Коэффициент трения λ зависит от режима течения жидкости. Определим режим течения воды в барометрической трубе по (19):где — вязкость воды по формуле при t=560C Тогда Для гладких труб при Re>100 000 для определения коэффициента трения можно использовать соотношение [5]: Тогда, коэффициент трения:
Подставив в (39) полученные значения, найдем высоту барометрической трубы:
2.7. РАСЧЕТ ВАКУУМ-НАСОСАПроизводительность вакуум-насоса определяется количеством воздуха, откачиваемого из барометрического конденсатора. В соответствии с (20):Для расчета объемной производительности вакуум-насоса по соотношению (21), определим температуру воздуха и его парциальное давление при этой температуре:
Давление сухого насыщенного пара при tвозд.=27.2 0С, в соответствии с таблицей Б. 2 равно: Pn=0.0375 кгс/см2. Тогда парциальное давление воздуха:
Подставив полученные значения в (21), получим:
Зная объемную производительность вакуум-насоса Vвозд. и остаточное давление Р0, по таблице В.3 подбираем вакуум-насос типа ВВН-1.
52.8. ОРИЕНТИРОВОЧНЫЙ РАСЧЕТ ТЕПЛООБМЕННЫХ АППАРАТОВОриентировочный расчет подогревателя исходного раствора
В подогревателе раствор нагревается от начальной температуры tисх. =150С (указана в задании) до температуры tн =920С, при которой он поступает в выпарной аппарат. В качестве греющего агента используется первичный греющий пар с tгр.п.=1190С. Так как, пар конденсируется при постоянной температуре, то взаимная схема движения теплоносителей (прямоток, противоток) не влияет на величину средней разноститемператур. Вычислим среднюю разность температур в соответствии с (28):где tгр.п. — температура конденсации греющего пара, 0С;tисх. — температура начальная температура разбавленного раствора, 0С;tн. — температура разбавленного раствора на входе в выпарной аппарат, 0С. Так как, пар конденсируется при постоянной температуре, то средняя температура нагревающегося раствора tср.р. в соответствии с (30) равна:
Для определения тепловой нагрузки аппарата Q, Вт, рассчитаем количество теплоты, необходимой для нагревания разбавленного раствора от начальной температуры до температуры, при которой он подается в выпарной аппарат. По соотношению (26):где сн=4168.
2 Дж/кг∙К — удельная теплоемкость разбавленного раствора по формулениже при tср.р.=68 0С и хн=0.004 .тогда
Выберем из таблицы 2 ориентировочное значение коэффициента теплопередачи, К=1500
Вт/м2∙К, соответствующее данному виду теплообмена (от конденсирующегося пара к водному раствору). Подставив полученные значения в (24), найдем площадь поверхности теплообменаподогревателя:
С учетом 20% запаса по поверхности теплообмена, по таблице В.4 выбираем стандартный аппарат: одноходовыйкожухотрубчатый теплообменник ТН с площадьповерхности теплообмена F = 14.5 м2, с трубами 25×2 мм, диаметром кожуха D=325мм, длиной труб 3 м. Ориентировочный расчет холодильника концентрированного раствора
Концентрированный раствор выводится из выпарного аппарата и поступает в теплообменник при температуре tкон. =96.10С. В соответствии с заданием он охлаждается до температуры tр.к.=200С. Начальная температура охлаждающей воды, tв н, задана, конечная температура, tвк, обычно принимается на 10−200С больше, чем tв н. Примем:
Выберем противоточную схему движения теплоносителей, так как в этом случае величина средней разности температур Δtср. будет больше, чем в прямоточной схеме. Вычислим среднюю разность температур в соответствии с (28):Так как, температура воды в теплообменнике изменяется на меньшее число градусов, по сравнению с температурой раствора, то среднюю температуру воды tср. вопределим по соотношению (29):Среднюю температуру охлаждающегося концентрированного раствора найдем по формуле (30):Для определения тепловой нагрузки аппарата Q, Вт, рассчитаем количество теплоты, выделяющейся при охлаждении концентрированного раствора по формуле (25):Где скрасчитывается по формулетогдагде Gк=0.833 кг/с — расход концентрированного раствора;tср.р. =49.90С и хк =0.012 Выберем из таблицы 2 ориентировочное значение коэффициента теплопередачи, К=800 Вт/м2∙К, соответствующее данному виду теплообмена (от водного раствора к воде). Подставив полученные значения в (24), найдем площадь поверхности теплообменахолодильника:
С учетом 20% запаса по поверхности теплообмена, по таблице В.4 выбираем стандартный аппарат: одноходовыйкожухотрубчатый теплообменник ТН с площадью поверхности теплообмена F=10м2, с трубами 25×2 мм, диаметром кожуха D=325мм, длиной труб 2 м. На основе теплового баланса рассчитаем требуемый расход охлаждающей воды Gв для холодильника:
где св=4186.
8 Дж/кг∙К — удельная теплоемкость воды по формуле (А.6) приtср. в=17.5 0С. ВЫВОДЫ1. В соответствии с заданием разработана технологическая схема однокорпусной вакуум-выпарной установки.
2. В результате проведенных расчетов выбрано следующее стандартноеоборудование:
выпарной аппарат с естественной циркуляцией и вынесенной греющей камерой со следующими параметрами: площадь поверхности теплообмена 280 м², высота кипятильных труб 5 м;
— барометрический конденсатордиаметрd=0.5 м. Диаметр барометрической трубы dб.т. для этого конденсатора равен 0.125 м;
— вакуум-насос типа ВВН-1.5 со следующими параметрами: производительность- 1.5 м3/мин, мощность на валу- 2.1 кВт;
— подогреватель исходного раствора: одноходовыйкожухотрубчатый теплообменник ТН с площадью поверхности теплообменаF = 14.5 м2, с трубами 25×2 мм, диаметром кожуха D=325мм, длиной труб 3 м.-холодильник концентрированного раствора: одноходовыйкожухотрубчатый теплообменник ТН с площадью поверхности теплообмена F=10м2, с трубами 25×2 мм, диаметром кожуха D=325мм, длиной труб 2 м. СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫПавлов К.Ф., Романков П. Г., Носков А. А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии: Учебное пособие для вузов. Под ред. чл.-корр. АН России П. Г. Романкова.
— 11-е изд., стереотипное. Перепечатка с изд. 1987 г. — М.: ООО «Рус
МедиаКонсалт", 2004. — 576 с. Касаткин А. Г. Основные процессы и аппараты химической технологии: Учебник для вузов. 12-е изд., стереотипное, доработанное. Перепечатка с девятого издания 1973 г. — М.: ООО ТИД «Альянс», 2005. -
753 с. Курсовое проектирование по процессам и аппаратам химической технологии. Краткие справочные данные: Метод.
указания/ ЛТИ им. Ленсовета. — Л.: 1989. — 40 сОсновные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию/ Г. С. Борисов, В. П. Брыков, Ю. И. Дытнерский и др. Под ред.
Ю.И. Дытнерского, 3-е изд., стереотипное. М.: ООО ИД «Альянс», 2007 — 496 с. Фролов В. Ф. Лекции по курсу «Процессы и аппараты химической технологии». — СПб.: ХИМИЗДАТ, 2003. — 608 с. Романков П. Г., Фролов В. Ф., Флисюк О. М. Методы расчета процессов и аппаратов химической технологии (примеры и задачи): Учеб. Пособие для вузов. -
3-е изд., испр. — СПб.: ХИМИЗДАТ, 2010. — 544 с. Яблонский П. А., Озерова Н. В. Проектирование теплои массообменной аппаратуры химической промышленности: Учебное пособие, 11-е изд., перераб. И доп./ СПб.технолог.
ин-т. СПб., 1993. — 92 с. Касаткин А. Г. Основные процессы и аппараты химической технологии: Учебник для вузов.
8-е изд., переработанное. — М.: Издательство «Химия», 1971. — 784 с.
