asyan.org
добавить свой файл
1 2 3
Міністерство вищої освіти України

Національний технічний університет України

"Київський політехнічний інститут"
Кафедра машин та апаратів хімічних та нафтопереробних виробництв

Розрахунково-графічна робота
Розрахунок вакуум-випарного апарату

Виконав:

Студент групи ХЕ-62, ХТФ

Білецький Є.В.
Перевірив:

Доц. ШВЕД М.П.



Київ - 2008

Зміст

Завдання на проектування

3

    1. Визначення поверхні теплопередачі випарних апаратів

3

1.1.1 Концентрація розчину, що випарюється

3

1.1.2 Температури кипіння розчинів

4

1.1.3 Корисна різниця температур

6

1.1.4 Визначення теплових навантажень

7

1.1.5 Вибір конструкційного матеріалу

8

1.1.6 Розрахунок коефіцієнтів теплопередачі

8

1.1.7 Розподіл корисної різниці температур

11

1.2 Визначення товщини теплової ізоляції

13

1.3 Розрахунок барометричного конденсатора

14

1.3.1 Видаток охолоджуючої води

14

1.3.2 Діаметр конденсатора

14

1.3.3 Висота барометричної труби

15

1.4 Розрахунок продуктивності вакуум-насоса

15

1.5 Висновки

16

1.5.1 Технічні характеристики апарата

17

1.5.2 Технічні характеристики барометричного конденсатора

17

1.5.3 Технічні характеристики вакуум-насоса типу ВВН

17

Схема апарата

18

Список використаних літературних видань

19


^ Розрахунок випарної установки
Завдання на проектування.
Розрахувати і підібрати вакуум-випарний апарат з відповідною циркуляцією і співвісною гріючою камерою (тип 1 виконання 1) для випарювання розчину NaNO3. Кількість розчину, що надходить 1500 кг/год, його початкова концентрація - 10%, кінцева - 46%. Температура розчину, що надходить - 40С. Абсолютний тиск в конденсаторі - 0.03 МПа. Вологість = 2%. Теплові втрати прийняти 15% від корисної затраченої теплоти.
Методику ведемо згідно з прикладом розрахунку наведеному в книзі Иофе И.Л. Проэктирование ПАХТ


    1. ^ Визначення поверхні теплопередачі випарних апаратів


Поверхня тепловіддачі кожного корпуса випарної установки визначається з основного рівняння теплопередачі:

.

Для визначення теплових навантажень Q, коефіцієнтів теплопередачі К і корисних різниць температур необхідно знати розподіл води, що випарюється, концентрації розчинів і їх температури кипіння по корпусам. Ці величини знаходять за методом послідовних наближень.
Перше наближення
Продуктивність установки по воді, що випарюється визначається з рівняння матеріального балансу:



Підставивши, отримаємо:




      1. Концентрація розчину, що випарюється


Розподіл концентрацій розчину по корпусам установки залежить від співвідношення навантажень по воді що випаровується в кожному апараті. В першому наближенні на основі практичних даних приймають , що продуктивність по воді, що випарюється розподіляється між корпусами згідно із співвідношенням

.

Тоді





Далі розраховують концентрацію розчину по корпусах:






Концентрація розчину в останньому корпусі відповідає заданій концентрації випареного розчину .


      1. Температури кипіння розчинів


Загальний перепад тиску в установці рівний:



В першому наближенні загальний перепад тиску розподіляють між корпусами порівну. Тоді тиски гріючих парів в корпусах (в МПа) рівні:







Тиск пари в барометричному конденсаторі



Що відповідає заданому значенню .

По тискам парів знаходимо їх температури і ентальпії [1]:


Р, МПа

t, C

І, кДж/кг

0,142

110,325

2703

0,105

100,976

2672

0,068

89,23

2657

0,03

70

2620


При визначенні температури кипіння розчинів в апаратах виходять із наступних припущень. Розподіл концентрацій розчинів в випарному апараті з інтенсивною циркуляцією практично відповідає моделі ідеального перемішування. Тому концентрацію киплячого розчину приймають рівній кінцевій в даному корпусі і, відповідно, температуру кипіння розчину визначають при кінцевій концентрації.

Зміна температури кипіння по висоті кип’ятильних труб проходить внаслідок зміни гідростатичного тиску стовпа рідини. Температуру кипіння розчину в корпусі приймають ту яка відповідає температурі кипіння в середньому шарі рідини. Таким чином, температура кипіння розчину в корпусі відрізняється від температури гріючої пари в наступному корпусі на суму температурних втрат від температурної , гідростатичної і гідродинамічної депресій .

Гідродинамічна депресія зумовлена втратою тиску пари на подолання гідравлічних опорів трубопроводів при переході від корпуса до корпуса. Зазвичай в розрахунках приймають град на корпус. Приймемо для кожного корпуса град. Тоді температури вторинних парів в корпусах (в С) рівні:







Сума гідродинамічних депресій



За температурами вторинних парів визначимо їх тиски. Вони рівні відповідно (в МПа):

Гідростатична депресія зумовлена різницею тисків в середньому шарі киплячого розчину і на його поверхні. Тиск в середньому шарі розчину, що кипить кожного корпуса визначається за рівнянням:





де Н – висота кип’ятильних труб в апараті, м; - густина розчину, що кипить, кг/м3;  - паронаповнення (об’ємна частка пару в киплячому розчині), .м33.

Для вибору значень Н необхідно орієнтовно оцінити поверхню теплопередачі випарного апарата . При кипінні водних розчинів можна прийняти питоме теплове навантаження апаратів з невимушеною циркуляцією q=20 000 – 40 000 Вт/м2. Приймемо q=30 000 Вт/м2. Тоді поверхня тепловіддачі 1-го корпусу орієнтовно рівна:

.

де - теплота пароутворення вторинної пари, Дж/кг.

По ГОСТ 11987-81 [2] трубчаті апарати з невимушеною циркуляцією і співвісною граючою камерою (тип 1, виконання 1) складаються із кип’ятильних труб висотою 3 і 4 м при діаметрі 38 мм і товщині стінки мм. Приймемо висоту кип’ятильних труб Н=4 м.

Густина водних розчинів, в тому числі розчину [3], при температурі 40С і відповідних концентраціях в корпусах рівна:

1082 кг/м3, 1143 кг/м3, 1383 кг/м3.

Густина води: 954,4 кг/м3,965,34 кг/м3, 975,86 кг/м3

При визначені густини розчину в корпусах нехтуємо її зміною з підвищенням температури від 40С до температури кипіння із-за малого значення коефіцієнта об’ємного розширення і орієнтовно прийнятого значення .

Тиск в середньому шарі кип’ятильних труб корпусів (в Па) дорівнюють:

Аналогічно для інших знаходимо: Р2ср=0,082 МПа, Р3ср=0,055 МПа
Цим тискам відповідають наступні температури кипіння і теплоти випаровування розчинника [1]:


Р, МПа

t, C

r, кДж/кг

0,1103

103,648

2249

0,082

93,16

2278

0,055

81

2298


Визначимо гідростатичну депресію по корпусам (в С):







Сума гідростатичних депресій



Температурну депресію визначимо з рівняння



де Т – температура парів в середньому шарі кип’ятильних труб, К; - температурна депресія при атмосферному тиску [3].

Знаходимо значення по корпусам (в С):







Сума температурних депресій



Температури кипіння розчинів в корпусах дорівнюють (в С):








      1. ^ Корисна різниця температур


Загальна корисна різниця температур дорівнює:



Корисні різниці температур по корпусам (в С) дорівнюють:







Тоді загальна корисна різниця температур



Перевіримо загальну корисну різницю температур:




      1. Визначення теплових навантажень


Вихідні данні для розрахунку




Корпус




1

2

3

Кількість вихідного розчину, кг/с

0,417

0,318

0,209

конц. Вих. Р-ну, %

10

13,11

19,952

температура вих. Р-ну

110,325

105,181

95,258

температура упаренного р-ну

105,184

95,258

86,329

Теплоємність вихідного р-ну Дж/(кг*К)

3791

3700

3467

ентальпія вторинного пару, Дж/кг

2677

2652

2620

теплота пароутворення, (Дж/кг)*103

2243

2275

2293


Видаток гріючої пари в перший корпус, продуктивність кожного корпуса по випареній воді і теплові навантаження по корпусам визначимо шляхом сумісного вирішення рівнянь теплових балансів по корпусам і рівняння балансу по воді для всієї установки:









де 1,15 – коефіцієнт, що враховує 15% втрат тепла в навколишнє середовище; - теплоємності розчинів відповідно вихідного в першому і в другому корпусах, кДж/(кг·К) [3]; - теплоти концентрування по корпусам, кВт; - температура кипіння вихідного розчину при тиску в першому корпусі.

Оскільки складає значно менше 3% від , в рівняннях теплових балансів по корпусах нехтуємо величиною .

Отримаємо систему рівнянь:









Вирішення цієї системи рівнянь дає наступні результати

кг/с; кг/с; кг/с;

кг/с; кВт; кВт; кВт;
Найбільше відхилення розрахованих навантажень по воді, що випаровується в кожному корпусі від попередньо прийнятих () не перевищує 5%, тому не будемо перераховувати концентрації і температури кипіння розчинів по корпусам.



следующая страница >>