Расчет выпарной установки
Использование современных выпарных установок в целлюлозно-бумажной промышленности. Определение температурного режима и схемы работы установки. Расчет вспомогательного оборудования. Основные технико-экономические показатели работы выпарной установки.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 14.03.2012 |
| Размер файла | 217,2 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Расчет выпарной установки
Содержание
- Введение
- 1. Температурный режим работы установки
- 1.1 Предварительный выбор поверхности нагрева выпарных аппаратов
- 1.2 Предварительное распределение выпариваемой воды по корпусам установки
- 1.3 Расчет концентраций на выходе раствора из корпусов установки
- 1.4 Определение температурного режима работы установки
- 1.5 Уточнение распределения выпариваемой воды по корпусам установки.
- 1.6. Расчёт коэффициентов теплопередачи
- 1.7 Уточненный расчет поверхности теплопередачи и выбор выпарных аппаратов
- 1.8 Температурный режим при запуске установки в работу
- 2. Расчет вспомогательного оборудования
- 2.1 Расчет барометрического конденсатора
- 2.2 Расчёт вакуум-насоса
- 2.3 Расчет подогревателей раствора
- 2.4 Расчет и выбор насосов
- 2.5 Расчёт основных трубопроводов
- 3. Технико-экономические показатели работы выпарной установки
- Библиографический список
Введение
В химической и смежной с ней отраслях промышленности жидкие смеси, концентрирование которых осуществляется в помощью выпаривания, отличаются большим разнообразием как физических параметров (вязкость, плотность, температура кипения и др.), так и других характеристик (кристаллизующиеся, пенящиеся 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.
Выпаривание в целлюлозно-бумажной промышленности применяется для концентрирования щелоков при производстве целлюлозы различными способами, для возврата химикатов (сульфата) в производство. Выпаривание черных щелоков сульфатного производства, содержащих поверхностно-активные вещества, приводящие к образованию пены при его выпаривании, чаще всего проводятся в вертикальных колонных выпарных аппаратах с восходящей пленкой.
Современные выпарные установки целлюлозно-бумажной промышленности включают от шести до девяти аппаратов при пяти - или шестиступенчатой схеме выпаривания. Питание корпусов раствором, как правило, осуществляется по смешанной схеме. Расчет таких установок представляет собой сложную задачу, а его трудоемкость значительно превышает возможности учебного процесса.
1. Температурный режим работы установки
В соответствие со схемой питание (рис.1) установки (3-4-2-1) исходный раствор из бака слабого щелока 14 центробежным насосом 8 подается в нижнюю часть корпуса 3 установки, нагретым до температуры кипения в этом корпусе в подогревателе 10. Из корпуса 3 выпариваемый раствор самотёком подается в нижнюю часть корпуса 4, так как давление в сепараторе 3 корпуса больше давления в сепараторе 4 корпуса. При этом за счет более высокой температуры поступающего в аппарат щелока (по отношению к температуре его кипения в корпусе) из щелока без подвода теплоты дополнительно удаляется вода, т.е. происходит процесс самоиспарения. Из 4 корпуса выпарной установки раствор поступает центробежным насосом 9 в 1 корпус. На этом противоточном участке выпарной установки раствор нагревается в подогревателе 11 до температуры кипения в 1 корпусе. Аналогично из корпуса 1 раствор центробежным насосом 10 подается в корпус 1, подогретым до температуры кипения раствора в подогревателе 13. Из этого (последнего по ходу раствора) корпуса выпариваемый раствор направляется на дальнейшую переработку.
Подвод теплоты к раствору для обеспечения процесса выпаривания в 1 корпусе осуществляется свежим греющим паром, который называют первичным. Образовавшийся в первом корпусе из раствора соковый пар (вторичный пар) используется в качестве греющего пара во втором, соковый пар 2 и 3 корпуса используется в качестве греющего в 3 и 4 корпусе соответственно. Вторичный пар четвертого корпуса конденсируется в барометрическом конденсаторе 5. Смесь конденсата и охлаждающей воды отводится по барометрической трубе, а неконденсированные газы после отделения капель жидкости в ловушке 6 отсасываются вакуум-насосом 7.
выпарная установка температурный режим
1.1 Предварительный выбор поверхности нагрева выпарных аппаратов
Предварительный расчет требуемой поверхности нагрева выпарных аппаратов для обеспечения заданной производительности установки при известной кратности выпаривания (числе корпусов в выпарной установки) производится по рекомендуемым удельным паропроизводительностям корпусов U, которая для пленочных выпарных аппаратов находится в пределах 13-20 кг/м2ч [1].
Для расчета требуемой поверхности нагрева выпарного аппарата определим общее количество выпариваемой воды W по уравнению материального баланса установки:
,
где Gо - производительность установки по начальному раствору, кг/с;
xн и xк - начальная и конечная концентрации раствора, % масс.
кг/с
кг/с
Тогда поверхность нагрева выпарного аппарата составит:
,
где n - число корпусов в установке.
Принимаю U=15кг/м2·ч = 0,0042кг/м2·с.
м2
По значению F1 из ГОСТ 11987-81 [2] выбираю стандартный выпарной аппарат заданного типа с поверхностью нагрева Fст, примерно равной вычисленной.
Принимаю Fcт =800 м2
=38Ч2 мм; Н=6000 мм=6м.
Число труб nт (как целое) в греющей камере выпарного аппарата определяется условием
где dн - наружный диаметр труб, м;
H - их высота, м.
Выражаем из этого уравнения число труб:
шт.
1.2 Предварительное распределение выпариваемой воды по корпусам установки
Количество выпариваемой воды в конкретном корпусе выпарной установки зависит от схемы ее работы и определяется расходом греющего пара в этом корпусе, температурой и расходом поступающего в него щелока. Следовательно, распределение выпариваемой воды по корпусам можно определить при решении системы уравнений теплового баланса для конкретной схемы работы установки. Однако на данном этапе расчета решений этой системы не представляется возможным из-за отсутствия данных для определения теплофизических параметров пара и щелока по каждому корпусу. Разрывая взаимосвязанных между собой физических величин и параметров, определяющих работу каждого корпуса установки, задаемся условным распределением выпариваемой воды по корпусам, исходя из схемы работы установки. При этом будем учитывать, что весь соковый пар предыдущего корпуса используется в качестве греющего пара в следующем корпусе, так как отбор экстра-пара между корпусами отсутствует.
Соотношение между количествами выпариваемой воды в корпусах установки для схемы 3-4-2-1 можно представить следующим образом, согласно [1]:
W1: W2: W3: W4=1: 1,08: 1.06: 1,14
Сумма долей равна 4,28. Следовательно, для рассматриваемой установки
,
где W - количество выпариваемой воды во всех корпусах одной установки, кг/с.
В соответствии с предлагаемым распределением нахожу количество выпариваемой воды по корпусам установки:
кг/с
кг/с
кг/с
кг/с
1.3 Расчет концентраций на выходе раствора из корпусов установки
Так как при выпаривании раствора в аппарате в паровую фазу переходит только растворитель (вода), а твердый компонент остается в растворе и в паровую фазу не переходит, то концентрации твердого компонента в щелоке на выходе из любого корпуса установки определяются на основании уравнения материального баланса по твердому компоненту в растворе:
,
где j=1,2,…,m,…,n - номера отсчета корпусов по ходу раствора;
- сумма расходов испаряемой воды предыдущих по ходу раствора корпусах и в данном корпусе кг/с;
x0 - начальная концентрация раствора
X31=Хн=17%, Х32=17,72*17/ (17,22-2.922) =20.47%
Х41= Х22=20.47%, Х42=17,72*17/ (17,22-2.922-3.143) =26.24%
Х11= Х32=26.24%
Х12=17,72*17/ (17,22-2.922-3.143-2,757) =34.85%
Х21=Х42=34.85%, Х22= Хк =17,72*17/ (17,22-11.8) =54.01 %
1.4 Определение температурного режима работы установки
Повышение температуры кипения раствора в сравнении с температурой кипения чистого растворителя называется концентрационной депрессией. Её величина зависит от концентрации раствора. Для щёлоков целлюлозного производства концентрационная депрессия мало зависит от давления и во всех корпусах определяется по выходным концентрациям раствора и приближённо рассчитывается по формуле [1]:
?' =Аехр (Вх), где
А, В - постоянные для чёрного сульфатного щелока по табл.6 [1]
А=0,21; В=0,043
х - концентрация щелока по твердому компоненту на выходе из аппарата
?'12 = 0,21*ехр (0,043*34,85) = 0,94°С
?'22 = 0,21*eхр (0,043*54,01) = 2,14°С
?'32 = 0,21*ехр (0,043*20,47) = 0,51°С
?'42 = 0,21*ехр (0,043*26,24) = 0,65°С
??'i2 = 4,24
Значение гидродинамических депрессий ?'''i, (i+1) в паропроводах между корпусами, связанное с изменением давления пара вследствие гидравлических сопротивлений паропровода, обычно не превышает 3°С. Задаюсь в пределах (1-3)°С, учитывая, что с уменьшением абсолютного давления в паропроводе ее численное значение возрастает
?'''34= 3°С, ?'''23= 2°С, ?'''12= 1°С., ??''' (i-1) *I =6
При известных величинах вакуума в последнем корпусе и давлении греющего пара в первом корпусе определяем абсолютное давление в сепараторах этих корпусов:
Р1Г = 216 кПа = 2,2 кгс/см 2
Р4С =Р-В
где Р=101,3 кПа - атмосферное давление
Р4С =101,3-76=29,3 кПа = 0,258 кгс/см 2
По таблице свойств насыщенного водяного пара LVII [3] путем линейной интерполяции по значениям Р4С и Р1Г находим температуру сокового пара в последнем корпусе установки t4с = 64,92°С и температуру греющего пара в первом корпусе t1Г = 122,26°С
Дtобщ = t1Г - t4С = 122,26-64,92=57,34°С
Дtпол = Дtобщ - ??''' (i-1) *I - ??'i2= 57,34- (4,24+6) =47,10°С
Дti = 47,10/4 = 11,78°С
Таким образом, с помощью вышеуказанных уравнений последовательно, начиная с последнего корпуса, составим температурные режимы всех корпусов выпарки и определим температуру греющего пара, поступающего в первый корпус:
t4с =64,92°С
t42 = 64,92 + 0,65 = 65,57°C
t4г = 65,57+11,78-77,35°C
t3с = 77,35+3=80,35°C
t32 = 80,35+0,51=80,86°C
t3г = 80,86+11,78=92,64°C
t2с = 92,64+2=94,64°C
t22 = 94,64+2,14=96,78°C
t2г = 96,78+11,78=108,56°C
t1с = 108,56+1=109,56°C
t12 = 109,56+0,94=110,50°C
t1г = 110,50+11,78=122,28°C
Полученные результаты занесены в табл.1.
Таблица 1. Приблизительный температурный режим (первое приближение).
|
№ корпуса |
?''' (i-1) i |
Температура сокового пара, tic. |
?' i2 |
Температура кипения раствора, ti2. |
?ti |
Температура греющего пара, t ir. |
|
|
4 |
- |
64,92 |
0,65 |
65,57 |
11,78 |
77,35 |
|
|
3 |
3 |
80,35 |
0,51 |
80,86 |
11,78 |
92,64 |
|
|
2 |
2 |
94,64 |
2,14 |
96,78 |
11,78 |
108,56 |
|
|
1 |
1 |
109,56 |
0,94 |
110,50 |
11,78 |
122,28 |
На первом этапе расчета ? t1= ?t2= ?t3 = ?t4 [1], а их сумма равна Д t пол =47,10°С
В дальнейшем расчет веду по формуле:
,
где DiГ=W (i-1), D1Г=1,02·W1
Расход греющего пара:
D1г =1,02·W1 =1,02·2,757=2,812 кг/с
D2г = W1 =2,757 кг/с
D3г = W2 =2,978 кг/с, D4г = W3 =2,922 кг/с
Вязкость черного сульфатного щелока определяю по номограмме [4]:
t12=110,50°С; x12=35,85% => н12=1,2·10-6 м2/с
t22=96,78°С; x22=54,01% => н22=1,6·10-5 м2/с
t32=80,86°С; x32=20,47% => н32=0,9·10-6 м2/с
t42=65,57°С; x42=26,24% => н42=1,6·10-6 м2/с
Расчеты по формуле методом последовательного приближения провожу на ЭВМ. Результаты представлены в табл.2. В дальнейших расчетах используют данные последнего приближения.
Таблица 2. Последнее приближение температурного режима.
|
№ корпуса |
?''' (i-1) i |
Температура сокового пара, tic. |
?' i2 |
Температура кипения раствора, ti2. |
?ti |
Температура греющего пара, t ir. |
|
|
4 |
- |
64,91 |
0,65 |
65,56 |
9,15 |
74,71 |
|
|
3 |
3 |
77,71 |
0,51 |
78,22 |
7,77 |
85,98 |
|
|
2 |
2 |
87,98 |
2,14 |
90,13 |
22,18 |
112,30 |
|
|
1 |
1 |
113,30 |
0,94 |
114,24 |
8,04 |
122,28 |
Значение коэффициентов кинематической вязкости по корпусам:
н12=1,14·10-6 м2/с
н22=1,51·10-5 м2/с
н32=9,04·10-7 м2/с
н42=1,43·10-6 м2/с
1.5 Уточнение распределения выпариваемой воды по корпусам установки.
Приближенный температурный режим работы выпарки, установленный на предыдущем этапе расчета, дает возможность найти все необходимые параметры для решения системы уравнений теплового баланса с целью уточнения ранее принятых расходов выпариваемой воды по корпусам установки и определения расхода греющего пара в первый корпус.
Определяю приход и расход теплоты с материальными потоками для каждого корпуса. Составляю уравнения теплового баланса четырех корпусов, каждое из которых, если пренебречь потерями теплоты в окружающую среду, принимает вид (дополняю уравнением материального баланса установки по выпариваемой воде):
D1гJ1г + (Gн-W3-W4-W2) с11t11 = W1J1c + (Gн - W) с12t12 + D1kс1kt1k
D2гJ2г+ (Gн-W3-W4) c21t21 = W2J2c + (Gн-W3-W4-W2) с22t22 + D2kс2kt2k
D3гJ3г+ Gн*с31t31 = W3J3c + (Gн-W3) с32t32 + D3kс3kt3k
D4гJ4г+ (Gн-W3) с41t41 = W4J4c + (Gн - W3-W4) с42t42 + D4kс4kt4k
W=W1+W2+W3+W4
При решении эта система уравнений дополняется следующими условиями:
D1k=D1Г; t11=t12; с11=с22
D2k=D2Г=W1; t21=t22; с21=с42
D3k=D3Г=W2; t31=t32; с31=сн
D4k=D4Г=W3; t41=t32; с41=с32
Теплоемкость раствора ci2 на выходе из корпусов (по известным концентрациям xi2 и xн) и на входе в установку рассчитывают по формуле:
,
где А и а - постоянные зависящие от природы раствора таблица 5 [1];
А=4103, а=21,8
х - концентрация в массовых процентах;
кДж/кг·К
кДж/кг·К
кДж/кг·К
кДж/кг·К
кДж/кг·К
Энтальпии пара (греющего и сокового) определяют при линейной интерполяции по соответствующим значениям температур [3], установленным при расчете первого приблизительного температурного режима работы установки:
t1Г=131,64°С => I1Г=2728,3 кДж/кг, t2Г=102,96°С => I2Г=2683,74 кДж/кг
t3Г=89,28°С => I3Г=2660,7 кДж/кг, t4Г=78, 19°С => I4Г=2641,1 кДж/кг
t1С=103,96°С => I1С=2685,34 кДж/кг, t2С=91,28°С => I2С=2664,3 кДж/кг
t3С=81, 19°С => I3С=2646,14 кДж/кг, t4С=68,58°С => I4С=2623,8 кДж/кг
Считая, что переохлаждения конденсата греющего пара не происходит, принимают tik=tir [1] и при этой температуре из таблицы физических свойств воды (на линии насыщения) [3] находим теплоемкость конденсата:
t1С=103,96°С => с1к=4,27 кДж/кг·К
t2С=91,28°С => с2к=4,23 кДж/кг·К
t3С=81, 19°С => с3к=4,19 кДж/кг·К
t4С=68,58°С => с4к=4,19 кДж/кг·К
Температура раствора на выходе из корпусов:
t12=112,08°С
t22=94,15°С
t32=82,55°С
t42=47,98°С
Все необходимые для расчета данные свожу в табл.3.
Решение составленной системы уравнений теплового баланса выполняю с применением ЭВМ.
Число корпусов: n=4;
Производительность установки по исходному раствору: Go=26,11 кг/с;
Общее количество выпаренной воды: W=18,51 кг/c
Таблица 3. Данные для решения системы уравнений теплового баланса.
|
№ |
Наименование величины |
Размерность |
Номера корпусов |
||||
|
I |
II |
III |
IV |
||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
|
|
1 |
Энтальпия греющего пара |
кДж/кг |
2728,3 |
2683,74 |
2660,7 |
2641,1 |
|
|
2 |
Энтальпия сокового пара |
кДж/кг |
2685,34 |
2664,3 |
2646,14 |
2623,8 |
|
|
3 |
Теплоемкость конденсата |
кДж/кгК |
4,27 |
4,23 |
4, 19 |
4, 19 |
|
|
4 |
Теплоемкость раствора на входе в корпус |
кДж/кгК |
3,359 |
3,560 |
3,754 |
3,682 |
|
|
5 |
Теплоемкость раствора на выходе из корпуса |
кДж/кгК |
2,905 |
3,359 |
3,682 |
3,560 |
|
|
6 |
Температура конденсата |
°С |
131,64 |
102,96 |
89,28 |
78, 19 |
|
|
7 |
Температура раствора на входе в корпус |
°С |
112,08 |
94,15 |
82,55 |
82,55 |
|
|
8 |
Температура раствора на выходе из корпуса |
°С |
112,08 |
94,15 |
82,55 |
70,39 |
Значения, полученные при решении системы уравнений теплового баланса выпарной установки, расходов греющего пара и испаряемой воды по корпусам представлены в табл.4.
Таблица 4. Расходы греющего пара и испаряемой воды.
|
№ |
Расход греющего пара, кг/с |
Расход испаряемой воды, кг/с |
|
|
1 |
4,725 |
4,601 |
|
|
2 |
4,601 |
4,54 |
|
|
3 |
4,54 |
4,498 |
|
|
4 |
4,498 |
4,871 |
Также рассчитываю концентрации раствора на выходе из корпусов.
Вывод: Вновь рассчитанные значения Wi и хi2 не сильно отличаются от ранее принятых, следовательно, уточнение температурного режима не провожу. Для дальнейших расчетов использую таблицу последнего приближения температурного режима рассчитанных значений хi2, Wi и DiГ.
1.6. Расчёт коэффициентов теплопередачи
Коэффициент теплоотдачи б1 при конденсации насыщенного водяного пара на наружной поверхности вертикальных трубок рассчитываю по формуле:
где А - коэффициент, учитывающий теплофизические свойства конденсата при средней температуре пленки
tпл=0,5 (tiг + tст1);
tст1 - температура наружной поверхности стенки,°С;
r - скрытая удельная теплота конденсации (парообразования) при температуре греющего пара tiг, кДж/кг; H - высота трубок, м; ?t = (tir - tст1) - движущая сила теплоотдачи при конденсации пара,°С; еr - поправочный коэффициент, учитывающий содержание неконденсируемого газа (воздуха) в паре.
Принимаем процесс теплопередачи от конденсирующего пара к раствору (на данный момент времени) установившимся, расчёт ведем методом последовательного приближения, в основе которого лежит равенство удельных тепловых потоков от пара к стенке qконд, через стенку qст, накипь qн и от последней к раствору qкип:
qконд = qст = qн = qкип = q = const.
На первом этапе приближения произвольно задаемся значением ?t в пределах (1-3)°С в зависимости от полезной разности температур ?ti в данном корпусе [1]. Наименьшему значению ?ti отвечает наименьшее значение ?t. Расчёт ведём только для первого корпуса.
1) На первом этапе приближения принимаю ?t=1°С. При известной температуре греющего пара и принятом значении Дt нахожу температуру наружной поверхности стенки трубок первого корпуса:
°C
Рассчитываем среднюю температуру плёнки:
°C
По значению средней температуры пленки (tпл) путём линейной интерполяции находим А по табл.1 [5]
А =191,34
Задаёмся содержанием воздуха в паре Y = (0,3 - 0,6) % [5]. Принимаем Y=0,5%.
По рис 4.9 [3] определяю ег: ег = 0,6
По значению температур греющего пара путем линейной интерполяции скрытую теплоту парообразования [3]:
r1 = 2169592Дж/кг при t1г=131,64°C, r2 = 2255104Дж/кг при t2г=102,96°C
r3 = 2295272Дж/кг при t3г=89,28°C, r4 = 2317018Дж/кг при t4г=78, 19°C
Коэффициент теплоотдачи:
Вт/ м2 ·К
Определяю удельный тепловой поток при конденсации греющего пара:
Вт/ м2
Далее рассчитываю приближенное значения паропроизводительности (u1) в первом корпусе установки по формуле:
,
где W1 - расход выпариваемой воды в первом корпусе, определенный при решении системы уравнений теплового баланса установки, кг/с;
F - поверхность теплообмена выпарного аппарата, выбранного по ГОСТу, м2.
кг/ м2·с.
Суточное приращение накипи для любого 1-ого корпуса рассчитываю по формуле:
где u1 - паропроизводительность первого корпуса, кг/ м2 с; x1 - концентрация твердого компонента в растворе, %.
м.
По суточному приращению накипи для последнего, по ходу раствора, корпуса определяем время работы установки между чистками труб от накипи:
где дн - толщина слоя накипи в последнем корпусе (по ходу раствора), м;
дС1 - толщина суточного приращения накипи для последнего по ходу раствора корпуса, м.
суток.
Определяем температуру накипи со стороны раствора, по формуле:
,
где дст и лcт - толщина и теплопроводность стенки трубок;
лн - теплопроводность накипи по заданию, лн= 1,2 Вт/м·К.
Значение дст определено при выборе выпарных аппаратов по ГОСТу 11987-81 [2]: дст =0,0025 м
Так как трубки выполнены из нержавеющей стали находим лст=17,5 Вт/м·К [3].
°C
Далее рассчитываем коэффициента теплоотдачи б2. Для аппаратов пленочного типа с восходящей пленкой раствора (тип 3. исп 1.) критерий Nu рассчитывают по уравнению:
где Nu= б2·d / л - критерий Нуссельта;
Reж = щ ж· d с ж / м ж - критерий Рейнольдса для раствора;
Reп = щ п· d с п / м п - критерий Рейнольдса для пара;
Prж = м ж · с ж / л ж - критерий Прандтля для раствора (жидкости).
d - внутренний диаметр трубок греющей камеры, уменьшенный в связи с образованием слоя накипи на их внутренней поверхности.
Для расчета критериев подобия необходимо воспользоваться теплофизическими свойствами щелоков, рассчитанным ранее на ЭВМ. Свойства щелоков представлены в табл.5.
Таблица 5. Теплофизические свойства щелоков.
|
№ корпуса |
Плотность щелока, кг/м3 |
Вязкость кинемат., м2/с |
Вязкость динам., Па·с |
Теплоемкость, Дж/кг·К |
Теплопроводность, Вт/м·К |
|
|
1 |
1254,021 |
1,0599·10-5 |
0,11329 |
2904,654 |
0,4217 |
|
|
2 |
1149,699 |
1,5256·10-6 |
1,75396·10-3 |
3356,568 |
0,537 |
|
|
3 |
1075,272 |
8,1468·10-7 |
8,76·10-4 |
3681,606 |
0,6009 |
|
|
4 |
1112,814 |
1,2398·10-6 |
1,3797·10-3 |
3559,09 |
0,5664 |
Критерий Рейнольдса находиться по формуле:
Скорость раствора для жидкости щж, необходимая для расчета Reж в критериальном уравнении - это фиктивная скорость, так как рассчитывается на всю площадь поперечного сечения трубок греющей камеры:
,
где Gi1 - расход раствора на входе в аппарат, кг/с;
Gi1 - Wi - расход раствора на выходе из аппарата, кг/с;
nт - число трубок в греющей камере.
Рассчитываю скорость раствора для жидкости щж в первом корпусе установки:
кг/с
м/с
Критерий Рейнольдса для жидкости:
Скорость пара необходимая для расчета Reп в критериальном уравнении так же фиктивная величина:
где Wi - расход выпариваемой воды в i-том корпусе, кг/с.
Плотность пара сп и его вязкость м п находим по температуре сокового пара t1с для 1-ого корпуса по номограмме [3]:
м п =1,3·10-5 Па·с
сп =0,6814 кг/м3
м/с
Критерий Рейнольдса для пара:
,
Критерий Прандтля для раствора:
,
где сж - теплоемкость раствора, Дж/кг·К;
лж - теплопроводность раствора, Вт/м·К.
,
Рассчитываем критерий Nu:
Так как Nu= б2· d / л, то
Вт/м2·К.
Определяем удельный тепловой поток при теплоотдаче к раствору:
,
где tн - температура накипи со стороны раствора, °С;
t12 - температура кипения раствора в первом корпусе, °С.
Вт/м2
2) Так как Дt было выбрано произвольно и на первом этапе приближении qконд < qкип, а различие в удельных тепловых потоках не должно превышать 5%, то провожу второй этап приближения. Для этого увеличиваю Дt и принимаю ?t = 2°C. Расчет проводим аналогично предыдущим.
°C
°C
А =191, 19
Вт/ м2 ·К
Вт/ м2
°C
Вт/м2
На втором этапе приближении qконд > qкип, то необходимо уменьшить значение ?t, поэтому в третьем приближении строим график зависимости qконд и qкип от задаваемых значений ?t, соединяя прямыми линиями точки qконд между собой, а qкип между собой. График представлен на рис.2. На пересечении этих прямых находим новое значение ?t.
Из графика находим ?t =1,63°C. Расчет проводим аналогично предыдущим.
°C
°C
А =191,3
Вт/ м2 ·К
Вт/ м2
°C
Вт/м2
Расхождение между qконд и qкип составляет (8093,45 - 7969,98) / 7969,98 = 1,5%, что меньше 5%, поэтому Дt определено правильно. Полученные значения б2 и б1 используем для вычисления коэффициента теплопередачи:
Вт/м2·К.
Проводим окончательную проверку расчета:
где Дt - полезная разность температур,°C.
Вт/м2
По графику при Дt=1,63°C q=7890 Вт/м2.
Так как в аппарате циркуляция раствора отсутствует и при прохождении раствора по трубкам греющей камеры его концентрация изменяется от хi1 до хi2, то все теплофизические параметры раствора рассчитываются по программе на ЭВМ при средних концентрациях хi раствора в корпусе и при его температуре ti2 на выходе из аппарата. Значение хi равно:
хi=0,5* (хi1 + хi2)
х1ср=0,5* (34,24+54,97) = 44,6%
х2ср=0,5* (24,95+34,24) = 29,59%
х3ср=0,5* (16+19,33) = 17,67%
х4ср=0,5* (19,33+24,95) = 24,14%
Данные расчетов теплофизических параметров раствора приведены в таблице 6.
Таблица 6. Теплофизические свойства щелоков при средней концентрации.
|
№ корпуса |
Плотность щелока, кг/м3 |
Вязкость кинемат., м2/с |
Вязкость динам., Па·с |
Теплоемкость, Дж/кг·К |
Теплопроводность, Вт/м·К |
|
|
1 |
1195,431 |
3,0355·10-6 |
3,6288·10-3 |
3130,72 |
0,4879 |
|
|
2 |
1123,421 |
1,1369·10-6 |
1,2772·10-3 |
3457,938 |
0,5607 |
|
|
3 |
1066,275 |
7,5959·10-7 |
8,0994·10-4 |
3717,794 |
0,6082 |
|
|
4 |
1097,584 |
1,0861·10-6 |
1, 1921·10-3 |
3620,348 |
0,5791 |
Коэффициенты теплопередачи в дальнейшем рассчитываем на ЭВМ. С этой целью необходимые для расчета данные вносим в табл.7.
Таблица 7. Данные для расчета коэффициентов теплопередачи.
|
№ |
Наименование величины |
Единицы измерения |
Номера корпусов |
||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
|
|
1 |
Температура греющего пара |
°C |
131,64 |
102,96 |
89,28 |
78, 19 |
|
|
2 |
Температура кипения раствора |
°C |
112,08 |
94,15 |
82,55 |
70,39 |
|
|
3 |
Скрытая теплота конденсации греющего пара |
Дж/кг |
2169592 |
2255104 |
2295272 |
2317018 |
|
|
4 |
Высота труб выпарного аппарата |
м |
7 |
7 |
7 |
7 |
|
|
5 |
Наружный диаметр трубок аппарата |
м |
0,057 |
0,057 |
0,057 |
0,057 |
|
|
6 |
Коэффициент, характеризующий содержание воздуха в паре |
0,6 |
0,6 |
0,6 |
0,6 |
||
|
7 |
Толщина стенки трубок выпарного аппарата |
м |
0,0025 |
0,0025 |
0,0025 |
0,0025 |
|
|
8 |
Теплопроводность стенки трубок |
Вт/м·К |
17,5 |
17,5 |
17,5 |
17,5 |
|
|
9 |
Толщина накипи |
м |
0,001 |
8,17·10-4 |
6,44·10-4 |
7,72·10-4 |
|
|
10 |
Теплопроводность накипи |
Вт/м·К |
0,8 |
0,8 |
0,8 |
0,8 |
|
|
11 |
Условное обозначение аппарата |
3.1 |
3.1 |
3.1 |
3.1 |
||
|
12 |
Число трубок в греющей камере |
894 |
894 |
894 |
894 |
||
|
13 |
Количество сокового пара, выходящего из аппарата |
кг/с |
4,601 |
4,54 |
4,5 |
4,871 |
|
|
14 |
Расход раствора на входе в аппарат |
кг/с |
12,2 |
16,74 |
26,11 |
21,61 |
|
|
15 |
При средней концентрации раствора в аппарате и его температуре на выходе из аппарата: плотность раствора вязкость раствора теплоемкость раствора теплопроводность раствора |
кг/ м3 Па·с Дж/кг·К Вт/м·К |
1195,4 3,629·10-3 3130,72 0,488 |
1123,4 1,277·10-3 3457,94 0,561 |
1066,3 8,099·10-4 3717,79 0,608 |
1097,6 1, 192·10-3 3620,35 0,579 |
|
|
16 |
Вязкость сокового пара |
Па·с |
1,3·10-5 |
1,25·10-5 |
1,23·10-5 |
1,2·10-5 |
|
|
17 |
Плотность сок. пара |
кг/м3 |
0,681 |
0,4436 |
0,3072 |
0,1874 |
|
|
18 |
Уточненные значения концентраций раствора |
% |
54,97 |
34,24 |
19,33 |
24,95 |
|
|
19 |
Значение концентрации раствора на выходе из установки |
% |
54,97 |
||||
|
20 |
Расход сокового пара из корпуса с максимальной концентрацией раствора |
кг/с |
4,601 |
||||
|
21 |
Поверхность теплообмена по ГОСТ |
м2 |
1120 |
1120 |
1120 |
1120 |
|
|
22 |
Номер корпуса из которого выходит раствор |
1 |
Полученные с помощью ЭВМ коэффициенты теплопередачи представлены в табл.8.
Таблица 8. Рассчитанные коэффициенты теплопередачи.
|
№ корпуса |
K |
б1 |
б2 |
tст |
q |
|
|
1 |
465,79 |
4673,005 |
1851,722 |
129,69 |
9110,852 |
|
|
2 |
604,58 |
5227,273 |
3341,942 |
101,941 |
5326,354 |
|
|
3 |
743,85 |
5103,101 |
4982,919 |
88,299 |
5006,141 |
|
|
4 |
654,8 |
4850,599 |
4687,79 |
77,137 |
5107,474 |
1.7 Уточненный расчет поверхности теплопередачи и выбор выпарных аппаратов
Применяя основное уравнение теплопередачи к любому корпусу выпарной установки, рассчитывают для него при принятом ранее температурном режиме требуемую поверхность теплообмена:
где Qi - тепловая нагрузка, Вт; ?t - полезная разность температур в i-ом корпусе, установленная на предыдущих этапах расчета,°C; Ki - коэффициент теплопередачи, Вт/м2·К. Численное значение Qi находим по формуле:
,
где Dir и Jir - расход (кг/с) и энтальпия (Дж/кг) греющего пара поступающего в аппарат; сik и tik - теплоемкость (Дж/кг·К) и температура (°C) конденсата. Считаем что конденсат из аппарата выводится при температуре конденсации, принимаем tik= tir
Q1 = 4,725· (2728300-4270·131,64) = 10235282 Bт
Q2 = 4,601· (2683740-4230·102,96) = 10344056 Bт
Q3 = 4,540· (2660700-4190·89,28) = 10381240 Bт
Q4 = 4,498· (2641100-4190·78, 19) = 10406051 Bт
м2
м2
м2
м2
Различие между большим и меньшим значениями площадей превышает 10%, провожу уточнение распределения полезной разности температур по корпусам:
.
°C.
°C
°C
°C
°C
Составляем новый температурный режим работы установки:
t1Г=131,64°C, t12=t1Г-Дt1=131,64-13,67=117,97°C
t1C=t12-Д'12=117,97-8,12=109,85°C, t2Г=t1C-Д'''12=109,85-1=108,85°C
t22=t2Г-Дt2=108,85-10,65=98,2°C
t2C=t22-Д'22=98,2-2,86=95,34°C
t3Г=t2C-Д'''23=95,34-2=93,34°C
t32=t3Г-Дt3=93,34-8,69=84,65°C
t3C=t32-Д'32=84,65-1,36=83,29°C
t4Г=t3C-Д'''34=83,29-3=80,29°C
t42=t4Г-Дt4=80,29-9,89=70,4°C
t4C=t42-Д'42=70,4-1,8=68,6°C
Полученные результаты представлены в табл.9.
Таблица 9. Новый температурный режим.
|
№ корпуса |
?''' (i-1) i |
Температура сокового пара, tic. |
?' i2 |
Температура кипения раствора, ti2. |
?ti |
Температура греющего пара, t ir. |
|
|
1 |
1 |
109,85 |
8,12 |
117,97 |
13,67 |
131,64 |
|
|
2 |
2 |
95,34 |
2,86 |
98,2 |
10,65 |
108,85 |
|
|
3 |
3 |
83,29 |
1,36 |
84,65 |
8,69 |
93,34 |
|
|
4 |
? |
68,6 |
1,8 |
70,4 |
9,89 |
80,29 |
Энтальпии пара (греющего и сокового) определяют при линейной интерполяции по соответствующим значениям температур [3], установленным при расчете нового температурного режима работы установки:
t1Г=131,64°С => I1Г=2728,3 кДж/кг
t2Г=108,85°С => I2Г=2693,93кДж/кг
t3Г=93,34°С => I3Г=2668,01 кДж/кг
t4Г=80,29°С => I4Г=2644,52 кДж/кг
t1С=109,85°С => I1С=2695,73кДж/кг
t2С=95,34°С => I2С=2671,54 кДж/кг
t3С=83,29°С => I3С=2649,92 кДж/кг
t4С=68,6°С => I4С=2623,84 кДж/кг
Считая, что переохлаждения конденсата греющего пара не происходит, принимают tik=tir [1] и при этой температуре из таблицы физических свойств воды (на линии насыщения) [3] находим теплоемкость конденсата:
t1С=131,64°С => с1к=4,27 кДж/кг·К, t2С=108,85°С => с2к=4,23 кДж/кг·К
t3С=93,34°С => с3к=4,2 кДж/кг·К, t4С=80,29°С => с4к=4,19 кДж/кг·К
Все необходимые для решения системы уравнений данные свожу в табл.10.
Решение составленной системы уравнений теплового баланса выполняю с применением ЭВМ.
Число корпусов: n=4;
Производительность установки по исходному раствору: Go=26,11 кг/с;
Общее количество выпаренной воды: W=18,51 кг/c
Таблица 10. Данные для расчета расходов греющего пара и испаряемой воды.
|
№ |
Наименование величины |
Размерность |
Номера корпусов |
||||
|
I |
II |
III |
IV |
||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
|
|
1 |
Энтальпия греющего пара |
кДж/кг |
2728,3 |
2693,93 |
2668,01 |
2644,52 |
|
|
2 |
Энтальпия сокового пара |
кДж/кг |
2695,73 |
2671,54 |
2649,92 |
2623,84 |
|
|
3 |
Теплоемкость конденсата |
кДж/кг·К |
4,27 |
4,23 |
4,2 |
4, 19 |
|
|
4 |
Теплоемкость раствора на входе в корпус |
кДж/кг·К |
3,359 |
3,560 |
3,754 |
3,682 |
|
|
5 |
Теплоемкость раствора на выходе из корпуса |
кДж/кг·К |
2,905 |
3,359 |
3,682 |
3,560 |
|
|
6 |
Температура конденсата |
°С |
131,64 |
108,85 |
93,34 |
80,29 |
|
|
7 |
Температура раствора на входе в корпус |
°С |
117,97 |
98,2 |
84,65 |
84,65 |
|
|
8 |
Температура раствора на выходе из корпуса |
°С |
117,97 |
98,2 |
84,65 |
70,4 |
Значения, полученные при решении системы уравнений теплового баланса выпарной установки, расходов греющего пара и испаряемой воды по корпусам занесены в табл.11.
Таблица 11. Уточненные расходы греющего пара и испаряемой воды.
|
№ |
Расход греющего пара, кг/с |
Расход испаряемой воды, кг/с |
|
|
1 |
4,694 |
4,599 |
|
|
2 |
4,599 |
4,527 |
|
|
3 |
4,527 |
4,475 |
|
|
4 |
4,475 |
4,909 |
Рассчитываю новые значения тепловых нагрузок по корпусам и требуемую поверхность теплообмена:
Q1 = 4,694· (2728300-4270·131,64) = 10168130 Bт
Q2 = 4,599· (2693930-4230·108,85) = 10271841 Bт
Q3 = 4,527· (2668010-4200·93,34) = 10303370 Bт
Q4 = 4,475· (2644520-4190·80,29) = 10328769 Bт
м2
м2
м2
м2
Расхождения вновь вычисленных значений площадей теплообмена между собой составляет 0,2%, то по рассчитанным значениям поверхностей выбираем аппарат по ГОСТу 11987-82 [2]:
Площадь аппарата F=1600м2;
d =38Ч2 мм; Н=7000 мм=7м.
Диаметр греющей камеры не менее Drk=2400мм
Диаметр сепаратора не более Dцт=7500мм
Высота аппарата не более H=16000мм
Масса аппарата не более М=70200кг
Меняется число труб в греющей камере выпарного аппарата:
шт.
1.8 Температурный режим при запуске установки в работу
Ранее проведённые расчеты отвечают наихудшим условиям работы установки перед её остановом на очистку трубок от накипи. При пуске установки в работу накипь на внутренней поверхности трубок греющей камеры в любом аппарате отсутствует, а следовательно, условия теплопередачи будут отличаться от ранее принятых.
Коэффициент теплопередачи в этом случае для любого i-того корпуса определяют по формуле:
где б1i и б2i - коэффициенты теплоотдачи, которые были рассчитаны для i-того корпуса при наличии в трубках накипи, Вт/ м2 ·К.
Вт/м2·К.
Вт/м2·К.
Вт/м2·К.
Вт/м2·К.
Для всех корпусов значения Кi увеличились, значит для передачи от греющего пара к раствору такого же теплового потока Qi, как и при наличии накипи, потребуется уменьшить необходимый температурный напор в любом из корпусов, численное значение которых в соответствии с уравнением теплопередачи составит:
где F - поверхность теплопередачи выбранного по ГОСТу 11987-82 выпарного аппарата, м2.
°С
°С
°С
°С
Составляем температурный режим работы установки на период её пуска, исходя из температуры сокового пара в последнем четвертом корпусе рассчитанной на предыдущем этапе приближения:
t4c = 68,6°C, t42 = t4c+ ?'42 = 68,6+1,8=70,4°C
t4г = t42 + ?t4 =70,4+3,44=73,84°C
t3c = t4r + ?'''34 =73,84+3=76,84°C
t32 = t3c + ?'32 = 76,84+1,36=78,2°C
t3г = t32 + ?t3 = 78,2+3,29=81,49°C
t2c = t3r + ?'''23 = 81,49+2=83,49°C
t22 = t2c + ?'22 = 83,49+2,86=86,35°C
t2r = t22 + ?t2 = 86,35+3,88=90,23°C
t1c = t2r + ?'''12 = 90,23+1=91,23°C
t12 = t1c + ?'12 = 91,23+8,12=99,35°C
t1г = t12 + ?t1 = 99,35+5,52=104,87°C
Полученные результаты представлены в табл.12.
Таблица 12. Температурный режим в период пуска.
|
№ корпуса |
?''' (i-1) i |
Температура сокового пара, tic. |
?' i2 |
Температура кипения раствора, ti2. |
?ti |
Температура греющего пара, t ir. |
|
|
4 |
- |
68,6 |
1,8 |
70,4 |
3,44 |
73,84 |
|
|
3 |
3 |
76,84 |
1,36 |
78,2 |
3,29 |
81,49 |
|
|
2 |
2 |
83,49 |
2,86 |
86,35 |
3,88 |
90,23 |
|
|
1 |
1 |
91,23 |
8,12 |
99,35 |
5,52 |
104,87 |
2. Расчет вспомогательного оборудования
Все вспомогательное оборудование выпарной установки (барометрический конденсатор, вакуум - насос, подогреватели раствора и насосы для перекачивания выпариваемого раствора) рассчитывают и выбирают по каталогам для наихудших условий работы, а именно для момента, предшествующего остановки установки.
2.1 Расчет барометрического конденсатора
При расчете барометрического конденсатора определяю его размеры и расход охлаждающей воды.
Пересчет расхода вторичного пара, поступающего в конденсатор на давление 0,1 ат.
где Wт и ст - расход (кг/с) и плотность (кг/м3) пара при давлении p=0,1 ат.
Wпс и спс - расход (кг/с) и плотность (кг/м3) сокового пара, выходящего из последнего корпуса установки;
с - коэффициент, учитывающий долевой расход сокового пара, поступающего в барометрический конденсатор (с=0,1ч0,2) [5]. Принимаю с=0,2
Нахожу плотности методом линей ной интерполяции [3]:
при Р = 0,1 ат, ст = 0,0669кг/м3
при t4c = 68,6°C, спс = 0,1869кг/м3
кг/с.
По значениям Wт и ст уравнения массового расхода определяю диаметр барометрического конденсатора:
где щ - скорость пара (находится в промежутке15-20 м/с [5]), принимаю щ=15 м/с.
м.
Выбираем по вычисленному диаметру барометрический конденсатор из ГОСТа 11987-82 [2]:
Внутренний диаметр конденсатора dбк=800мм
Толщина стенки аппарата S = 5мм
Высота установки Н = 5080мм
Ширина установки Т = 2350мм
Диаметр ловушки D1 = 400мм
Высота ловушки h1 =1350мм
Расстояние между полками а1= 200мм
а2 = 260мм
а3 = 320мм
а4 = 380мм
а5 = 440мм
Условные проходы штуцеров:
1) для входа пара d = 350мм
2) для входа воды d = 200мм
3) для выхода парогазовой смеси d =125мм
4) для барометрической трубы d = 200мм
Высоту барометрической трубы находим по формуле:
,
где В - вакуум в барометрическом конденсаторе, Па;
сB - плотность воды, кг/м3;
л - коэффициент гидравлического трения при движении воды в барометрической трубе;
dбт - диаметр барометрической трубы, м;
?о - сумма коэффициентов местных сопротивлений;
щВ - скорость воды в барометрической трубе, м/с;
0,5 - запас высоты на возможное изменение барометрического давления, м.
Расход охлаждающей воды GB определяю из уравнения теплового баланса барометрического конденсатора:
,
где (С·Wпс) - расход сокового пара, поступающего в барометрический конденсатор после поверхностного конденсатора, кг/с;
Jпс - энтальпия сокового пара, Дж/кг;
tн - начальная температура охлаждающей воды (в пределах 15-25 по [5]),
принимаем tн=20°С;
tк - конечная температура смеси воды и конденсата,°С; (принимаем на 3-5°С ниже
температуры конденсации сокового пара [5]),
tк = 68,6-4 = 64,6°С;
сВ - теплоёмкость воды, Дж/кг·К.
кг/с
Тогда скорость движения смеси воды и конденсата в барометрической трубе находят по уравнению массового расхода:
м/с
Величина ?о складывается из коэффициентов местных сопротивлений на входе о=0,5 в трубу и на выходе из неё о=1 [3]. ?о=1,5.
Значение л для гладких труб находят по графику в зависимости от режима течения жидкости, определяемому критерием Рейнольдса:
,
где мB - вязкость воды, Па·с. При температуре tk = 64,6 по графику [3] нахожу мB = 441·10-6 Па·с
,
Коэффициент гидравлического трения л для гладких труб находим по графику [3] в зависимости от режима течения жидкости: л = 0,016.
Нбт=7,85 м ?8м.
2.2 Расчёт вакуум-насоса
Производительность вакуум-насоса Gвозд определяется количеством газа (воздуха), который необходимо удалять из барометрического конденсатора в единицу времени:
где 2,5·10-5 - массовый расход газа, выделяющегося из 1 кг воды;
0,01 - массовый расход газа, подсасывающегося в конденсатор через неплотности, на 1 кг пара.
кг/с
Объемную производительность вакуум-насоса рассчитываем по формуле:
где R = 8310 Дж/ (кмоль·К) - универсальная газовая постоянная;
Mвозд - молекулярная масса воздуха, кг/кмоль;
tвозд - температура воздуха,°С;
Рвозд - парциальное давление сухого воздуха в барометрическом конденсаторе, Па.
Температуру воздуха рассчитывают по уравнению:
tвозд = tн + 4 + 0,1· (tк - tн)
где tк и tн - конечная и начальная температура воды,°С;
tвозд = 20+4+0,1· (64,6-20) = 28,46°С
Величину Рвозд определяют по формуле:
Рвозд = Рбк - Рп,
где Рбк - абсолютное давление в барометрическом конденсаторе, равное абсолютному давлению
в сепараторе последнего корпуса Рпс, Па;
Рп - давление насыщенного водяного пара при температуре tвозд, Па [3];
Рбк = Рпс =29444 Па, при tвозд =28,46°С: Рп =3915Па
Рвозд =29444 - 3915 = 25529 Па
Выбор вакуум-насоса производят по учебному пособию [2] по объемной производительности Vвозд и степени разрежения от атмосферного давления:
где В - вакуум в барометрическом конденсаторе, кПа.
По объемной производительности Vвозд = 9,16 м3/мин выбираем вакуум-насос [2] типа ВВН-12 с мощностью на валу N = 20 кВт.
2.3 Расчет подогревателей раствора
Поверхность нагрева любого подогревателя находят из основного уравнения теплопередачи:
где Q - количество теплоты, необходимое для нагрева раствора, Вт;
K - коэффициент теплопередачи в подогревателе, Вт/м2·К;
?tср - средняя движущая сила теплопередачи,°С
Тепловой поток от греющего пара к раствору в подогревателе определяют по формуле:
где Gр - расход раствора, кг/с;
ср - теплоемкость раствора, Дж/кг·К;
tвх и tвых - температуры раствора на входе и выходе.
Gp1=Go=26,11 кг/c; Вт
Коэффициент теплопередачи подогревателя для исходного раствора:
Kпод =0,8·Ква=0,8·1957,2= 1565,76 Вт/м2·К
Рассчитываем среднюю движущую силу в подогревателе:
tн ГП =131,64°С > tк ГП = 131,64°С
tк р-ра = 84,65°С < tн р-ра = 56°С
Так как ?tд/?tм = 1,61 < 2, ?tср рассчитываем:
°С
м2
По вычисленным значениям поверхностей теплообмена подбираю возможные варианты одноходовых ГОСТовских кожухотрубчатых теплообменников по [2] (ГОСТ 15118-79, ГОСТ 15120-79 и 15122-79). Данные занесены в табл.13.
Таблица 13. Характеристика теплообменников.
|
№ |
Поверхность теплообмена, м2 |
Длина труб, м |
Диаметр кожуха, мм |
Диаметр труб, мм |
Число труб |
Площадь сечения, м2 |
|
|
1 |
34 |
3 |
400 |
20Ч2 |
181 |
0,036 |
|
|
2 |
35 |
4 |
400 |
25Ч2 |
111 |
0,038 |
Сопоставление выбранных вариантов провожу по гидродинамическому режиму движения раствора по трубам теплообменника. С этой целью из уравнения массового расхода выражаем скорость движения раствора по трубам выбранных теплообменников:
где ср - плотность проходящего через теплообменник раствора, при средней его температуре, кг/ м3
S - площадь поперечного сечения труб в теплообменнике, м2
Рассчитываем среднюю температуру и плотность раствора в теплообменнике:
tср = (tк р-ра +tн р-ра) /2 = (56+84,65) /2 = 70,32°С
ср= с90-К· (tср - 90) - М· (tср - 90) 2
с90 = А +В·х,
где А=965,8 В=5,42; К=0,655; М=0,00225 [1];
с90 =965,8-5,42·16=1052,52 кг/ м3;
с =1052,52-0,655· (70,32-90) - 0,00225· (70,32-90) 2=1064,5 кг/ м3
м/с
м/с
Гидродинамический режим оценивают по критерию Рейнольдса:
где d - внутренний диаметр труб в теплообменнике, м;
н - вязкость проходящего через теплообменник раствора, м2/с.
Кинематическую вязкость в подогревателе на линии подачи раствора вычисляем по формуле:
н = b0·10-6ехр (b·108· Тср - 3), м2/с
b0 = 0,08639+0,47022 (х/100) +0,38097 (х/100) 2-1,5244 (х/100) 3+3,5265 (х/100) 4
b = 0,61724 - 0,36583 (х/100) + 6,29912 (х/100) 2-24,4779 (х/100) 3+43,0965 (х/100) 4
где х - концентрация в массовых процентах;
Тср - температура, К.
Подобные документы
Приведение принципиальной схемы двухкорпусной выпарной установки. Расчет диаметров трубопроводов и штуцеров, толщины теплоизоляционных покрытий, теплообменника исходной смеси для конструирования выпарного аппарата. Выбор вспомогательного оборудования.
курсовая работа [366,2 K], добавлен 09.05.2011Предварительное распределение выпариваемой воды по корпусам установки. Определение температурного режима работы установки. Уточненный расчет поверхности теплопередачи и выбор выпарных аппаратов. Расчет барометрического конденсатора, вакуум-насоса.
курсовая работа [615,9 K], добавлен 14.03.2012Технологическая схема выпарной установки. Выбор выпарных аппаратов и определение поверхности их теплопередачи. Расчёт концентраций выпариваемого раствора. Определение температур кипения и тепловых нагрузок. Распределение полезной разности температур.
курсовая работа [523,2 K], добавлен 27.12.2010Процесс выпаривания водных растворов. Многокорпусные выпарные установки. Расчет схемы трехкорпусной выпарной установки. Вспомогательные установки выпарного аппарата. Концентрации растворов, удельные показатели использования вторичных энергоресурсов.
дипломная работа [1,2 M], добавлен 01.08.2011Сущность и основные способы выпаривания, их преимущества и недостатки. Описание принципиальной и технологической схемы прямоточной трехкорпусной выпарной установки. Технологический расчёт выпарных аппаратов и выбор вспомогательного оборудования.
курсовая работа [1,0 M], добавлен 22.10.2009Исследование процесса выпаривания дрожжевой суспензии. Расчет двухкорпусной прямоточной вакуум-выпарной установки с вынесенной зоной нагрева и испарения и принудительной циркуляцией раствора в выпарных аппаратах для концентрирования дрожжевой суспензии.
курсовая работа [183,9 K], добавлен 19.06.2010Испытание двухкорпусной выпарной установки. Материальный баланс установки. Коэффициенты теплопередачи по корпусам. Тепловой баланс установки. Испытание процесса ректификации. Экстракция. Описание установки и порядок выполнения работы. Абсорбция.
методичка [677,0 K], добавлен 17.07.2008Классификация и выбор многоступенчатой выпарной установки (МВУ). Выбор числа ступеней выпаривания. Определение полезного перепада температур по ступеням МВУ. Поверхность теплообмена выпарных аппаратов. Определение расхода пара на первую ступень МВУ.
курсовая работа [507,4 K], добавлен 27.02.2015Представление принципиальной схемы вакуум-выпарной установки, ее технологические характеристики. Расчет вспомогательного оборудования, барометрического конденсатора, теплообменного аппарата, штуцеров. Проверка на прочность и устойчивость аппаратов.
курсовая работа [1,5 M], добавлен 20.01.2011Определение поверхности теплопередачи выпарных аппаратов. Распределение концентраций раствора по корпусам установки и соотношение нагрузок по выпариваемой воде. Применение конденсатора смешения с барометрической трубой для создания вакуума в установках.
курсовая работа [101,7 K], добавлен 13.01.2015
