Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
31
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
1
КП 02 10 05 ПЗ
Разраб.
Зимаков
Провер.
Кузьмин
Реценз.
Н. Контр.
Утверд.
Кузьмин
Подбор вспомогательного оборудования
Лит.
Листов
12
БГТУ
4 17 08 10 13
5 Подбор вспомогательного оборудования
5.1 Выбор подогревателя исходного раствора
Рассчитываем теплообменник в котором раствор подогревается от начальной температуры tН =16 ºС до требуемой температуры tк =65,28 ºС. В качестве греющего агента принимаем греющий пар tгр = 122,61°C с Ргп=215 кПа.
Находим среднюю температуру холодного теплоносителя по формуле:
, (5.1)
Подставляя известные данные в формулу получаем:
Определяем тепловую нагрузку теплообменника по уравнению:
, (5.2)
где GH – расход подогреваемого раствора, кг/с; сн — теплоемкость раствора при исходной концентрации, Дж/кг·°C. Gн = 2,2 кг/с; сн = 3558 Дж/кг·°C– по данным, приведенным в справочнике [3], tк=87,61°C (см. расчет выпарного аппарата).
Подставляя известные данные в формулу получаем:
Определяем расход греющего пара по формуле:
, (5.3)
где коэффициент 1,03 учитывает потери теплоты, r – теплота парообразования греющего пара при tгр, Дж/кг.
Подставляя известные данные в формулу получаем:
r= 2179,9 кДж/кг [1].
Определяем среднелогарифмическую разность температур:
, (5.4)
где ΔtБ – большая разность температур, ºС; Δtм – меньшая разность температур, ºС.
Принимаем противоток.
122,610C >122,610C
65,280C < 160C
,
0C
,
0C
Подставляя известные данные в формулу определяем средне логарифмическую разность температур:
0C
Приблизительную поверхность теплопередачи рассчитывают по формуле:
, (5.5)
где Кор – приблизительное значение коэффициента теплопередачи, Вт/м²·К.
Принимаем для нашего аппарата ориентировочное значение коэффициента теплопередачи Кор=600 Вт/м2 К. Тогда ориентировочное значение поверхности теплообмена составит:
Рассчитаем количество труб, приходящихся на один ход nx:
, (5.6)
где n – общее количество труб теплообменника; z – количество ходов трубного пространства; d – внутренний диаметр труб теплообменника, м; µ – вязкость теплоносителя при tср., Па·с .
Принимаем ориентировочное значение Re = 15000. Это соответствует развитому турбулентному режиму течения жидкости в трубах.
Подставляя известные данные в формулу определяем:
µ =5,937·10-4 Па·с [1].
Для труб диаметром dн=20×2мм.
Для труб диаметром dн=25×2мм.
Из таблицы 2.3 [2] выбираем теплообменник с близкой поверхностью теплообмена и соотношением n/z. Теплообменник обладает следующими характеристиками: диаметр кожуха D = 273 мм; поверхность теплообмена F = 9 м2; длина труб L = 3 м; число ходов z = 1; число труб n = 37; диаметр трубы d=25×2.
5.2 Выбор поверхностного конденсатора
Подберем кожухотрубчатый конденсатор, в котором вторичный пар охлаждается от tн, °С до требуемой температуры tк, °С.
В качестве охлаждающего агента принимаем воду с температурой на входе в конденсатор tн=27°С, температура конденсации tпк = 64,08 °С .
Примем температуру воды на выходе из конденсатора tк = 35 °С.
Среднюю температуру воды tср, °С, определяемм по [2]:
(5.7)
где tн – начальная температура воды, поступающей в конденсатор, °С;
tк – конечная температура воды на выходе из конденсатора , °С.
Тепловая нагрузка конденсатора Q, Вт определяется по [2]:
(5.8)
где Gн — расход вторичного пара, кг/с; r — удельная теплота конденсации при температуре tпк, Дж/кг. Gн = 2,2 кг/с – по расчетам; r = 2358,1 кДж/кг – по данным, приведенным в справочнике [1].
Расход охлаждающей воды G, кг/с, определяется по [2]:
(5.9)
где с1 — теплоемкость воды при средней температуре tср, кДж/кг. с1 = 4180 Дж/кг – по данным, приведенным в справочнике [1].
Среднелогарифмическая разность температур Δtср, °С, определяется по [2]:
, (5.10)
где Δtб и Δtм — большая и меньшая разности температур, °С, которые определяются по [1]:
Ориентировочное значение поверхности Fор, м2 определяется по формуле (5.5):
,
Кор = 600 Вт/м2 ·οС – по данным, приведенным в [2] табл. 2.1.
Число труб, приходящееся на один ход определяется по формуле (5.6):
1 = 7,981 · 10-4 Па · с – по данным, приведенным в справочнике [1];
dвн = 0,021 м или dвн = 0,016 – по данным, приведенным в [3]; примем – Reор = 15000.
Для dвн = 0,021 м.
Для dвн = 0,016 м.
Из таблицы 2.9 [3] выбираем кожухотрубчатый конденсатор с близкой поверхностью теплообмена и соотношением n/z. Теплообменник обладает следующими характеристиками: диаметр кожуха D =1000 мм; поверхность теплообмена F = 269 м2; длина труб L = 4 м; число ходов z = 4; число труб n = 1072; диаметр трубы d=20×2.
5.3 Расчет насоса
Подберем насос для перекачивания раствора при температуре t = 16°С из емкости в аппарат. Расход раствора Gн = 2,2 кг/с. Схема к подбору насоса представлена на рисунке 6.
Рисунок 6. – Монтажная схема трубопровода
Диаметр трубопровода d, м определяется по [4]:
, (5.23)
где Q − объемный расход жидкости,
w − скорость течения жидкости для всасывающего и нагнетательного трубопровода,
, (5.24)
где ρ – плотность при t = 16 °С 12%-ного раствора CaCl2, кг/м3
ρ=1104 кг/м3
w = 2 м/с – для всасывающего и нагнетательного трубопровода примем одинаковую скорость течения жидкости – по данным, приведенным в [2].
.
Выбираем стальную трубу наружным диаметром 25 мм, толщиной стенки 2 мм. Внутренний диаметр трубы d = 0,021 м по [2] страница 16.
Фактическая скорость воды в трубе w, м/с определяется по [2]:
(5.25)
Для линии нагнетания до теплообменника.
Определим режим течения жидкости, т.е. критерий Рейнольдса Re:
, (5.26)
где ρ – плотность при t = 16 °С 12%-ного раствора CaCl2, кг/м3
μ – динамическая вязкость 12%-ного раствора CaCl2 при tн = 12°, Па · с.
ρ=1104 кг/м3, μ = 1,58∙10-3 Па · с – по данным, приведенным в справочнике [4].
Режим течения турбулентный.
Относительная шероховатость труб определяется по [3]:
, (5.27)
где Δ − абсолютную шероховатость труб, м.
Δ = 0,0001 м – для стальных труб, бывших в эксплуатации, с незначительной коррозией − по данным, приведенным в справочнике [4].
Далее получим:
; ;
210 < Re < 117622
Коэффициент трения λ Вт/(м·К), для зоны смешанного трения определяется по формуле [2]:
, (5.28)
.
Сумму коэффициентов местных сопротивлений определяется: для нагнетательной линии (по данным, приведенным в справочнике [2]:
Сумма коэффициентов местных сопротивлений Σξ в нагнетательной линии определяется:
, (5.29)
.
Потерянный напор на нагнетательной линии hп.наг, м до теплообменника определяется по [4]:
(5.30)
где l – длина трубопровода, м.
l = 20 м.
Для линии нагнетания после теплообменника.
Определим режим течения жидкости, т.е. критерий Рейнольдса Re по формуле (5.18):
ρ = 1491,2 кг/м3 - по данным, приведенным в справочнике [4] при конечной температуре жидкости tк = 65,28 °С; μ = 3,291 · 10-4 Па · с – по данным, приведенным в справочнике [4].
Режим течения турбулентный.
Относительная шероховатость труб определяется по формуле (5.27):
Далее получим:
; ;
Re > 200000,
Коэффициент трения λ Вт/(м·К), для зоны смешанного трения определяется по формуле (5.28):
.
− колено под углом 90°: 1 штука ξ1 = 1,6;
− нормальный вентиль: 2 штуки ξ2 = 4,9;
− выход из трубы: 1 ξ3 = 1.
Сумма коэффициентов местных сопротивлений Σξ в нагнетательной линии определяется по формуле (5.29):
.
Потерянный напор на нагнетательной линии hп.наг, м после теплообменника определяется по формуле (5.30):
Потерянный напор на нагнетательной линии hп.наг, м:
, (5.31)
Для всасывающей линии hп.вс, м принимаем 10% от нагнетательной линии:
Общие потери напора hп, м определяются по [3]:
, (5.32)
Необходимый напор насоса H, м определяется по [4]:
, (5.33)
где p2 – давление вторичного пара в аппарате, Па;
p1 – атмосферное давление, Па;
Hг − геометрический подъем жидкости, м.
p2 = 20840 (см. расчет выпарного аппарата); p1 = 101325 Па; Hг = 10 м.
По справочнику [4] (приложение 1.1) устанавливаем, что заданным подаче и напору более всего соответствует центробежный насос марки Х 90/85, для которого при оптимальных условиях работы Q =2,5·10-3 м3/с, Н=70 м.вод.ст. Насос обеспечен электродвигателем типа АО2–82−2, номинальной мощностью
Nн = 55 кВт.
5.3.4 Расчет вакуум-насоса
Производительность вакуум-насоса Gвозд определяется количеством воздуха (вторичного пара), который необходимо удалять из конденсатора по формуле (4.25) [3]:
(5.34)
где 2,5∙10-5 – количество газа, выделяющегося из 1 кг воды;
0,01 – количество газа, подсасываемого в конденсатор через неплотности на 1 кг паров;
W – расход вторичного пара, кг/с;
Температура воздуха в поверхностном конденсаторе определяем по формуле (4.3):
tвп = 64,08 + 1,0 = 65,08 оС
Давление вторичного пара в конденсаторе Рвп = 24 кПа – по заданию.
Определим объемную производительность вакуум-насоса по [4] страница 94:
, (5.35)
где R – универсальная газовая постоянная, Дж/(кмольК);
Мвозд – молекулярная масса воздуха, кг/кмоль;
GBОЗД – производительность вакуум-насоса, кг/с.
R = 8314 Дж/(кмольК); Мвозд = 29 кг/кмоль; GBОЗД = 0,0145 кг/с – по формуле (5.34).
На основании рассчитанных выше данных подберем вакуум-насос по [1] приложение 4.7:
- типоразмер ВВН-6;
- остаточное давление 38 мм рт.ст.;
- производительность 6 м3/мин;
- мощность на валу 12,5 кВт.