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
27
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
1
КП 02 15 05 ПЗ
Разраб.
Мартиновский
Провер.
Кузьмин
Реценз.
Н. Контр.
Утверд.
Кузьмин
Подбор вспомогательного оборудования
Лит.
Листов
12
БГТУ
4 17 08 15 13
5 Подбор вспомогательного оборудования
5.1 Выбор подогревателя исходного раствора
Рассчитываем теплообменник в котором раствор подогревается от начальной температуры tН =18 ºС до требуемой температуры tк =59,96 ºС. В качестве греющего агента принимаем греющий пар tгр = 95,14°C с Ргп=85 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 = 5 кг/с;
сн = 3181,74 Дж/кг·°C– по данным, приведенным в справочнике [3], tк=75,68°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= 2270,0 кДж/кг [1].
.
Определяем среднелогарифмическую разность температур:
, (5.4)
где ΔtБ – большая разность температур, ºС;
Δtм – меньшая разность температур, ºС.
Принимаем противоток.
95,140C >95,140C
59,960C < 180C
,
.
,
.
Подставляя известные данные в формулу определяем среднелогарифмическую разность температур:
.
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 .
µ =5,3438·10-4 Па·с [1].
Принимаем ориентировочное значение Re = 15000. Это соответствует развитому турбулентному режиму течения жидкости в трубах.
Подставляя известные данные в формулу определяем:
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 = 400 мм; поверхность теплообмена F = 31,0 м2; длина труб L = 4 м; число ходов z = 2; число труб n = 100; диаметр трубы d=25×2.
Рассчитаем действительное значение критерия Рейнольдса при движении воды в трубах ReТР по [2]:
(5.7)
G = 5 кг/с; = 5,3438 · 10-4 Па · с – по данным, приведенным в справочнике [1]; dВН = 0,021 м; z = 2; n = 100 – по [3] таблица 2.3.
Определим коэффициент Прандтля для потока в трубном PrТР по [3]:
(5.8)
где С – теплоемкость конденсата, Дж/(кг·°С);
λ – коэффициент теплопроводности, Вт/(м ·К).
С = 4190 Дж/(кг·°С); = 5,3438 · 10-4 Па · с; λ = 647,8· 10-3 Вт/(м ·°С) – по данным, приведенным в справочнике [1].
Пренебрегая поправкой (Pr/Prст)0.25 рассчитаем коэффициент теплоотдачи α2 к жидкости по [2] формула(2.12):
(5.9)
Коэффициент теплоотдачи от пара α1, конденсирующегося на пучке вертикально расположенных труб рассчитаем [2] по уравнению (2.24).
(5.10)
ρ=958,5кг/м3; λ = 677· 10-3 Вт/(м ·°С); dВН = 0,021м; n = 100; = 2,825. 10-4 Па · с – по данным, приведенным в справочнике [1]; Gн = 2.77 кг/с.
Определим сумму термических сопротивлений стенки трубы и загрязнений по [3]:
(5.11)
где λСТ – коэффициент теплопроводности стенки из нержавеющей стали, Вт/(м·К);
δСТ – толщина стенки трубы конденсатора, м;
rB и rА – термические сопротивления слоев загрязнений на стенках со стороны воды и паров соответственно, Вт/(м2 ·К).
λСТ = 16,4942 Вт/(м·К) – по [4] таблица XXVIII; δСТ = 0,002 м – по [2] таблица 2.9; для воды среднего качества rB = 2900 Вт/(м2 ·К); для растворов солей rА = 2900 Вт/(м2 ·К) – по [3] таблица 2.2.
Определим коэффициент теплопередачи по [2] формула (2.19):
(5.12)
Найдем требуемую поверхность теплопередачи FТ по [2] формула (4.73):
(5.13)
где Q – тепловая нагрузка, Вт;
ΔtСР – средняя разность температур в дефлегматоре, 0С.
Определим запас поверхности теплопередачи теплообменника, выбранного по [2] таблица 2.3 по формуле:
(5.14)
где F и FT – табличное и рассчитанное значение поверхности теплопередачи, м2.
5.2 Выбор поверхностного конденсатора
Рассчитаем подробно 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=28°С, температура конденсации tпк = 52,58 °С .
Примем температуру воды на выходе из конденсатора tк = 40 °С.
Среднюю температуру воды tср, °С, определяемм по [2]:
(5.19)
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]:
(5.20)
где Gн — расход вторичного пара, кг/с;
r — удельная теплота конденсации при температуре tпк, Дж/кг.
Gн = 4,17 кг/с – по расчетам; r = 2378,3 кДж/кг – по данным, приведенным в справочнике [1].
Расход охлаждающей воды G, кг/с, определяется по [2]:
(5.21)
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]:
, (5.22)
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 = 1000 Вт/м2 ·οС – по данным, приведенным в [2] табл. 2.1.
Число труб, приходящееся на один ход определяется по формуле (5.6):
1 = 7,202 · 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 =1200 мм; поверхность теплообмена F = 582 м2; длина труб L = 6 м; число ходов z = 6; число труб n = 1544; диаметр трубы d=20×2.
Рассчитаем действительное значение критерия Рейнольдса при движении воды в трубах ReТР по формуле (5.7):
G = 197,7175 кг/с – расчёт см. выше; = 7,202 · 10-4 Па · с – по данным, приведенным в справочнике [1]; dВН = 0,016м, z = 6, n = 1544 – по [3] таблица 2.9.
Определим коэффициент Прандтля для потока в трубном пространстве PrТР по формуле (5.8):
С = 4190 Дж/(кг·°С); = 7,202 · 10-4 Па · с; λ = 618,6· 10-3 Вт/(м ·°С) – по данным, приведенным в справочнике [1].
Пренебрегая поправкой (Pr/Prст)0.25 рассчитаем коэффициент теплоотдачи α2 к воде по формуле (4.9):
Коэффициент теплоотдачи от пара α1, конденсирующегося на пучке вертикально расположенных труб рассчитаем [2] по уравнению (2.24).
ρ=958,5кг/м3; λ = 677· 10-3 Вт/(м ·°С); dВН = 0,016 м; n = 1544; = 2,825 · 10-4 Па · с – по данным, приведенным в справочнике [1]; Gн = 5 кг/с – по расчетам.
Определим сумму термических сопротивлений стенки трубы и загрязнений по формуле (5.11):
где λСТ – коэффициент теплопроводности стенки из нержавеющей стали, Вт/(м·К);
δСТ – толщина стенки трубы конденсатора, м;
rB и rА – термические сопротивления слоев загрязнений на стенках со стороны воды и паров соответственно, Вт/(м2 ·К).
λСТ = 16,4942 Вт/(м·К) – по [4] таблица XXVIII; δСТ = 0,002 м – по [2] таблица 2.9; для воды среднего качества rB = 2900 Вт/(м2 ·К); для растворов солей rА = 2900 Вт/(м2 ·К) – по [3] таблица 2.2.
Определим коэффициент теплопередачи по формуле (4.10):
Найдем требуемую поверхность теплопередачи FТ по формуле (5.13):
Определим запас поверхности теплопередачи теплообменника, выбранного по формуле (4.14):
5.3 Расчет насоса
Подберем насос для перекачивания раствора при температуре t = 18°С из емкости в аппарат. Расход раствора Gн = 5 кг/с.
Рисунок 6. – Монтажная схема трубопровода
Диаметр трубопровода d, м определяется по формуле (1.8) [2]:
, (5.23)
где Q − объемный расход жидкости,
w − скорость течения жидкости для всасывающего и нагнетательного трубопровода,
, (5.24)
где ρ – плотность при t = 18 °С 7%-ного раствора NаNO3, кг/м3
ρ=1046,4кг/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 70 мм, толщиной стенки 3 мм. Внутренний диаметр трубы d = 0,064 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 = 18 °С 7%-ного раствора NаNO3, кг/м3
μ – динамическая вязкость 7%-ного раствора NаNO3 при tн = 18 ° Па · с.
ρ=1046,4кг/м3, μ = 1,1041 · 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:
; ;
640 < Re < 358514,7
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 = 1028 кг/м3 - по данным, приведенным в справочнике [1] при конечной температуре жидкости tк = 59,96 °С; μ = 5,016 · 10-4 Па · с – по данным, приведенным в справочнике [3].
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 = 1,1;
− нормальный вентиль: 2 штуки ξ2 = 4;
− выход из трубы: 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 [2]:
, (5.32)
Необходимый напор насоса H, м определяется по [2]:
, (5.33)
где p2 – давление вторичного пара в аппарате, Па;
p1 – атмосферное давление, Па;
Hг − геометрический подъем жидкости, м.
p2 = 14750 (см. расчет выпарного аппарата); p1 = 101325 Па; Hг = 15 м.
По справочнику [2] (приложение 1.1) устанавливаем, что заданным подаче и напору более всего соответствует центробежный насос марки X90/19, для которого при оптимальных условиях работы Q =2,5·10-2 м3/с, Н=13 м.вод.ст. Насос обеспечен электродвигателем типа АО2–51−2, номинальной мощностью
Nн = 10 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) [2]:
(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 = 52,58 + 1,0 = 53,58 оС
Давление вторичного пара в конденсаторе Рвп = 14 кПа – по заданию.
Определим объемную производительность вакуум-насоса по [2] страница 179:
, (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 = 0,04180 кг/с – по формуле (5.35).
На основании рассчитанных выше данных подберем вакуум-насос по [2] приложение 4.7:
- типоразмер ВВН-25;
- остаточное давление 15 мм рт.ст.;
- производительность 25 м3/мин;
- мощность на валу 48 кВт.