппарате и подогревателе;
Поверхности теплообмена подогревателя и выпарных аппаратов;
Расход охлаждающей воды в конденсаторе;
Диаметр и высоту барометрической трубы.
Схема двухкорпусной выпарной установки
Расчет подогревателя
Исходные данные:
So = 12 000 кг/час;
a1= 8 %;
a2= 55%;
tн= 30 ˚C;
to= 82 ˚C;
tв’= 20 ˚C;
а) Справочные данные* f = y = о =
для раствора а = 8%, to = 82 ˚C
09кг/м3
= 3,91Ч-6 м2/с
= · = 3,91Ч-6 м2/с·09кг/м = 3,94519·10-3 ПаЧс
rр = 2304 кДж/кг
tнас = 100,7 ˚C
r = 2253 кДж/кг
657Вт/мЧК
б) Пересчет единиц
Количество передаваемого тепла от конденсатора к воде
Q = SoЧrр = 3,33кг/сЧ2304 кДж/кг = 7672 (кВт)
Расход греющего пара
Дгр = Q/r = 7672 / 2253 = 3,405 (кг/с)
Подготовка к расчету коэффициента теплопередачи
; ;
а) t = tкон – tкип = 18,7 ˚C
б) Расчет A
С = 0,943 (вертикальный теплообменник); Ao = 13·103.
Для выбора высоты теплообменника надо оценить Fор, а для этого нужно задаться К (К < меньш).
Кор = 1000 Вт/м2; , в каталоге – 497 м2.
H = 1400 мм
в) dn·ґs = 38х2 [6, стр. 415]
г)
д) Расчет параметра В
Расчет коэффициента теплопередачи
№ итерации | К новое | К |
1 | 1000 | 1940,997 |
2 | 1940,997 | 1860,799 |
3 | 1860,799 | 1866,738 |
4 | 1866,738 | 1866,293 |
5 | 1866,293 | 1866,326 |
6 | 1866,326 | 1866,324 |
7 | 1866,324 | 1866,324 |
Красч = 1866 (итог четвертой итерации)
Расчет поверхности теплообмена
Уточнение подбора по каталогу, при условии, что Fкатал > Fрасч; Hкатал < 1,4 м
Выбираем одноходовой теплообменник типа ТН или ТЛ: F = 239 м2, H = 1,2 м, Ч-3 м.
Расчет двухкорпусной выпарной установки
Исходные данные:
So = 12 000 кг/час;
ao = 8 %;
a2 = 55 %;
tн = 30 ˚C;
to = 82 ˚C;
Pгр = 4,5 ата = 4,413 бар;
Pвак = 690 мм рт. ст.;
tв’= 20 ˚C;
E = 300 кг/час.
а) Справочные данные из [1] и [2]
a%, масс | 0 | 5 | 10 | 15 | 20 | 25 | 30 | 40 | 60 | 8 | 55 |
tкип, ˚С | 100 | 100,5 | 100,9 | 101,2 | 102,1 | 104,1 | 108,2 | 100,7 | 107,0 | ||
= q | 1 | 0,98 | 0,96 | 0,94 | 0, 92 | 0,9 | 0,88 | 0,84 | 0,76 | 0,968 | 0,78 |
б) Пересчет единиц
; ; ;
Расчет количества выпаренной воды и распределение ее по корпусам. Расчет концентрации a1
Расчет температурных депрессий и температур кипения
При концентрации a1 = 17,3%, ta1 101,4 ˚С;
1 = ta1 – tст = 101,6 -100,0 = 1,4 ˚C
Во втором корпусе считаем по правилу Бабо.
Абсолютное давление PII = Pатм – Pвак = 1,033 – 0,842 = 0,191 атм = 0,188 бар
(Ps)ст берется из таблицы насыщенных паров для температуры кипения раствора при a2 = 55% (tкип = 107 ˚С). (Ps)ст = 1,294 бар. [3, таблица 1].
; (бар)
По давлению 0,240 бар ищем температуру кипения раствора во втором корпусе: tкип = 64,08 ˚C. Определяем при давлении 0,188 бар: 58,7 ˚C [3, таблица 2].
Поправка Стабникова не вводится, т.к. растворение соли KNO3 является эндотермическим [4, таблица XXXVII].
II = t кип – II = 64,0 – 58,7 = 5,3 ˚C.
Суммарная полезная разность температур
По Pгр = 4,5 ата 4,4 бар находим по таблице насыщенных паров [3, таблица 2] находим T1 = 147,1 ˚C.
Г(1-2) примерно от 1 до 3 ˚C. Принимаем Г(1-2) = 1,7 ˚C.
(˚С)
Распределяем произвольно по корпусам:
1 = 40 ˚C;
2 = 40 ˚C.
Таблица первого приближения
Символ | I приближение | |||
Предварительный вариант | Окончательный вариант | |||
I корпус | II корпус | I корпус | II корпус | |
T | 147,1 | 104 | 143,9 | |
| 40 | 40 | ||
t | 107,1 | 64 | 64 | |
| 1,4 | 5,3 | 5,3 | |
| 101,7 | 58,7 | 58,7 | |
Г | 1,7 | 1,7 | ||
a% | 17,3 | 55 | 17,3 | 55 |
Pгр | 4,4 | 0,239 | 4,5 | |
P | 1,29 | 0,188 | 0,188 | |
h | 2742 | 2616 | 2742 | |
i | 2713 | 2607 | 2607 |
t – температура кипения раствора. t = T –
– температура вторичного пара = t -
P – давление внутри корпуса (по таблице свойств воды и пара на линии насыщения при t)
по таблице сухого насыщенного пара ;-\
Уточнение значений Wi (W1, W2)
Составим тепловой баланс по второму корпусу:
Теплоемкость исходного раствора Co = 3,94 кДж/кгЧград [1]
Теплоемкость конденсата Cк = 4,23 кДж/кгЧград [5]
Теплоемкость растворителя Cр = 4,20 кДж/кгЧград [5]
= 1,384 [кг/с]
Подготовка к расчету поверхности теплообмена
А – множитель в выражени для коэффициента теплоотдачи от конденсирующегося пара к поверхности нагрева;
B – множитель в выражении для коэффициента теплоотдачи от поверхности нагрева к кипящему раствору.
а) Расчет AI и AII.
. Принимаем Kор = 1100 Вт/м2ЧK. [м2]
С = 0,943 [5, стр. 149]
A0I = 13,0Ч103, A0II = 12,2Ч103 [5, стр 138]
По справочнику находим для F = 82 м2 высоту выпарного аппарата H = 3,5 м. [6, стр. 416].
б) Расчет BоI и BоII.
(бар) | |
(бар) |
Для выпарного аппарата выбираем материал Х-28 хлористая сталь,
4,25 ккал/(м·град·ч) 4,94 Вт/мЧК. = 2 мм = 0,002 м
Расчет комплексов для расчетного уравнения
Корпус | ||||||
I | 386,3 | 2813 | 1402 | 51562 | 37,22 | 43,54 |
II | 336,6 | 2341 | 1146 | 153146 | 53,50 | 81,78 |
| — | 5154 | 2548 | — | 90,72 | 123,61 |
ст1 = ст2, ст1 = ст2.
Определение поверхности теплообмена F
Используя в программе Microsoft ® Excel 97 функцию поиска определенного результата для ячейки с помощью подбора значения другой ячейки, находим F для = 80 ˚С.
F, м2 | F4/3 | F1/3 | ||||
66,348 | 268,598 | 19,190 | 38,401 | 4,048 | 22,410 | 80,000 |
Уточнение 1 и 2
Fрасч = 48,74 м2;
1 = 54,747 ˚C
2 = 25,254 ˚C
1+2 = 54,747 + 25,254 = 80,000 ˚C
невязка отсутсвует.
Уточненный конечный вариант таблицы
Символ | II приближение | |||
Предварительный вариант | Окончательный вариант | |||
I корпус | II корпус | I корпус | II корпус | |
T | 147,1 | 104 | 147,1 | 103,2 |
| 40 | 40 | 40,8 | 39,2 |
t | 107,1 | 64 | 106,3 | 64 |
| 1,4 | 5,3 | 1,4 | 5,3 |
| 101,7 | 58,7 | 104,9 | 58,7 |
Г | 1,7 | 1,7 | 1,7 | 1,7 |
a% | 17,3 | 55 | 17,3 | 55 |
Pгр | 4,4 | 0,24 | 4,5 | 1,13 |
P | 1,29 | 0,188 | 1,2 | 0,188 |
h | 2742 | 2616 | 2742 | 2659 |
i | 2713 | 2607 | 2684 | 2607 |
P1 - по (по таблице насыщенных паров)
P11 гр - по T из таблицы
t – температура кипения раствора. t = T –
– температура вторичного пара = t -
P – давление внутри корпуса (по таблице свойств воды и пара на линии насыщения при t)
по таблице сухого насыщенного пара ;-\1,1,1267 1,1668
Новая проверка Wi и Qi
а)
= 1,376 [кг/с]
б)
Сопоставление значений QI и QII и Q’I и Q’II
Расхождение менше 5% найденные значения тепловых нагрузок Q1 = 3462 кВт, Q2 = 1260 кВт, потоков W1 = 1,384 кг/с, W2 = 1,346 кг/с, Q1 = 3462 кВт, Q2 = 1260 кВт., поверхности F = 50 м2 и параметров процесса (см. табл.) принимаем как окончательные.
Расход греющего пара в первом корпусе
В курсовой работе – по каталогу далее выбираем аппарат с F > такого-то и H < такого-то
Расчет барометрического конденсатора
Температура конденсации конд = II - Г = 58,7 – 1,7 = 57,0 (˚C).
По конд определяем давление в конденсаторе Pконд = 0,173 бар. [3, табл. 1].
Расход воды на конденсацию
Расчет потока газа, который образуется в конденсаторе
а) Расчет расхода парогазовой смеси
GГ = [0,025·(Gв + W2) + 10·W2]Ч10-3 = [0,025Ч(22,51 + 1,346) + 10Ч1,346]Ч10-3 = 14,06Ч10-3 кг/с
б) Расчет температуры парогазовой смеси
в) Парциальное давление газа
Pп = 0,0367 бар. [3, табл. 1].
PГ = Pконд – Pп = 0,173 – 0,0367 = 0,136 бар.
г) Объемный поток отсасываемого газа (по ур-ю Менделеева-Клапейрона)
Расчет барометрической трубки
а) Расчет диаметра барометрической трубки по уравнению Бернулли
Примем скорость движения жидкости по трубе: W‘б.т = 0,6 м/с.
в из таблицы при t’’.
Смотрим по сортаменту труб dб.тр. = 240 мм.
б) Высота барометрической трубы (по уравнению Бернулли)
(l = 10 м по ГОСТу)
Список литературы
Бурович Б.М., Горелов А.Я., Межерецкий С.М. Справочник теплофизических свойств растворов. Ташкент, 1987.
Гельперин И.И, Солопенков К.Н. Прямоточная многокорпусная выпарная установка с равными поверхностями нагрева. Москва, 1975.
Ривкин С.Л., Александров А.А. Теплофизические свойства воды и водяного пара. Москва, «Энергия», 1980.
Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. Издательство «Химия», 1981.
Михеев М.А., Михеева И.М. Основы теплопередачи. Москва, «Энергия», 1973.
Лащинский А.А, Толчинский А.Р. Основы конструирования и расчета химической аппаратуры. Москва, 1980.
Айнштейн В.Г., Захаров М.К., Носов Г.А. Общий курс процессов и аппаратов химической технологии (книга 1). Издательство «Химия», 1999.
Содержание
Условие задачи 1
Схема двухкорпусной выпарной установки 1
Расчет подогревателя 2
Исходные данные: 2
а) Справочные данные 2
б) Пересчет единиц 2
1. Количество передаваемого тепла от конденсатора к воде 2
2. Расход греющего пара 2
3. Подготовка к расчету коэффициента теплопередачи 3
4. Расчет коэффициента теплопередачи 3
5. Расчет поверхности теплообмена 4
Расчет двухкорпусной выпарной установки 4
Исходные данные: 4
а) Справочные данные из [1] и [2] 4
б) Пересчет единиц 4
1. Расчет количества выпаренной воды и распределение ее по корпусам. Расчет концентрации a1 5
2. Расчет температурных депрессий и температур кипения 5
3. Суммарная полезная разность температур 5
4. Таблица первого приближения 7
5. Уточнение значений Wi (W1, W2) 7
6. Подготовка к расчету поверхности теплообмена 9
а) Расчет AI и AII. 9
б) Расчет BоI и BоII. 9
7. Расчет комплексов для расчетного уравнения 9
8. Определение поверхности теплообмена F 11
9. Уточнение 1 и 2 11
10. Уточненный конечный вариант таблицы 11
11. Новая проверка Wi и Qi 12
12. Сопоставление значений QI и QII и Q’I и Q’II 12
13. Расход греющего пара в первом корпусе 12
Расчет барометрического конденсатора 12
1. Расход воды на конденсацию 13
2. Расчет потока газа, который образуется в конденсаторе 13
а) Расчет расхода парогазовой смеси 13
б) Расчет температуры парогазовой смеси 13
в) Парциальное давление газа 13
г) Объемный поток отсасываемого газа (по ур-ю Менделеева-Клапейрона) 13
3. Расчет барометрической трубки 13
а) Расчет диаметра барометрической трубки по уравнению Бернулли 13
б) Высота барометрической трубы (по уравнению Бернулли) 14
Список литературы Error: Reference source not found
Содержание Error: Reference source not found
* Взяты из [1], [2] и [3].