Расчет и подбор двухкорпусной выпарной установки непрерывного действия для выпаривания нитрата калия
Расчет количества выпаренной воды и распределение ее по корпусам. Расчет концентрации a1 4. Расчет количества выпаренной воды и распределение ее по корпусам. Расчет концентрации a1. Для выбора высоты теплообменника надо оценить Fор, а для этого нужно задаться К (К < ?меньш). P — давление внутри корпуса (по таблице свойств воды и пара на линии насыщения при t). P — давление внутри корпуса… Читать ещё >
Расчет и подбор двухкорпусной выпарной установки непрерывного действия для выпаривания нитрата калия (реферат, курсовая, диплом, контрольная)
Условие задачи
Рассчитать двухкорпусную выпарную установку непрерывного действия для выпаривания So = 12 000 кг/час раствора соли KNO3 от начальной концентрации a1 = 8% вес. до конечной a2 = 55% вес. Слабый раствор соли подогревается в теплообменнике от tн = 30? C до to = 82? C. Давление греющего пара Pгр = 4,5 ата. Вакуум во втором корпусе составляет Pвак = 690 мм рт. ст. Выпарная установка обсуживается барометрическим конденсатором смешения, питающегося водой с tв = 20? C. Из первого корпуса отводится E = 300 кг/час экстра-пара.
Определить:
Расход греющего пара в выпарном аппарате и подогревателе;
Поверхности теплообмена подогревателя и выпарных аппаратов;
Расход охлаждающей воды в конденсаторе;
Диаметр и высоту барометрической трубы.
Схема двухкорпусной выпарной установки
Расчет подогревателя
Исходные данные:
So = 12 000 кг/час;
a1= 8%;
a2= 55%;
tн= 30 ?C;
to= 82 ?C;
tв'= 20 ?C;
а) Справочные данные** Взяты из [1], и. f = ???y = ???о = ?
для раствора, а = 8%, to = 82 ?C
???09?кг/м3
??= 3,91?-6 м2/с
? = ?·? = 3,91?-6 м2/с· ??09?кг/м = 3,94 519· 10-3 Пас
rр = 2304 кДж/кг
tнас = 100,7 ?C
r = 2253 кДж/кг
???657?Вт/мК
б) Пересчет единиц
Количество передаваемого тепла от конденсатора к воде
Q = Sorр = 3,33кг/с2304 кДж/кг = 7672 (кВт)
Расход греющего пара
Дгр = Q/r = 7672 / 2253 = 3,405 (кг/с)
Подготовка к расчету коэффициента теплопередачи
; ;
а) ?t = tкон — tкип = 18,7 ?C
б) Расчет A
С = 0,943 (вертикальный теплообменник); Ao = 13· 103.
Для выбора высоты теплообменника надо оценить Fор, а для этого нужно задаться К (К < ?меньш).
Кор = 1000 Вт/м2;, в каталоге — 497 м2.
H = 1400 мм в) dn· s = 38×2 [6, стр. 415]
г)
д) Расчет параметра В
Расчет коэффициента теплопередачи
№ итерации | К новое | К | |
1940,997 | |||
1940,997 | 1860,799 | ||
1860,799 | 1866,738 | ||
1866,738 | 1866,293 | ||
1866,293 | 1866,326 | ||
1866,326 | 1866,324 | ||
1866,324 | 1866,324 | ||
Красч = 1866 (итог четвертой итерации)
Расчет поверхности теплообмена
Уточнение подбора по каталогу, при условии, что Fкатал > Fрасч; Hкатал < 1,4 м Выбираем одноходовой теплообменник типа ТН или ТЛ: F = 239 м2, H = 1,2 м, ???-3 м.
Расчет двухкорпусной выпарной установки
Исходные данные:
So = 12 000 кг/час;
ao = 8%;
a2 = 55%;
tн = 30? C;
to = 82? C;
Pгр = 4,5 ата = 4,413 бар;
Pвак = 690 мм рт. ст.;
tв'= 20? C;
E = 300 кг/час.
а) Справочные данные из и [2]
a%, масс | ||||||||||||
tкип, ?С | 100,5 | 100,9 | 101,2 | 102,1 | 104,1 | 108,2 | 100,7 | 107,0 | ||||
??= ?q | 0,98 | 0,96 | 0,94 | 0, 92 | 0,9 | 0,88 | 0,84 | 0,76 | 0,968 | 0,78 | ||
б) Пересчет единиц
;; ;
Расчет количества выпаренной воды и распределение ее по корпусам. Расчет концентрации a1
Расчет температурных депрессий и температур кипения
При концентрации a1 = 17,3%, ta1? 101,4 ?С;
?1 = ta1 — tст = 101,6 -100,0 = 1,4 ?C
Во втором корпусе??? считаем по правилу Бабо.
Абсолютное давление PII = Pатм — Pвак = 1,033 — 0,842 = 0,191 атм = 0,188 бар
(Ps)ст берется из таблицы насыщенных паров для температуры кипения раствора при a2 = 55% (tкип = 107? С). (Ps)ст = 1,294 бар. [3, таблица 1].
; (бар) По давлению 0,240 бар ищем температуру кипения раствора во втором корпусе: tкип = 64,08 ?C. Определяем?? при давлении 0,188 бар: ??? 58,7 ?C [3, таблица 2].
Поправка Стабникова не вводится, т.к. растворение соли KNO3 является эндотермическим [4, таблица XXXVII].
?II = t кип — ?II = 64,0 — 58,7 = 5,3 ?C.
Суммарная полезная разность температур
По Pгр = 4,5 ата? 4,4 бар находим по таблице насыщенных паров [3, таблица 2] находим T1 = 147,1 ?C.
?Г (1−2) примерно от 1 до 3 ?C. Принимаем ?Г (1−2) = 1,7 ?C.
(?С) Распределяем произвольно по корпусам:
?1 = 40 ?C;
?2 = 40 ?C.
Таблица первого приближения
Символ | I приближение | ||||
Предварительный вариант | Окончательный вариант | ||||
I корпус | II корпус | I корпус | II корпус | ||
T | 147,1 | 143,9 | |||
t | 107,1 | ||||
1,4 | 5,3 | 5,3 | |||
101,7 | 58,7 | 58,7 | |||
?Г | 1,7 | 1,7 | |||
a% | 17,3 | 17,3 | |||
Pгр | 4,4 | 0,239 | 4,5 | ||
P | 1,29 | 0,188 | 0,188 | ||
h | |||||
i | |||||
t — температура кипения раствора. t = T — ?
? — температура вторичного пара? = t — ?
P — давление внутри корпуса (по таблице свойств воды и пара на линии насыщения при t)
по таблице сухого насыщенного пара ;;
Уточнение значений Wi (W1, W2)
Составим тепловой баланс по второму корпусу:
Теплоемкость исходного раствора Co = 3,94 кДж/кгград [1]
Теплоемкость конденсата Cк = 4,23 кДж/кгград [5]
Теплоемкость растворителя Cр = 4,20 кДж/кгград [5]
= 1,384 [кг/с]
Подготовка к расчету поверхности теплообмена
А — множитель в выражени для коэффициента теплоотдачи от конденсирующегося пара к поверхности нагрева;
B — множитель в выражении для коэффициента теплоотдачи от поверхности нагрева к кипящему раствору.
а) Расчет AI и AII.
. Принимаем Kор = 1100 Вт/м2K. [м2]
С = 0,943 [5, стр. 149]
A0I = 13,0103, A0II = 12,2103 [5, стр 138]
По справочнику находим для F = 82 м2 высоту выпарного аппарата H = 3,5 м. [6, стр. 416].
б) Расчет BоI и BоII.
(бар) | ||
(бар) | ||
Для выпарного аппарата выбираем материал Х-28 хлористая сталь,
??? 4,25 ккал/(м· град·ч)? 4,94 Вт/мК.? = 2 мм = 0,002 м
Расчет комплексов для расчетного уравнения
Корпус | |||||||
I | 386,3 | 37,22 | 43,54 | ||||
II | 336,6 | 53,50 | 81,78 | ||||
-; | -; | 90,72 | 123,61 | ||||
?ст1 = ?ст2, ?ст1 = ?ст2.
Определение поверхности теплообмена F
Используя в программе Microsoft ® Excel 97 функцию поиска определенного результата для ячейки с помощью подбора значения другой ячейки, находим F для = 80? С.
F, м2 | F4/3 | F1/3 | |||||
66,348 | 268,598 | 19,190 | 38,401 | 4,048 | 22,410 | 80,000 | |
Уточнение ?1 и ?2
Fрасч = 48,74 м2;
?1 = 54,747 ?C
?2 = 25,254 ?C
?1+?2 = 54,747 + 25,254 = 80,000 ?C
невязка отсутсвует.
Уточненный конечный вариант таблицы
Символ | II приближение | ||||
Предварительный вариант | Окончательный вариант | ||||
I корпус | II корпус | I корпус | II корпус | ||
T | 147,1 | 147,1 | 103,2 | ||
40,8 | 39,2 | ||||
t | 107,1 | 106,3 | |||
1,4 | 5,3 | 1,4 | 5,3 | ||
101,7 | 58,7 | 104,9 | 58,7 | ||
?Г | 1,7 | 1,7 | 1,7 | 1,7 | |
a% | 17,3 | 17,3 | |||
Pгр | 4,4 | 0,24 | 4,5 | 1,13 | |
P | 1,29 | 0,188 | 1,2 | 0,188 | |
h | |||||
i | |||||
P1 — по? (по таблице насыщенных паров)
P11 гр — по T из таблицы
t — температура кипения раствора. t = T — ???
? — температура вторичного пара? = t — ?
P — давление внутри корпуса (по таблице свойств воды и пара на линии насыщения при t)
по таблице сухого насыщенного пара ;-1,1,1267 1,1668
Новая проверка Wi и Qi
а)
= 1,376 [кг/с]
б)
Сопоставление значений QI и QII и Q'I и Q'II
Расхождение менше 5%? найденные значения тепловых нагрузок Q1 = 3462 кВт, Q2 = 1260 кВт, потоков W1 = 1,384 кг/с, W2 = 1,346 кг/с, Q1 = 3462 кВт, Q2 = 1260 кВт., поверхности F = 50 м2 и параметров процесса (см. табл.) принимаем как окончательные.
Расход греющего пара в первом корпусе
В курсовой работе — по каталогу далее выбираем аппарат с F > такого-то и H < такого-то
Расчет барометрического конденсатора
Температура конденсации ?конд = ?II — ?Г = 58,7 — 1,7 = 57,0 (?C).
По ?конд определяем давление в конденсаторе Pконд = 0,173 бар. [3, табл. 1].
Расход воды на конденсацию
Расчет потока газа, который образуется в конденсаторе
а) Расчет расхода парогазовой смеси
GГ = [0,025· (Gв + W2) + 10· W2]10-3 = [0,025(22,51 + 1,346) + 101,346]10-3 = 14,0610-3 кг/с
б) Расчет температуры парогазовой смеси
в) Парциальное давление газа
Pп = 0,0367 бар. [3, табл. 1].
PГ = Pконд — Pп = 0,173 — 0,0367 = 0,136 бар.
г) Объемный поток отсасываемого газа (по ур-ю Менделеева-Клапейрона)
Расчет барометрической трубки
а) Расчет диаметра барометрической трубки по уравнению Бернулли
Примем скорость движения жидкости по трубе: W`б.т = 0,6 м/с.
?в из таблицы при t''.
Смотрим по сортаменту труб dб.тр. = 240 мм.
б) Высота барометрической трубы (по уравнению Бернулли)
(l = 10 м по ГОСТу)
Бурович Б.М., Горелов А. Я., Межерецкий С. М. Справочник теплофизических свойств растворов. Ташкент, 1987.
Гельперин И. И, Солопенков К. Н. Прямоточная многокорпусная выпарная установка с равными поверхностями нагрева. Москва, 1975.
Ривкин С.Л., Александров А. А. Теплофизические свойства воды и водяного пара. Москва, «Энергия», 1980.
Павлов К.Ф., Романков П. Г., Носков А. А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. Издательство «Химия», 1981.
Михеев М.А., Михеева И. М. Основы теплопередачи. Москва, «Энергия», 1973.
Лащинский А. А, Толчинский А. Р. Основы конструирования и расчета химической аппаратуры. Москва, 1980.
Айнштейн В.Г., Захаров М. К., Носов Г. А. Общий курс процессов и аппаратов химической технологии (книга 1). Издательство «Химия», 1999.
- Условие задачи 1
- Схема двухкорпусной выпарной установки 1
- Расчет подогревателя 2
- Исходные данные: 2
- а) Справочные данные 2
- б) Пересчет единиц 2
- 1. Количество передаваемого тепла от конденсатора к воде 2
- 2. Расход греющего пара 2
- 3. Подготовка к расчету коэффициента теплопередачи 2
- 4. Расчет коэффициента теплопередачи 3
- 5. Расчет поверхности теплообмена 3
- Расчет двухкорпусной выпарной установки 3
- Исходные данные: 3
- а) Справочные данные из и 3
- б) Пересчет единиц 3
- 1. Расчет количества выпаренной воды и распределение ее по корпусам. Расчет концентрации a1 4
- 2. Расчет температурных депрессий и температур кипения 4
- 3. Суммарная полезная разность температур 4
- 4. Таблица первого приближения 5
- 5. Уточнение значений Wi (W1, W2) 5
- 6. Подготовка к расчету поверхности теплообмена 6
- а) Расчет AI и AII. 6
- б) Расчет BоI и BоII. 6
- 7. Расчет комплексов для расчетного уравнения 6
- 8. Определение поверхности теплообмена F 7
- 9. Уточнение ?1 и ?2 7
- 10. Уточненный конечный вариант таблицы 7
- 11. Новая проверка Wi и Qi 7
- 12. Сопоставление значений QI и QII и Q'I и Q'II 8
- 13. Расход греющего пара в первом корпусе 8
- Расчет барометрического конденсатора 8
- 1. Расход воды на конденсацию 8
- 2. Расчет потока газа, который образуется в конденсаторе 8
- а) Расчет расхода парогазовой смеси 8
- б) Расчет температуры парогазовой смеси 8
- в) Парциальное давление газа 8
- г) Объемный поток отсасываемого газа (по ур-ю Менделеева-Клапейрона) 8
- 3. Расчет барометрической трубки 9
- а) Расчет диаметра барометрической трубки по уравнению Бернулли 9
- б) Высота барометрической трубы (по уравнению Бернулли) 9
Список литературы
9
- Содержание 10