Расчет трехкорпусной выпарной установки

Так как схемой установки отбор экстра пара на подогреватели не предусмотрен, то в качестве греющего пара в них используется пар таких же параметров, как для первого корпуса (см. схему установки).Поверхность нагрева любого подогревателя находят из основного уравнения теплопередачи, Где Q — количество теплоты, необходимое для нагрева раствора, Вт; К — коэффициент теплопередачи в подогревателе, Вт/м2∙К; ∆t — средняя движущая сила теплопередачи, °С.Тепловой поток Q от греющего пара к раствору в подогревателе определяют по формуле: Q=Gр∙Ср (tвых-tвх), Где Gр — расход раствора, кг/с; Ср — теплоемкость раствора, Дж/кг∙К; tвх и tвых — температуры раствора на входе и выходе из теплообменника. Для подогревателя исходного раствора: Gр=G0=3,33 кг/с; Ср=3,823кДж/кг∙К; tвх=45°С; tвых=148,9°СQ1=3,33∙3,823∙103∙(128,89 — 45)=1068 кВтДля промежуточного подогревателя перед корпусом 1Gр=G0-W2-W3=3,33−0,78−0,91=1,64 кг/с; Ср=3,627кДж/кг∙К; tвх=58,18°С; tвых=148,9°СQ2=1,64∙3,627∙103∙(148,9−58,18)=540 кВтПри упрощенном расчете подогревателя воспользуемся значениями коэффициентов теплопередачи, полученными при расчете выпарных аппаратов. Для подогревателя, установленного на противоточном участке схемы, коэффициент теплопередачи Кпод принимаем по значению коэффициента теплопередачи Ква в том корпусе, из которого раствор поступает в данный подогреватель, то есть К3. учитывая возможность ухудшения условий теплообмена в подогревателе по сравнению с выпарным аппаратом, уменьшим его численное значение на 20%.Кпод=0,8К3=0,8∙423,3=338,64Для подогревателя, расположенного на линии подачи исходного раствора в установку, значение Кпод примем по значению Ква в том корпусе, в который после подогревателя поступает раствор, сохраняя предыдущее условие о возможном ухудшении условий теплообмена. Кпод=0,8∙К2=0,8∙722,1=577,68 В аппаратах с прямоили противоточным движением теплоносителей средняя разность температур потоков определяется как среднелогарифмическая между большей и меньшей разностями температур теплоносителей на концах аппарата:

Для подогревателя исходной смеси подогреваемый раствор имеет: tвх=20°С; tвых=128,89°С;греющий пар имеет t1г=157,5°СΔtб=157,5−45=112,5ºСΔtм=157,5−128,89=28,61ºСΔtср=(112,5−28,61)/ln (112,5/28,61)=61,3ºСДля подогревателя на противоточном участке схемы перед корпусом 1 раствор имеет tвх=58,18°С; tвых=148,9°С. для подогрева также используется греющий пар t1г=157,5°СΔtб=157,5−58,18=99,32ºСΔtм=157,5−148,9=8,6ºСΔtср=(99,32−8,6)/ln (99,32/8,6)=37,1ºСПоверхность нагрева подогревателя исходной смеси: м2Подбираем по каталогу одноходовой теплообменник с F=61 м2, диаметр D=6000 мм; трубы d=25×2 мм, l=3000 мм число труб 257шт; площадь поперечного сечения S=0,089м2Поверхность нагрева подогревателя на участке противотока: м2Подбираем по каталогу одноходовой теплообменник с F=26 м2, диаметр D=400 мм; трубы d=25×2 мм, l=3000 мм, число труб 111 шт; площадь поперечного сечения S=3,8∙10−2м2Рассчитываем расход греющего пара в теплообменниках, Где параметрам пара (J1г) и конденсата (ск1, tк1) соответствуют параметры греющего пара и конденсата первого корпуса выпарной установки. Для подогревателя исходной смеси:

кг/сДля подогревателя на противоточном участке схемыкг/с6.РАСЧЁТ ЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСАОсновными типами насосов, используемых в химической технологии, являются центробежные, осевые и поршневые. Для проектируемой выпарной установки используем центробежный насос. При проектировании обычно возникает задача определения необходимого напора Н и мощности при заданной подаче (расходе) жидкости Q, перемещаемой насосом. Далее по найденному напору производительности насоса определяем его марку, а по величине мощности на валу — тип электродвигателя к насосу. Мощность на валу насоса, кВт, (24)где — производительность насоса, м3/с;Н — напор, развиваемый насосом, м;

— КПД насоса, = 0,4 — 0,9; - КПД передачи, для центробежного насоса = 1. Напор насоса, (25)где — давление в ёмкости для исходного раствора (атмосферное), Па; - давление вторичного пара в первом корпусе, Па; - геометрическая высота подъёма раствора, м; = 8 — 15 м; - напор, теряемый на преодоление гидравлических сопротивлений (трения и местных сопротивлений) в трубопроводе и теплообменнике, м. Потери напора, (26)где hп/ и hп// - потери напора соответственно в трубопроводе и теплообменнике, м. В связи с громоздкостью расчёта потерь напора в теплообменнике можно не рассчитывать и принимать в пределах hп// = 0,2 — 1,5 м в зависимости от скорости движения раствора в трубах теплообменника, длины, количества труб и числа ходов теплообменника;

раствора, м/с, = 0,5 — 1,5 м/с; и — длина и диаметр трубопровода, м; = 10 — 20 м;λ - коэффициент трения;Σξ - сумма коэффициентов местных сопротивлений. Определим диаметр трубопровода из основного уравнения расхода: = 0,06 м; = Gн /3600 = = 2,85*10- 3 м/с.Для определения коэффициента λ рассчитываем величину Re:, где , — плотность, кг/м3; и вязкость, Па*с, исходного раствора, при концентрации Х = 18%, = 1,1*10- 3 Па*с; = 1140 кг/м3. = 62 181.

Для гладких труб при = 6,2*104 λ = 0,0314.

Определим сумму коэффициентов местных сопротивлений Σξ:Σξ = ξвх + ξвых + Σξколен + Σξвент .Коэффициенты местных сопротивлений равны:ξ входа в трубопровод = 0,5;ξ выхода из трубопровода = 1,0;ξ колена с углом 90° = 1,6 (для трубы d = 60 мм);ξ вентиля прямоточного = 0,84 * 1,4 = 1,176;Σξ = 0,5 + 1+ 8 * 1,6 + 7 * 1,176 = 22,53.Примем потери напора в теплообменнике = 0,4 м и = ½Н аппарата плюс 2 м = 6,5 + 2 = 8,5 м. = = 2,13 м. Тогда = 35,87 м; = 2,34 кВт. Устанавливаем, что данным подаче и напору больше всего соответствует центробежный насос марки 1АХ 50−32−160-К (Е, И)-55(СД), для которого в оптимальных условиях работы = 12,5 м3/ч, Н = 36−32 м, η = 0,5. Насос обеспечен электродвигателем мощностью = 5,5 кВт. По мощности потребляемой двигателем насоса, определяем удельный расход энергии:= = = 0,63 кВт*ч/т.

7.РАСЧЁТ ОБЪЁМА И РАЗМЕРА ЁМКОСТЕЙБольшинство ёмкостей представляет собой вертикальные или горизонтальные цилиндрически аппараты. При проектировании основными руководящими документами являются нормали и государственные стандарты, предусматривающие нормальный ряд цилиндрических аппаратов и сосудов до 200 м³. По номинальному объёму аппарата выбираем его основные конструктивные размеры (диаметр, высоту), которые должны соответствовать ГОСТ 9617, ГОСТ 9941– — 72. Стандарты предусматривают ряд внешних номинальных диаметров Dн, мм. Для (высота) ёмкостей принимается равной 1÷1,5 Dн. Расчёт ёмкостей для разбавленного и упаренного раствора ведём из условий шестичасовой (сменной) работы выпарного аппарата., т. е. τ = 6ч. Объём емкости для разбавленного (исходного) раствора: Vн =м3, где , — количество (кг/ч) и плотность (кг/м3) исходного раствора;

заполнения ёмкости, = 0,85 ÷ 0,95.Для удобства работы устанавливаем две ёмкости объёмом 35 м³ и 34 м³. Для ёмкости объёмом 30 м³ принимаем диаметр D = 4 м, длину — 2,8 м.Для ёмкости объёмом 39 м3 — D = 4 м, длина — 2,7 м.Объём ёмкости упаренного раствора: Vк = м3, где, -количество и плотность упаренного раствора, выходящего из третьего корпуса. Устанавливаем две ёмкости объёмом по 16 м³, диаметром 2,7 м и длиной 2,8 м.

8.ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДИАМЕТРА ШТУЦЕРОВШтуцеры изготавливаются из стальных труб необходимого размера, по ГОСТ 9941– — 62. Диаметр штуцеров определим из основного уравнения расхода: Vс = F * W = 0,785 * d2 * W, (27)где Vс — секундный расход раствора или пара, м3/с;W — средняя скорость потока, м/с.Ориентировочные значения скоростей, принимаемых при расчётах внутризаводских трубопроводов, приведены в табл.

7.Таблица 7. Значения скоростей.

ПотокСкорость W, м/сЖидкости при движении самотёком0,1 — 0,5Жидкости в напорных трубах0,5 — 2,5Водяного пара при абсолютном давлении.

Р > 0,05 МПаР < 0,05МПа15 — 4040 — 60Диаметр штуцера для разбавленного раствора:.Диаметр штуцера для упаренного раствора:.Диаметр штуцера для ввода греющего пара в первом корпусе:

0,107 м = 107 мм.

9.ПОДБОР КОНДЕНСАТООТВОДЧИКОВДля отвода конденсата и предотвращения проскока пара в линию отвода конденсата теплообменные аппараты, обогреваемые насыщенным водяным паром, должны снабжаться конденсатоотводчиками. Расчёт и подбор стандартного поплавкового конденсатоотводчика по ГОСТ 15 112– — 69 заключается в определении диаметра условного прохода Dу по максимальному коэффициенту пропускной способности k и в выборе по найденной величине Dу конструктивных размеров аппарата: Dу, мм 20 253 240 5080k, т/ч1,01,62,54,06,310,0Значение максимального коэффициента пропускной способности определяется в зависимости от расхода конденсата G (т/ч) и перепада давлений ΔР (кг/см2) между давлением до конденсатоотводчика и после него :. (28)Давление до конденсатоотводчика Р1 следует принимать равным 90 — 95% давления греющего пара, поступающего в аппарат, за которым установлен конденсатоотводчик; давление после конденсатоотводчика принимается в зависимости от его типа и от величины давления в аппарате, но не более 40% этого давления. Рг1 = 0,58 * 9,8 = 5,684 кгс/см2;Р1 = 5,684 * 0,9 = 5,116 кгс/см2;Р2 = 5,684 * 0,4 = 2,274 кгс/см2;ΔР = Р1 — Р2 = 5,684 — 2,274 = 3,41 кгс/см.Количество конденсата G равняется количеству пара, поступающего в греющую камеру аппарата (см. разд.

4):G =0,774 кг/с =2,786т/ч.Тогда k = 1,67 * 2,786 = 8,59 т/ч.Согласно приведённой выше зависимости при k = 8,59 т/ч конденсатоотводчик должен иметь диаметр условного прохода Dу = 80 мм. По этой величине диаметра условного прохода выбираем конструктивные размеры конденсатоотводчика.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной курсовой работе представлен расчет процесса выпаривания раствора NaNO3 по следующим исходным данным:

Производительность по сырью — 3,33 кг/сКонцентрация раствора: начальная — 18%, конечная — 65%Число корпусов — 3Давление греющего пара — 5,8 атм.

Давление в последнем корпусе — 3,9 атм.

Температура воды на входе в конденсатор — 20оСНачальная температура раствора — tн=45оСВ результате проведенных расчетов были выбраны по каталогу следующие аппараты:

Выпарной аппарат с естественной циркуляцией, выносной греющей камерой. Номинальная поверхность теплообмена Fн=100 м2, Общая высота аппарата На=13 000 мм, Масса аппарата Ма=7500 кг.

Барометрический конденсато:

Диаметром D=1 мВысота трубы Н=13м.Расход охлаждающей воды G=24,81кг/чВакуум-насос типа ВВН-3 мощностью на валу N=20 кВт.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию/ Под ред. Ю. И. Дытнерского. — М.: Химия, 1983. — 272 с.

2. Касаткин А. Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. — М.: Химия, 1971. — 784 с.

3. Павлов К. Ф., Романков П. Г. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. — Л.: Химия, 1976. — 550 с.