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
Сделаем это распределение на основании практических данных, приняв следующее соотношение массовых количеств выпариваемой воды по корпусам:
I:II:III=1,0:1,1:1,2.
Следовательно количество выпариваемой воды:
Итого: 2.37 кг/с
Начальная концентрация раствора хнач=5.6%. Из I корпуса во II переходит раствора:
Концентрация раствора, конечная для I корпуса и начальная для II, будет равна:
Из II корпуса в III переходит раствора
GII=Gнач- WI-WII=3.056-0.718-0.790=1.548 кг/с
с концентрацией
x2=3.056·5.6/1.548=11.055%
Из корпуса III выходит раствора
Gкон=Gнач-W=3.056-2.37=0.686 кг/с
с концентрацией
xкон=3.056·5.6/0.686=25%
что соответствует заданию.
Примем давление греющего пара в I корпусе равным 3 атм.
Разность между давлением греющего пара (в I корпусе) и давлением пара в барометрическом конденсаторе:
∆р=3-0,25=2,75 атм
Предварительно распределим этот перепад давлений между корпусами поровну, то есть на каждый корпус примем:
∆р=2,75/3=0,917 атм
Тогда абсолютные давления по корпусам будут:
В I корпусе: рг.п.1=3 атм
Во II корпусе: рг.п.2=3-0.917=2.083 атм
В III корпусе: рг.п.3=2.083-0.917=1.166 атм
Давление барометрического конденсатора:
Рб.к.=10166-0,917=0,25 атм
По паровым таблицам [2] находим температуры насыщенных паров воды и удельные теплоты парообразования для принятых давлений в корпусах:
|
температура насыщенного пара, ºC(tг) |
Удельная теплота парообразования, кДж/кг |
|
|
В I корпусе |
132,9 |
2730 |
|
Во II корпусе |
120,7 |
2710 |
|
В III корпусе |
104,2 |
2686 |
|
Барометрический конденсатор |
64,2 |
2601,5 |
Гидродинамическая депрессия
Δ'''=1 град.
tвп1= tг2+ Δ1'''=120.7+1=121.7
tвп2= tг3+ Δ2'''= 104.2+1=105.2
tвп3= tбк+ Δ3'''=64.2+1=65.2
Сумма гидродинамических депрессий
∑ Δ'''=1+1+1=3
По температурам вторичных паров определяем их давления:
Рв.п.1=0.2033 МПа
Рв.п.2=0.1208 МПа
Рв.п.3=0.025 МПа
Удельная тепловая нагрузка
q=40000Вт/м2
Поверхность теплопередачи первого корпуса ориентировочно равна:
Fop=Q/q=ω1*r1/q=0.718*2068*103/40000=37 м2
H=4м d=38мм ε=0,5 δст=2мм
Плотности водных растворов при 15 градусах и концентрациях равны:
ρ1=1051 кг/м3
ρ2=1079 кг/м3
ρ3=1187 кг/м3
Давления в среднем слое кипятильных труб корпусов:
Р1 ср= Рв.п.1+ ρ1*g*H(1-ε)/2=24.4*104 Па =2.49 атм.
Р2 ср= Рв.п.2+ ρ2*g*H(1-ε)/2=16.3*104 Па =1.66 атм.
Р3 ср= Рв.п.3+ ρ3*g*H(1-ε)/2=7.2*104 Па =0.73 атм.
t1 ср=125 0С
t2ср=113 0С
t3ср=90 0С
r, (кДж/кг)
rв.п1=2185
rв.п.2=2221
rв.п.3=2281
Гидростатическая депрессия по корпусам:
Δ1''= t1 ср- tвп1=3.3 0С
Δ2''= t2 ср- tвп2=7.8 0С
Δ3''= t2 ср- tвп2=24.8 0С
Сумма гидродинамических депрессий
∑ Δ''=3.3+7.8+24.8=35.9 0С
Температурная депрессия:
Δ'=1.62*10-2*Δ'атм.*Т2/rв.п.
Δ1'=1.62*10-2*1.09*(125+273)2/2185=1.28
Δ2'=1.62*10-2*2.2*(113+273)2/2221=2.391
Δ3'=1.62*10-2*7.5*(90+273)2/2281=7.019
Сумма температурных депрессий
∑ Δ''=1.28+2.391+7.019=10.690
Температуры кипения растворов в корпусах(0С):
tк1= tг2+Δ1''' +Δ1''+ Δ1'=120.7+1.28+3.3+1.0=126.28
tк2= tг3+Δ2''' +Δ2''+ Δ2'=104.2+2.391+7.8+1=115.39
tк3= tбк+Δ3''' +Δ3''+ Δ3'=64,2+7,019+24,8+1,0=97,019
1.3. Полезная разность температур
Δtп1=tг1- tк1=132,9-126,8=6,1 0С
Δtп2=tг2- tк2=120,7-115,391=5,309 0С
Δtп1=tг3- tк3=104,2-97,019=7,181 0С
Σ Δtп= Δtп1+ Δtп2+ Δtп3=6,1+5,309+7,181=18,59
1.4. Определение тепловых нагрузок
Q1=D(Iг1-i1)=1.03(Gн*сн(tk1-tH)+w1(Iвп1-свtk1)+Qконц)
Q2=w1(Iг2-i2)=1.03((Gн-w1)c1(tk2-tk1)+w2(Iвп2-свtk2)+Q2конц)
Q3=w2(Iг3-i3)=1.03((Gн-w1-w2)c2(tk3-tk2)+w3(Iвп3-свtk3)+Q3конц)
Q3конц=Gн*xн*Δq=48,61кВт
Q3опр=(Gн-w1-w2)c2(tk3-tk2)+w3(Iвп3-свtk3)=1787,52 кВт
Поскольку Q3конц составляет менее 4% от Q3опр , то пренебрегаем теплотой концентрирования.
Q1=D(2730-549,7)=1.03(3,056*3,83(126,28-125)+w1(2710-4,19*126,28))
Q2=w1(2710-504,9)=1.03((3,056-w1)3,679(115,391-126,28)+w2(2686-4,19*115,391))
Q3=w2(2686-440,4)=1.03((3,056-w1-w2)3,331(97,019-115,391)+w3(2601-4,19*97,019)
Решение данной системы уравнений дает следущие результаты:
D=0.797 кг/с w1=0.760 кг/с w2=0.786 кг/с w3=0.828 кг/с
Q1=1737.82 кВт Q2=1675.8 кВт Q3=1755.59 кВт
Выбираем конструкционный материал устойчивый в среде кипящего раствора хлорида натрия в интервале концентраций от 5,6 до 25 процентов. В этих условиях химически стойкой является сталь марки Х17. Скорость коррозии ее не менее 0,1 мм/год, коэффициент теплопроводности λст=25,1 Вт/(м·К).
1.6. Расчет коэффициентов теплопередачи
По найденным температурам кипения и концентрациям растворов в корпусах подбираем в справочниках расчетные константы – физические характеристики растворов (плотность, теплопроводность, теплоемкость, вязкость). Далее по этим данным рассчитываем коэффициенты теплоотдачи для конденсирующегося пара и кипящего раствора и коэффициенты теплопередачи. Коэффициент теплопередачи определяем по уравнению аддитивности термических сопротивлений:
(м2*К).
Примем что суммарное термическое сопротивление равно термическому сопротивлению стенки и накипи . Термическое сопротивление загрязнений со стороны пара не учитываем. Получим:
м2*К/Вт.
Коэффициент теплоотдачи от конденсирующегося пара к стенке равен:
Вт/м2К,
где r1 – теплота конденсации греющего пара, Дж/кг;
, , - соответственно плотность (кг/м3), теплопроводность Вт/(м*К), вязкость (Па*с) конденсата при средней температуре пленки
,
где - разность температур конденсации пара и стенки, К.
Для установившегося процесса передачи тепла справедливо уравнение:
,
где q – удельная тепловая нагрузка, Вт/м2.
Коэффициент теплоотдачи от стенки к кипящему раствору для пузырькового кипения в вертикальных трубках при условии естественной циркуляции раствора равен:
.
Физические свойства кипящих растворов Na Cl приведены ниже.
Таблица 4 - Физические свойства кипящих растворов Na Cl.
|
Параметр |
Корпус |
Литература |
||
|
1 |
2 |
3 |
||
|
Теплопроводность раствора , Вт/(м*К) |
0,530 |
0,528 |
0,502 |
|
|
плотность раствора , кг/м3 |
1008,5 |
1015,5 |
1188,4 |
|
|
Теплоемкость раствора с, Дж/(кг*К) |
2989 |
3456 |
3680 |
|
|
Вязкость раствора , Па*с, |
0,325 |
0,338 |
0,548 |
|
|
Поверхностное натяжение , Н/м, |
72,59 |
73,03 |
76,93 |
|
|
Теплота парообразования rв, Дж/кг, |
2730 |
2710 |
2686 |
|
|
Плотность пара , кг/м3 |
1,494 |
0,8254 |
0,1301 |
При расчете примем град.
Подставив численные значения, получим: Вт/м2К,
Вт/м2К
Находим К1:
Вт/(м2*К).
Далее рассчитаем коэффициент теплопередачи для второго корпуса К2. для этого найдем:
Вт/м2К,
Вт/м2К.
Находим К2
Вт/(м2*К).
Далее рассчитаем коэффициент теплопередачи для второго корпуса К3. Для этого найдем
Вт/м2К,
Вт/м2К.
Находим К3:
Вт/(м2*К).
На основании таких предварительных расчетов примем:
Для 1 корпуса К1=1368,7 Вт/(м2*К)
Для 2 корпуса К2=1298 Вт/(м2*К)
Для 3 корпуса К3=1079,9 Вт/(м2*К).
1.7. Распределение полезной разности температур
Полезные разности температур в корпусах установки находим из условия
Равенства их поверхностей теплопередачи:
, (15)
где ∆tПj, Qj, Kj – полезная разность температур, тепловая нагрузка, коэффициент теплопередачи для j–го корпуса
Подставив численные значения, получим:
град;
град;
град.
Проверим общую полезную разность температур установки:
;
град.
Рассчитаем поверхность теплопередачи выпарных аппаратов по формуле:
, м2; м2;
м2
|
Номинальная поверхность теплообмена Fн, м2 |
315 |
|
Диаметр труб d, мм |
38×2 |
|
Высота труб Н, мм |
4000 |
|
Диаметр греющей камеры dк, мм |
1600 |
|
Диаметр сепаратора dс, мм |
3600 |
|
Диаметр циркуляционной трубы dц, мм |
1000 |
|
Общая высота аппарата На, мм |
15000 |
|
Масса аппарата Ма, кг |
21000 |
2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТОЛЩИНЫ ТЕПЛОВОЙ ИЗОЛЯЦИИ
Толщину тепловой изоляции находят из равенства удельных тепловых потоков через слой изоляции от поверхности изоляции в окружающую среду:
(16)
где - коэффициент теплоотдачи от внешней поверхности изоляционного материала в окружающую среду, Вт/(м2··К);
- температура изоляции со стороны окружающей среды (воздуха); для аппаратов, работающих в закрытом помещении, выбирают в интервале
35-450С;
- температура изоляции со стороны аппарата;
- температура окружающей среды, 0С;
- коэффициент теплопроводности изоляционного материала, Вт/(м2·К).
Рассчитаем толщину тепловой изоляции для 1-го корпуса:
Вт/(м2·К).
В качестве материала для тепловой изоляции выбираем совелит, имеющий коэффициент теплопроводности Вт/(м·К).
Тогда получим:
м.
Принимаем толщину тепловой изоляции 0,04 м и для других корпусов.
3 РАСЧЕТ БАРОМЕТРИЧЕСКОГО КОНДЕНСАТОРА
Для создания вакуума в выпарных аппаратах обычно применяют конденсаторы смешения с барометрической трубой. В качестве охлаждающего агента используют воду, которая подается в конденсатор чаще всего при температуре 20 0С. Для поддержания постоянства вакуума в системе из конденсатора с помощью вакуум-насоса откачивают неконденсирующиеся газы.
Необходимо рассчитать расход охлаждающей воды, основные размеры (диаметр и высоту) барометрического конденсатора и барометрической трубы, производительность вакуум-насоса.
3.1 Расход охлаждающей воды
Расход охлаждающей воды Gв определяют из теплового баланса конденсатора:
, (18)
где Iбк – энтальпия паров в барометрическом конденсаторе, Дж/кг,
tн – начальная температура охлаждающей воды, 0С;
tк – конечная температура смеси воды и конденсата, 0С.
Разность температур между паром и жидкостью на выходе из конденсатора должна быть 3-5 град. Поэтому конечную температуру воды tк на выходе из конденсатора примем на 3 град. Ниже температуры конденсации паров.
0С.
Тогда:
кг/с.
3.2 Диаметр конденсатора
Диаметр барометрического конденсатора dбк определяют из уравнения расхода:
, (18)
где – производительность по испаряемой воде в первом корпусе, кг/с;
ρ – плотность паров, кг/м3;
υ – скорость паров, м/с.
При остаточном давлении в конденсаторе порядка 104 Па скорость паров υ = 15-25 м/с. Примем υ =20 м/с. Тогда:
м.
По нормалям НИИХИММАШа [7] подбираем конденсатор диаметром, равным расчетному или ближайшему большему. Определяем его основные размеры. Выбираем барометрический конденсатор диаметром dбк = 600мм.
3.3 Высота барометрической трубы
В соответствии с нормалями [7], внутренний диаметр барометрической трубы dбт равен1500мм. Тогда скорость волы в барометрической трубе:
,
м/с.
Высота барометрической трубы:
, (20)
где В – вакуум в барометрическом конденсаторе, Па;
∑ξ – сумма коэффициентов местных сопротивлений;
λ – коэффициент трения в барометрической трубе;
0,5 – запас высоты на возможное изменение барометрического давления, м.
Па.
,
где ξвх, ξвых – коэффициенты местных сопротивлений на входе в трубу и на выходе из нее.
Коэффициент трения λ зависит от режима течения жидкости. Определим режим течения воды в барометрической трубе.
.
При коэффициент трения λ ≈ 0,015 [2] .
.
Отсюда находим м.
4 Расчет производительности вакуум-насоса
Производительность вакуум-насоса Gвозд определяется количеством газа, который необходимо удалять из барометрического конденсатора:
, (21)
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.
кг/с.
Объемная производительность вакуум-насоса равна:
, (22)
где R – универсальная газовая постоянная, Дж/(кмоль·К);
Мвозд – молекулярная масса воздуха, кг/кмоль;
tвозд – температура воздуха, 0С;
Рвозд – парциальное давление сухого воздуха в барометрическом конденсаторе, Па.
Температуру воздуха рассчитывают по уравнению:
;
0С.
Давление воздуха равно:
, (23)
где Рп – давление сухого насыщенного пара (Па) при tвозд = 27 0С.
Па.
Тогда:
.
Зная объемную производительность Vвозд и остаточное давление Рбк, по каталогу [14] подбираем вакуум-насос типа ВВН-3 мощность на валу
N=6,5кВт.
5 Расчёт штуцеров.
Подсоединение трубопроводов к сосудам и аппаратам осуществляется с помощью вводных труб или штуцеров. Расчет штуцеров производится для подвода и отвода раствора и пара по уравнению расхода:
(25)
где -расход раствора или пара, кг/с; D-диаметр штуцера м;
-скорость жидкости или пара м/с. Скорость жидкости равна 1,5 м/с, а скорость пара-15м/с;
- плотность жидкости или пара, кг/м3 [2].
Диаметр штуцера для подвода жидкости:
м.
Для расчета диаметра штуцера для отвода упаренного раствора предварительно нужно найти его расход по уравнению:
кг/с.
м.
Для расчета диаметра штуцера для подвода греющего пара предварительно нужно найти его расход по уравнению:
,
Где - тепловая концентрирования в первом корпусе, кВт;
rгп - теплота парообразования, кДж/кг [2];
х - влагосодержание, x=1
кг/с
м
Диаметра штуцера для отвода вторичного пара:
м