Кадыров Т.Т.

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ
УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«БАШКИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»


Факультет: Энергетический
Кафедра: Теплоэнергетики и физики
Направление: 13.03.06 Теплоэнергетика и теплотехника
Форма обучения: заочная
Курс, группа: ТТ421


КАдыров темур таджибаевич
Расчёт многокорпусной выпарной установки
Курсовая работа

по дисциплине “Теоретические основы теплотехники”







Оценка при защите
_______________________

“____”_____________2017 г.
«К защите допускаю»
Руководитель:
к.т.н., доцент Юхин Д.П.
(ученая степень, звание, Ф.И.О.)
___________________
(подпись)










Уфа 2017


РЕФЕРАТ

Работа: 30 листов, 9 таблиц, 9 литературных источников, 1 лист формата А1 графического материала.

ПАР ГРЕЮЩИЙ, ПАР ВТОРИЧНЫЙ, ДЕПРЕССИЯ, ИЗОЛЯЦИЯ ТЕПЛОВАЯ, КОНЦЕНТРАЦИЯ, ТЕПЛОВАЯ НАГРУЗКА, ВЫПАРНАЯ УСТАНОВКА, ТЕПЛООТДАЮЩАЯ ПОВЕРХНОСТЬ

Курсовая работа по дисциплине «Теоретические основы теплотехники» выполняется с целью закрепления и углубления знаний и выработки умения применять теоретической материал для решения конкретных практических задач.
Графическая часть включает общий вид выпарного аппарата в двух проекциях его конструкции начерченных на листе формата А1.
В процессе работы методом многократных приближений определены тепловые нагрузки, приходящиеся на каждый корпус выпарной установки. По полученным данным определены: общая площадь теплоотдающей поверхности и количество греющих труб.
В ходе выполнения работы осуществлен подбор материала корпуса выпарной установки, исходя из условия его химической стойкости к выпариваемому раствору, а также, рассчитана тепловая изоляция каждого корпуса выпарной установки.
Определены основные конструктивные параметры барометрического конденсатора и подобрано соответствующее оборудование выпарной установки.








ОГЛАВЛЕНИЕ


ВВЕДЕНИЕ
4

1
ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ УСТАНОВКИ
5

2
РАСЧЕТ ОСНОВНОГО АППАРАТА
7


2.1 Определение поверхности теплопередачи выпарных аппаратов
7


2.2 Расчет концентраций упариваемого раствора
7


2.3 Определение температур кипения растворов
8


2.4 Расчет полезной разности температур
13


2.5 Определение тепловых нагрузок
13


2.6 Выбор конструкционного материала
15


2.7 Расчет коэффициентов теплопередачи
15


2.8 Распределение полезной разности температур
20


2.9 Уточненный расчет поверхности теплопередачи
21

3
РАСЧЕТ И ВЫБОР ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ
24


3.1 Определение толщины тепловой изоляции
24


3.2 Расчет барометрического конденсатора
25


3.3 Определение расхода охлаждающей воды
25


3.4 Расчет диаметра барометрического конденсатора
26


3.5 Расчет высоты барометрической трубы
26


3.6 Расчет производительности вакуум-насоса
27


ЗАКЛЮЧЕНИЕ
29


БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
30


ВВЕДЕНИЕ

Выпарные аппараты предназначены для концентрирования жидких растворов практически нелетучих веществ путем частичного удаления растворителя испарением при кипении жидкости. В процессе выпаривания растворитель удаляется из всего объема раствора, в то время как при температурах ниже температур кипения испарение происходит только с поверхности жидкости.
Процесс выпаривания - энергоемкий процесс, особенно если теплота испарения. Как например у воды. Поэтому составляющая на энергозатраты при выпаривании может быть весьма существенной составляющей в себестоимости производства того или иного продукта. Одним из наиболее эффективных способов снижения энергопотребления является применение выпарных батарей- многокорпусных выпарных установок. В химической и смежной с ней отраслях промышленности жидкие смеси, концентрирование которых осуществляется выпариванием, отличаются большим разнообразием как физических параметров (вязкость, плотность, температуря кипения, величина критического теплового потока и др.), так и других характеристик (кристаллизующиеся, пенящиеся, нетермостойкие растворы и др.). Свойства смесей определяют основные требования к условиям проведения процесса (вакуум-выпаривание, прямо- и противоточные, одно- и многокорпусные выпарные установки), а также к конструкциям выпарных аппаратов.
Такое разнообразие требований вызывает определенные сложности при правильном выборе схемы выпарной установки, типа аппарата, числа ступеней к многокорпусной выпарной установке. В общем случае такой выбор является задачей оптимального поиска и выполняется технико-экономическим сравнением различных вариантов с использованием ЭВМ.


1 ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ УСТАНОВКИ


В химической и смежных с ней отраслях промышленности жидкие смеси, концентрирование которых осуществляется выпариванием, отличаются большим разнообразием как физических параметров (вязкость, плотность, температуря кипения, величина критического теплового потока и др.), так и других характеристик (кристаллизующиеся, пенящиеся, нетермостойкие растворы и др.). Свойства смесей определяют основные требования к условиям проведения процесса (вакуум-выпаривание, прямо- и противоточные, одно- и многокорпусные выпарные установки), а также к конструкциям выпарных аппаратов.
Такое разнообразие требований вызывает определенные сложности при правильном выборе схемы выпарной установки, типа аппарата, числа ступеней к многокорпусной выпарной установке. В общем случае такой выбор является задачей оптимального поиска и выполняется технико-экономическим сравнением различных вариантов с использованием ЭВМ.
Ниже приведен типовой расчет двух корпусной установки, состоящей из выпарных аппаратов с естественной циркуляцией (с соосной камерой).
Исходный разбавленный раствор из промежуточной емкости центробежным насосом подается в теплообменник, где прогревается до температуры, близкой к температуре кипения, а затем – в первый корпус выпарной установки. Предварительный подогрев раствора повышает интенсивность кипения в выпарном аппарате.
Первый корпус обогревается свежим водяным паром. Вторичный пар, образующийся при концентрировании раствора в первом корпусе, направляется в качестве греющего во второй корпус.




Сюда же поступает частично сконцентрированный раствор из 1-го корпуса.
Самопроизвольный переток раствора и вторичного пара в следующие корпуса возможен благодаря общему перепаду давлений, возникающему в результате создания вакуума конденсацией вторичного пара последнего корпуса в барометрическом конденсаторе смешения, где заданное давление поддерживается подачей охлаждающей воды и отсосом неконденсирующихся газов вакуум-насосом. Смесь охлаждающейся воды и конденсата выводится из конденсатора при помощи барометрической трубы с гидрозатвором. Образующийся во втором корпусе концентрированный раствор центробежным насосом подается в промежуточную емкость упаренного раствора.
Конденсат греющих паров из выпарных аппаратов выводится с помощью конденсатоотводчиков.

















2 РАСЧЕТ ОСНОВНОГО АППАРАТА


2.1 Определение поверхности теплопередачи выпарных аппаратов

Поверхность теплопередачи каждого корпуса выпарной установки определяется по основному уравнению теплопередачи:
13EMBED Equation.31415 (2.1)
где Q – тепловая нагрузка, кВт;
K – коэффициент теплопередачи, Вт/(м2·K);

·tп – полезная разность температур, град.
Для определения тепловых нагрузок Q, коэффициентов теплопередачи К и полезных разностей температур
·tп необходимо знать распределение упариваемой воды, концентраций растворов и их температур кипения по корпусам. Эти величины находятся методом последовательных приближений.
Производительность установки по выпариваемой воде определяется из уравнения материального баланса:
13EMBED Equation.31415 (2.2)
где Gн – производительность установки по исходному раствору, кг/с;
xн, xк – массовые концентрации вещества в исходном и упаренном растворе соответственно, %.
13EMBED Equation.31415
2.2 Расчет концентраций упариваемого раствора

Распределение концентраций раствора по корпусам установки зависит от соотношения нагрузок по выпариваемой воде в каждом аппарате.

В первом приближении на основании практических данных принимают, что производительность по выпариваемой воде распределяется между корпусами в соотношении:
w1: w2 = 1,0: 1,1
Тогда, 13EMBED Equation.31415
13EMBED Equation.31415
Далее рассчитываются концентрации растворов в корпусах:
13EMBED Equation.31415
13EMBED Equation.31415
Концентрация раствора в последнем корпусе x2 соответствует заданной концентрации упаренного раствора xк.
2.3 Определение температур кипения растворов

Общий перепад давлений в установке равен:
13EMBED Equation.31415 (2.3)
где Pr1– давление греющего пара, МПа;
Pбк – абсолютное давление в барометрическом конденсаторе, МПа.
13EMBED Equation.31415
В первом приближении общий перепад давлений распределяют между корпусами поровну. Тогда давления греющих паров в корпусах (в МПа)
равны: 13EMBED Equation.31415
13EMBED Equation.31415
Давление пара в барометрическом конденсаторе:
13EMBED Equation.31415,
что соответствует заданному значению Pбк.

По давлениям паров находим их температуры и энтальпии [1]:
Таблица 2.1 Давление паров по температуре и энтальпии
P, МПа
t, 0C
I, кДж/кг

Pг1 = 3,922
tг1 = 75
I1 = 1101

Pг2 = 2,0071
tг2 = 65
I2 = 1072

Pбк = 0,0922
tбк = 50
Iбк =990


При определении температуры кипения растворов в аппаратах исходят из следующих допущений. Распределение концентраций раствора в выпарном аппарате с интенсивной циркуляцией практически соответствует модели идеального перемешивания. Поэтому концентрацию кипящего раствора принимают равной конечной в данном корпусе и, следовательно, температуру кипения раствора определяют при конечной концентрации.
Изменение температуры кипения по высоте кипятильных труб происходит вследствие изменения гидростатического давления столба жидкости.
Температуру кипения раствора в корпусе принимают соответствующей температуре кипения в среднем слое жидкости. Таким образом, температура кипения раствора в корпусе отличается от температуры греющего пара в последующем корпусе на сумму температурных потерь
·
· от температурной (
·/), гидростатической (
·//) и гидродинамической (
·///) депрессий (
·
· =
·/ +
·// +
·///).
Гидродинамическая депрессия обусловлена потерей пара на
преодоление гидравлических сопротивлений трубопроводов при переходе из корпуса в корпус. Обычно в расчетах принимают
·/// = 1,01,5 град на корпус. Примем для каждого корпуса
·/// = 1 град. Тогда температуры вторичных паров в корпусах (в 0C) равны:
13EMBED Equation.31415
13EMBED Equation.31415

Сумма гидродинамических депрессий

·
·/// =
·1/// +
·2/// = 1 +1 = 2 0С.
По температурам вторичных паров определим их давление [2]:
Таблица 2.2 Давление вторичных паров
Температура, °С
Давление, МПа

tвп1 = 66
Рвп1 = 0,208

tвп2 =51
Рвп2 = 0,0436


Гидростатическая депрессия обусловлена разностью давлений в среднем слое кипящего раствора и на его поверхности. Давление в среднем слое кипящего раствора Рср каждого корпуса определяется по уравнению:
13EMBED Equation.31415 (2.4)
где Н – высота кипятильных труб в аппарате, м;

· – плотность кипящего раствора, кг/м3;

· – паронаполнение (объемная доля пара в кипящем растворе).
Для выбора значения H необходимо оценить поверхность теплопередачи выпарного аппарата Fор. При кипении водных растворов можно принять удельную тепловую нагрузку аппаратов с естественной
циркуляцией q = 2000050000 Вт/м2. Примем q = 40000 Вт/м2.
Тогда поверхность теплопередачи первого корпуса ориентировочно равна:
13EMBED Equation.31415 (2.5)
где r1 – теплота парообразования вторичного пара, Дж/кг.
13EMBED Equation.31415
По ГОСТ 11987 – 81 трубчатые аппараты с естественной циркуляцией и cоосной греющей камерой состоят из кипятильных труб, высотой 3 и 4 м при диаметре dн=35 мм и толщине стенки
·ст=3 мм.


Примем высоту кипятильных труб H =3 м.
При пузырьковом (ядерном) режиме кипения паронаполнение

· = 0,40,6.Примем
· = 0,5.
Плотность водных растворов, в том числе K2CO3, при температуре 150С и соответствующих концентрациях в корпусах равна:

·1 = 1066 кг/м3,
·2 = 1111 кг/м3.
При определении плотности растворов в корпусах пренебрегаем изменением ее с повышением температуры от 35 0С до температуры кипения
ввиду малого значения коэффициента объемного расширения и ориентировочно принятого значения
·.
Давления в среднем слое кипятильных труб корпусов (в Па) равны:
13EMBED Equation.31415
13EMBED Equation.31415.
Этим давлениям соответствуют следующие температуры кипения и теплоты испарения растворителя [1]:
Таблица 2.3 Зависимость давления от температуры кипения и теплоты испарения растворителя
Давление, МПа
Температура, °С
Теплота испарения, кДж/кг

Р1ср = 0,0099
t1ср = 65
rвп1 = 1658

Р2ср = 0,0086
t2ср = 56
rвп2 = 1682






Определим гидростатическую депрессию по корпусам (в 0C):
13EMBED Equation.31415
13EMBED Equation.31415
Сумма гидростатических депрессий
13EMBED Equation.31415

Температурную депрессию
·/ определим по уравнению
13EMBED Equation.31415 (2.6)
где Т – температура паров в среднем слое кипятильных труб, К;

·атм/ – температурная депрессия при атмосферном давлении.
Находим значение
·/ по корпусам (в 0C)
13EMBED Equation.31415;
13EMBED Equation.31415.
Сумма температурных депрессий
13EMBED Equation.31415
Температуры кипения растворов в корпусах равны (в 0C)
13EMBED Equation.31415
13EMBED Equation.31415
В аппаратах с вынесенной греющей камерой и естественной циркуляцией обычно достигаются скорости раствора v = 0,6 0,8 м/с.
Для этих аппаратов масса циркулирующего раствора равна
13EMBED Equation.31415 (2.7)
где
·– плотность раствора, кг/м3; S – сечение потока в аппарате,м2 :
13EMBED Equation.31415 (2.8)
13EMBED Equation.31415 (2.9)
13EMBED Equation.31415
где dвн – внутренний диаметр труб, м;
Н – принятая высота труб, м.
Таким образом, перегрев раствора в j-м аппарате (tперj равен:

13EMBED Equation.31415 (2.10)
где IВП – энтальпия вторичного греющего пара, кДж/кг; сВ , сН – теплоемкости соответственно воды и конденсата греющего пара, кДж/(кг·К); tК – температура конденсата греющего пара, К; М – масса конденсата, кг.
Полезная разность температур в каждом корпусе может быть рассчитана по уравнению:
13EMBED Equation.31415 (2.11)
Анализ этого уравнения показывает, что величина
·tпер/2 представляет собой дополнительную температурную потерю. В связи с этим общую полезную разность температур выпарных установок с аппаратами с вынесенной зоной кипения нужно определять по следующему выражению:
13EMBED Equation.31415 (2.12)
2.4 Расчет полезной разности температур

Общая полезная разность температур равна:
13EMBED Equation.31415 (2.13)
Полезные разности температур по корпусам (в °С) равны:
13EMBED Equation.31415
13EMBED Equation.31415.
Тогда общая полезная разность температур равна:
13EMBED Equation.31415
Проверим общую полезную разность температур:
13EMBED Equation.31415
2.5 Определение тепловых нагрузок

Расход греющего пара в 1-й корпус, производительность каждого корпуса по выпаренной воде и тепловые нагрузки по корпусам определим путем совместного решения уравнений тепловых балансов по корпусам и уравнения баланса по воде для всей установки:
13EMBED Equation.31415 (2.14)
13EMBED Equation.31415 (2.15)
13EMBED Equation.31415 (2.16)
где 1,03 – коэффициент, учитывающий 3 % потерь в окружающую среду; сН,
с1, с2 – теплоёмкости растворов соответственно исходного (начальной концентрации), в первом и во втором корпусе, кДж/(кг
·К); Q1конц, Q2конц– теплота концентрирования по корпусам, кВт; tН – температура кипения исходного раствора в первом корпусе, °С:
13EMBED Equation.31415.
где 13EMBED Equation.31415 - температурная депрессия для исходного раствора. При решении уравнений (2.14) – (2.15) можно принять Iвп1
· Iг2; Iвп2
· Iбк;Анализ зависимостей теплоты концентрирования от концентрации и температуры показал, что она наибольшая для второго корпуса. Поэтому рассчитаем теплоту концентрирования для второго корпуса.
Поскольку Q2конц составляет значительно меньше 3% от Q2ор, в уравнениях тепловых балансов по корпусам пренебрегаем величиной Qконц.
Получим:
Q 1 = D (1725 – 45) = 1,03 [0,00353,78 (80 - 74) + w1 (940 - 4,19 80)];
Q2 = w1 (1682 – 51) = 1,03 [(0,0035 - w1) 3,75 (80- 74) + w2 (912 -4,19 74)]
13EMBED Equation.31415
Решение системы уравнений даёт следующие результаты: D=0,10 кг/с; w1=0,10 кг/с; w2=0,12 кг/с; Q1 = 12,5 кВт; Q2 = 12,5 кВт.
Наибольшее отклонение вычисленных нагрузок по испаряемой воде в каждом корпусе от предварительно принятых не превышают 5 %, поэтому не будем пересчитывать концентрации и температуры кипения растворов по корпусам.

Полученные величины сводим в таблицу 2.4

Таблица 2.4 Параметры растворов и паров по корпусам
Параметр
Корпус


1
2

Производительность по испаряемой воде w, кг/с
0,10
0,12

Концентрация растворов х, %
2
22

Давление греющих паров Рг, Мпа
0,0099
0,0086

Температура греющих паров tг, °С
73,5
62

Температура кипения раствора tк, °С
65
57

Полезная разность температур,
·tп, град
6,5
4,0


2.6 Выбор конструкционного материала

Выбираем конструкционный материал,стойкий в среде кипящего раствора K2CO3 в интервале изменения концентраций от 2 до 22%. В условиях химически стойкой является сталь марки 12х17. Скорость коррозии ее не менее 0,1 мм/год, коэффициент теплопроводности
·ст= 25,1 Вт/(м·К).
2.7 Расчет коэффициентов теплопередачи

Коэффициент теплопередачи для первого корпуса К определяют по уравнению аддитивности термических сопротивлений:
13
·EMBED Equation.31415 (2.17)
где
·1,
·2 – коэффициенты теплоотдачи от конденсирующегося пара к стенке и от кипящего раствора к стенке соответственно, Вт/(м2·К);
· – толщина стенки, м;
· – коэффициент теплопроводности, Вт/(м·К).


Примем, что суммарное термическое сопротивление равно термическому сопротивлению стенки
·ст/
·ст и накипи
·н/
·н.
Термическое сопротивление загрязнений со стороны пара не учитываем. Получим:
13EMBED Equation.31415
Коэффициент теплопередачи от конденсирующегося пара к стенке
·1 равен:
13EMBED Equation.31415 (2.18)
где r1 – теплота конденсации греющего пара, Дж/кг;

·ж 1,
·ж 1,
·ж 1 – соответственно плотность (кг/м3), теплопроводность (Вт/м·К), вязкость (Па·с) конденсата при средней температуре пленки
tпл = tг1 - (t1/2, где (t1 – разность температур конденсации пара и стенки, град.;
13EMBED Equation.31415–вязкость конденсата [1];
13EMBED Equation.31415–теплопроводность;
13EMBED Equation.31415–плотность;
13EMBED Equation.31415
Расчёт
·1 ведут методом последовательных приближений. В первом приближении примем
·t1 = 2,0 град. Тогда:
13EMBED Equation.31415.
Для установившегося процесса передачи тепла справедливо уравнение:
13EMBED Equation.31415
где q – удельная тепловая нагрузка, Вт/м2;
·tст – перепад температур на стенке, град;
·t2 – разность между температурой стенки со стороны раствора и температурой кипения раствора, град.

Распределение температур в процессе теплопередачи от пара через стенку к кипящему раствору показано на рисунке.

Рисунок 1.1 Распределение температур в процессе теплопередачи от
пара к кипящему раствору через многослойную стенку: 1 – пар; 2
конденсат; 3 – стенка; 4 – накипь; 5 – кипящий раствор.

13EMBED Equation.31415
Тогда
13EMBED Equation.31415
Коэффициент теплопередачи от стенки к кипящему раствору для пузырькового кипения в вертикальных кипятильных трубах при условии естественной циркуляции раствора [6] равен:
13EMBED Equation.31415 (2.19)
где
·ж,
·П,
·0 – соответственно плотность жидкости, пара и пара при абсолютном давлении р = 1 ат., кг/м3;
· – поверхностное натяжение, Н/м;
· – вязкость раствора, Па
·с.
Физические свойства раствора K2CO3 в условиях кипения приведены в таблице 2.5.
13EMBED Equation.31415
13EMBED Equation.31415.

Таблица 2.5 Физические свойства кипящих растворов K2CO3
Параметр
Корпус


1
2

Теплопроводность раствора
·, Вт/(м
·К)
0,616
0,627

Плотность раствора
·, кг/м3
1066
1111

Теплоёмкость раствора с, Дж/(кг
·К)
3694
3717

Вязкость раствора
·, Па
·с
0,33
·10-3
0,56
·10-3

Поверхностное натяжение
·, Н/м
0,0619
0,0675

Теплота парообразования rв, Дж/кг
2103
·103
2148 103

Плотность пара
·п, кг/м3
3,826
0,253


Проверим правильность первого приближения по равенству удельных тепловых нагрузок
13EMBED Equation.31415,
13EMBED Equation.31415.
Как видим, q’
· q”. Для второго приближения примем
·t1 = 10 град, пренебрегая изменением физических свойств конденсата при изменении температуры, рассчитываем
·1 по соотношению:
13EMBED Equation.31415.
Тогда получим
13EMBED Equation.31415,
13EMBED Equation.31415,
13EMBED Equation.31415,
13EMBED Equation.31415,
13EMBED Equation.31415.
Как видим, q’
· q”.
Для третьего приближения из графика зависимости примем
·t1 =1.94 град.

13EMBED Equation.31415.
Тогда получим
13EMBED Equation.31415,
13EMBED Equation.31415,
13EMBED Equation.31415,
13EMBED Equation.31415,
13EMBED Equation.31415.
Как видим, q’
· q”. Если расхождение между тепловыми нагрузками не превышает 3%, на этом расчёт коэффициентов
·1 и
·2 заканчивают. Находим К1:
13EMBED Equation.31415.
Далее рассчитываем коэффициент теплопередачи для второго корпуса К2. Примем в первом приближении
·t1 = 2,0 град. Для второго корпуса:
13EMBED Equation.31415,
tст = 8786 2,88 3,3 10-4 = 8,35 град;
t2 = 16,7 - 2,88 - 8,35 = 5,47 град;
13EMBED Equation.31415,
13EMBED Equation.31415,
13EMBED Equation.31415
13EMBED Equation.31415
q' = 8786 2,88 = 25304 Вт / м2;
q'' = 4555 5,47 = 24916 Вт / м2.



Как видим, q’
· q”. Для второго приближения примем
·t2=40,5 град.
13EMBED Equation.31415
Тогда получим:13EMBED Equation.31415,
13EMBED Equation.31415,
13EMBED Equation.31415,
13EMBED Equation.31415,
13EMBED Equation.31415.
Как видим, q’
· q”. Так как расхождение между тепловыми нагрузками не превышает 3%, на этом расчёт коэффициентов
·1 и
·2 заканчиваем и находим К2:
13EMBED Equation.31415.

2.8 Распределение полезной разности температур

Полезные разности температур в корпусах установки находим из условия равенства их поверхностей теплопередачи:
13EMBED Equation.31415 (2.20)
где
·tпj, Qj, Kj – соответственно полезная разность температур, тепловая нагрузка, коэффициент теплопередачи для j-го корпуса.
tп1 = 6,5 1086/ 1658 / (1086 / 1658 + 1068,2 / 1682 +1086 / 1682) = 6,64 град;
tп2 = 4,0 1068,2 / 1682/ (1068,2 / 1682 + 1068,2 / 1658 + 958 / 1068,2) = 4,16 град.
Проверим общую полезную разность температур установки:
13EMBED Equation.31415.
Найденные значения мало отличаются от ориентировочно определённой ранее поверхности Fор.

Поэтому в последующих приближениях нет необходимости вносить коррективы на изменение конструктивных размеров аппаратов (высоты, диаметра и числа труб).
Сравнение распределённых из условия равенства поверхностей теплопередачи и предварительно рассчитанных значений полезных разностей температур представлено в таблице 2.6.

Таблица 2.6 Сравнение распределенных и предварительно рассчитанных значений полезных разностей температур
Параметр
Корпус


1
2

Распределённые в первом приближении значения
·tп, °С
6,64
4,16

Предварительно рассчитанные значения
·tп, °С
6,5
4,0


2.9 Уточненный расчет поверхности теплопередачи

Второе приближение. В связи с тем, что существенное изменение давлений по сравнению с рассчитанным в первом приближении происходит только в первом и втором корпусах, где суммарные температурные потери незначительны, во втором приближении принимаем такие же значения
·’,
·”,
·’” для каждого корпуса, как в первом приближении. Полученные после перераспределения температур (давлений) параметры растворов и паров по корпусам представлены в таблице 2.7.
Таблица 2.7 Параметры растворов и паров по корпусам после перераспределения температур
Параметры
Корпус


1
2

1
2
3

Производительность по испаряемой воде w, кг/с
0,10
0,12


Продолжение таблицы 2.7
1
2
3

Концентрация растворов х, %
2
22

Температура греющего пара в первый корпус tг1,
73,5
-

Полезная разность температур
·tп, °С
6,64
4,16

Температура кипения раствора tк, °С
65
57

Температура вторичного пара tвп, °С
62


Давление вторичного пара Рвп, МПа
0,0099
0,0086

Температура греющего пара tг=tвп–(
·
·
·, °С
-
49


Расчет тепловых нагрузок (в кВт):
Q1 = 1,03 [1,5 3,78 (65 – 57) + 0,417 (1658 - 4,19 65)] =665;
Q2 = 1,03 [1,083 3,75 (65 – 57) + 0,433 (1682 - 4,19 65)]= 658.
Далее просчитывается распределение полезной разности температур и проверка суммарной разности температур.
tп1 = 49 665/1658 / (665/1658 + 665/1682 +665/1658) = 6,85 град;
tп2 = 49 658/1682 / (658/1682 + 658/1658 +665/1682) = 3,8 град.
Проверим общую полезную разность температур установки
13EMBED Equation.31415.
Сравнение полезных разностей температур, полученных во втором и первом приближениях, представлено в таблице 2.8.
Таблица 2.8 Сравнение полезных разностей температур
Параметр
Корпус


1
2

Распределённые во втором приближении значения
·tп, °С
6,92
4,24

Распределённые в первом приближении значения
·tп, °С
6,64
4,16


Различия между полезными разностями температур по корпусам в 1-м и 2-м приближениях не должно превышать 5%.
Теперь рассчитаем поверхность теплопередачи выпарных аппаратов по формуле (1.1):

F1 = 99000 / (665 6,92) = 21,5 м2;
F2 = 86000 / (658 4,24) = 30,8 м2
По ГОСТ 11987-81 [2] выбираем выпарной аппарат со следующими характеристиками:
Номинальная площадь теплообмена FH=32 м2;
Диаметр труб d=35·2 мм;
3) Высота труб Н=3000 м;
4) Диаметр греющей камеры dk=800 мм;
5) Диаметр аппарата dc=1200 мм;
6) Диаметр циркуляционной трубы dц=500 мм;
7) Общая высота аппарата HB=10000 мм;
8) Масса аппарата Ма=3000 кг.











3 РАСЧЕТ И ВЫБОР ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ

3.1Определение толщины тепловой изоляции


Толщину тепловой изоляции
·и находят из равенства удельных тепловых потоков через слой изоляции от поверхности изоляции в окружающую среду:
13EMBED Equation.31415 (3.1)
где
·в – коэффициент теплоотдачи от внешней поверхности изоляционного материала в окружающую среду, Вт/(м2
·К) [6]:
13EMBED Equation.31415.
tст2 – температура изоляции со стороны окружающей среды (воздуха); для аппаратов, работающих в закрытом помещении, выбирается в интервале 3545 °С; tст1 – температура изоляции со стороны аппарата; ввиду незначительного термического сопротивления стенки аппарата по сравнению с термическим сопротивлением слоя изоляции tст1 принимают равной температуре греющего пара tг1;
tв – температура окружающей среды (воздуха), °С;

·и – коэффициент теплопроводности изоляционного материала, Вт/(м
·К).
Выберем в качестве материала для тепловой изоляции совелит (85 % магнезии + 15 % асбеста), имеющий коэффициент теплопроводности

·и = 0,09 Вт/(м
·К).
13EMBED Equation.31415.
Рассчитаем толщину тепловой изоляции для первого корпуса:
13EMBED Equation.31415.
Принимаем толщину тепловой изоляции 0,045 м и для других корпусов.

3.2 Расчет барометрического конденсатора

Для создания вакуума в выпарных установках обычно применяют конденсаторы смешения с барометрической трубой. В качестве охлаждающего агента используют воду, которая подаётся в конденсатор чаще всего при температуре окружающей среды (около 20 °С). Смесь охлаждающей воды и конденсата выливается из конденсатора по барометрической трубе. Для поддержания постоянства вакуума в системе из конденсатора с помощью вакуум-насоса скачивают неконденсирующиеся газы.
Необходимо рассчитать расход охлаждающей воды, основные размеры (диаметр и высоту) барометрического конденсатора и барометрической трубы, производительность вакуум насоса.
3.3 Определение расхода охлаждающей воды

Расход охлаждающей воды Gв определяют из теплового баланса конденсатора:
13EMBED Equation.31415 (3.2)
где Iбк – энтальпия паров в барометрическом конденсаторе, Дж/кг; tн – начальная температура охлаждающей воды, °С; tк – конечная температура смеси воды и конденсата, °С.
Разность температур между паром и жидкостью на выходе из конденсатора должна быть 35 град. Поэтому конечную температуру воды tк на выходе из конденсатора принимают на 35 град ниже температуры конденсации паров:
13EMBED Equation.31415.
Тогда
Gв = 0,00105 (2574000 - 4,19 103 57) / [4,19 103 (65 - 57)] = 0,065 кг/с.

3.4 Расчет диаметра барометрического конденсатора

Диаметр барометрического конденсатора dбк определяют из уравнения расхода:
13EMBED Equation.31415, (3.3)
где
· – плотность паров, кг/м3; v – скорость паров, м/с.
При остаточном давлении в конденсаторе порядка 104 Па скорость паров v принимают 1525 м/с:
13EMBED Equation.31415.
По нормалям НИИХИММАШа подбираем конденсатор диаметром, равным расчётному или ближайшему большему. Определяем его основные размеры. Выбираем барометрический конденсатор диаметром dбк = 500 мм.
3.5 Расчет высоты барометрической трубы

В соответствии с нормалями ГОСТ 26716 – 73, внутренний диаметр барометрической трубы dбт равен 300 мм.
Скорость воды в барометрической трубе vв равна:
13EMBED Equation.31415 .
Высоту барометрической трубы определяют по уравнению:
13EMBED Equation.31415 (3.4)
где В – вакуум в барометрическом конденсаторе, Па;

·
· – сумма коэффициентов местных сопротивлений;

· – коэффициент трения в барометрической трубе; Нбт,
dбт – высота и диаметр барометрической трубы, м;
0,5 – запас высоты на возможное изменение барометрического давления, м.

В = Ратм – Рбк = 9,8
· 104 – 0,8
· 104 = 9
· 104 Па,

·
· =
·вх +
·вых = 0,5 + 1,0 = 1,5.
где
·вх и
·вых – коэффициенты местных сопротивлений на входе в трубу и на выходе из неё.
Коэффициент трения
· зависит от режима течения жидкости. Определим режим течения воды в барометрической трубе:
13EMBED Equation.31415
По числу Рейнольдса для гладких труб коэффициент трения
·=0,017.
13EMBED Equation.31415
Отсюда находим Нбт = 9,7 м. [1]
3.6 Расчет производительности вакуум-насоса

Производительность вакуум-насоса Gвозд определяется количеством газа (воздуха), который необходимо удалять из барометрического конденсатора:
13EMBED Equation.31415 (3.5)
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.
Gвозд = 2,5 10-5 (0,00105 + 0,065) + 0,01 0,00105 = 1 10-3
Объёмная производительность вакуум-насоса равна:
13EMBED Equation.31415 (3.6)
где R – универсальная газовая постоянная, Дж/(кмоль
·К);
Mвозд – молекулярная масса воздуха, кг/кмоль;
tвозд – температура воздуха, °С;
Рвозд – парциальное давление сухого воздуха в барометрическом конденсаторе, Па.


Температуру воздуха рассчитывают по уравнению
13EMBED Equation.31415.
Давление воздуха равно
Рвозд = Рбк – Рп
где Рп – давление сухого насыщенного пара (Па) при tвозд = 25 0С.
Рвозд = 0,8 104 - 0,33 104 = 0,47 104Па
Тогда
Vвозд = 3213 (273 + 25) 5 10-3 / (29 0,47 104) = 0,091 м3 / с = 4,0 м3 /мин
Зная объёмную производительность Vвозд и остаточное давление Рбк, по ГОСТ 1867 – 57 подбираем вакуум-насос типа ВВН-6 мощностью на валу
N = 12Вт. [1]






























ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Целью данного курсового проекта являлся расчет выпарной установки непрерывного действия для выпаривания раствора K2CO3 начальной концентрации соли 2% (масс.) до конечной концентрации 22% (масс.)
В итоге был получен следующий результат: выпарной аппарат с естественной циркуляцией и вынесенной греющей камерой общей массой 3000 кг, высотой 10 м, номинальной поверхностью теплообмена 32 м2. диаметром греющей камеры 0,8 м. Выбран конструкционный материал - сталь 12х17.




















БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1 Алексеев, В.А. и др. Машины и аппараты химических производств. Учебное пособие [текст] / В.А. Алексеев, - Казань: Казанский ГТУ, 2008., 305 с.
2 Амирханов Р.А., Б.Х. Драганов Теплотехника [Текст]: учебник / Р.А. Амирханов, Б.Х. Драганов. – М.: Энергоатомиздат: 2006., 420 с.
3 Аналитическая химия. ПЛОТНОСТЬ растворов нитрата аммония (nh4no3) при 200С - [Электронный ресурс]. Режим доступа: /http://www.novedu.ru/sprav/pl-nh4no3.htm 2015 г.
4 Бондарь, В.И. Коррозия и защита материалов. Учебное пособие для студентов металлургических специальностей [текст] / В.И. Бондарь, - Мариуполь: ПГТУ, 2009., 126 с.
5 Ефремов, А.П. Химическое сопротивление материалов. Учебное пособие [текст] / А.П. Ефремов, - М.: ГУП Издательство «Нефть и газ», РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2004., 210с.
6 Инсафуддинов С.З., Юхин Д.П. Методические указания и задания к курсовой работе по теме: «Расчёт многокорпусной выпарной установки» для студентов направления 140100 «Теплоэнергетика и теплотехника» [текст] / С.З. Инсафуддинов, Д.П. Юхин - Уфа: БГАУ, 2012, 24с.
7 Каталог ОАО ДимитровградХИММАШа. Теплообменные аппараты, 2009., 15 с.
8 Кордон М.Я., Симакин В.И., Горешник И.Д. Теплотехника [текст]:учебное пособие/ М.Я. Кордон - Пенза 2005.,167 с.
9 Косинцев В.И. и др. Основы проектирования химических производств [текст]: учебник для ВУЗов / В.И. Косинцев – М.: ИКЦ «Академкнига», 2005., 332 с.
10 Новый справочник химика и технолога. Процессы и аппараты химических технологий. часть I - СПб: «Мир и семья», 2006., 916 с.









Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

2

ЭА14.3922.00 ПЗ


Разраб.

Кадыров Т.Т.

Провер.

Юхин Д.П.

Реценз.



Н. Контр.



Утверд.




Многокорпусная выпарная установка

Пояснительная записка

Лит.

Листов

30

БГАУ 2017, ТТ421

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

3


ЭА14.3922.00 ПЗ


Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

4


ЭА14.3922.00 ПЗ


Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

5


ЭА14.3922.00 ПЗ



Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

6


ЭА14.3922.00 ПЗ


Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

7


ЭА14.3922.00 ПЗ


Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

8


ЭА14.3922.00 ПЗ


Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

9


ЭА14.3922.00 ПЗ


Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

10


ЭА14.3922.00 ПЗ


Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

11


ЭА14.3922.00 ПЗ


Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

12


ЭА14.3922.00 ПЗ


Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

13


ЭА14.3922.00 ПЗ


Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

14


ЭА14.3922.00 ПЗ


Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

15


ЭА14.3922.00 ПЗ


Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

16


ЭА14.3922.00 ПЗ


Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

17


ЭА14.3922.00 ПЗ



Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

18


ЭА14.3922.00 ПЗ


Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

19


ЭА14.3922.00 ПЗ


Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

20


ЭА14.3922.00 ПЗ


Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

21


ЭА14.3922.00 ПЗ


Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

22


ЭА14.3922.00 ПЗ


Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

23


ЭА14.3922.00 ПЗ


Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

24


ЭА14.3922.00 ПЗ


Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

25


ЭА14.3922.00 ПЗ


Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

26


ЭА14.3922.00 ПЗ


Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

27


ЭА14.3922.00 ПЗ


Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

28


ЭА14.3922.00 ПЗ


Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

29


ЭА14.3922.00 ПЗ


Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

30


ЭА14.3922.00 ПЗ




Root EntryEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation Native,Equation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation Native

Приложенные файлы

  • doc 11167779
    Размер файла: 702 kB Загрузок: 0

Добавить комментарий