Расчет и подбор двухкорпусной выпарной установки непрерывного действия для выпаривания нитрата калия
Схема двухкорпусной выпарной установки. Расчет подогревателя. Количество передаваемого тепла от конденсатора к воде. Расход греющего пара. Подготовка к расчету коэффициента теплопередачи. Расчет коэффициента теплопередачи, поверхности теплообмена.
| Рубрика | Химия |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 04.01.2009 |
| Размер файла | 93,7 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.
15
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], [2] и [3]. 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 = 3,94519·10-3 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 = 38х2 [6, стр. 415]
г)
д) Расчет параметра В
Расчет коэффициента теплопередачи
|
№ итерации |
К новое |
К |
|
|
1 |
1000 |
1940,997 |
|
|
2 |
1940,997 |
1860,799 |
|
|
3 |
1860,799 |
1866,738 |
|
|
4 |
1866,738 |
1866,293 |
|
|
5 |
1866,293 |
1866,326 |
|
|
6 |
1866,326 |
1866,324 |
|
|
7 |
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 [1] и [2]
|
a%, масс |
0 |
5 |
10 |
15 |
20 |
25 |
30 |
40 |
60 |
8 |
55 |
|
|
tкип, ?С |
100 |
100,5 |
100,9 |
101,2 |
102,1 |
104,1 |
108,2 |
100,7 |
107,0 |
|||
|
??= ?q |
1 |
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 |
104 |
143,9 |
||
|
? |
40 |
40 |
|||
|
t |
107,1 |
64 |
64 |
||
|
? |
1,4 |
5,3 |
5,3 |
||
|
? |
101,7 |
58,7 |
58,7 |
||
|
?Г |
1,7 |
1,7 |
|||
|
a% |
17,3 |
55 |
17,3 |
55 |
|
|
Pгр |
4,4 |
0,239 |
4,5 |
||
|
P |
1,29 |
0,188 |
0,188 |
||
|
h |
2742 |
2616 |
2742 |
||
|
i |
2713 |
2607 |
2607 |
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 |
2813 |
1402 |
51562 |
37,22 |
43,54 |
|
|
II |
336,6 |
2341 |
1146 |
153146 |
53,50 |
81,78 |
|
|
? |
-- |
5154 |
2548 |
-- |
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 |
104 |
147,1 |
103,2 |
|
|
? |
40 |
40 |
40,8 |
39,2 |
|
|
t |
107,1 |
64 |
106,3 |
64 |
|
|
? |
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 |
55 |
17,3 |
55 |
|
|
Pгр |
4,4 |
0,24 |
4,5 |
1,13 |
|
|
P |
1,29 |
0,188 |
1,2 |
0,188 |
|
|
h |
2742 |
2616 |
2742 |
2659 |
|
|
i |
2713 |
2607 |
2684 |
2607 |
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)
Список литературы
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.
Содержание
- 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 [1] и [2] 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
Подобные документы
Технологический, полный тепловой расчет однокорпусной выпарной установки непрерывного действия для выпаривания водного раствора нитрата калия. Чертеж схемы подогревателя начального раствора. Определение температур и давлений в узловых точках аппарата.
курсовая работа [404,1 K], добавлен 29.10.2011Технологический расчет выпарного аппарата. Температуры кипения растворов. Полезная разность температур. Определение тепловых нагрузок. Расчет коэффициентов теплопередачи. Толщина тепловой изоляции выпарной установки. Высота барометрической трубы.
курсовая работа [393,9 K], добавлен 30.10.2011Технологические схемы процесса выпаривания. Конструкции выпарных аппаратов. Принцип действия проектируемой установки. Определение поверхности теплопередачи. Расчет толщины тепловой изоляции. Определение гидравлического сопротивления теплообменника.
курсовая работа [1,4 M], добавлен 29.11.2010Расчет установки для непрерывного выпаривания раствора нитрата калия, для непрерывного концентрирования раствора нитрата аммония в одном корпусе. Определение температур и давлений. Расчет барометрического конденсатора и производительности вакуум насоса.
курсовая работа [529,5 K], добавлен 15.12.2012Методы расчета выпарной установки непрерывного действия, для выпаривания раствора сульфата натрия. Составление технологической схемы выпарной установки, расчет основного аппарата, подбор вспомогательного оборудования (теплообменной и насосной аппаратуры).
курсовая работа [1,4 M], добавлен 23.12.2010Процесс выпаривания. Описание технологической схемы выпарной установки, ее преимущества и недостатки. Теплотехнический и механический расчёт выпарных аппаратов и их вспомогательного оборудования. Узел подогрева исходного раствора, поддержания вакуума.
курсовая работа [45,3 K], добавлен 04.01.2009Расчет выпарной установки для концентрирования водного раствора кальциевой соли соляной кислоты. Описание технологических схем выпарных установок. Расчет конструкции установки, концентраций упариваемого раствора, выбор барометрического конденсатора.
курсовая работа [1,6 M], добавлен 03.11.2013Выбор аппарата и определение диаметра штуцеров. Степень концентрирования на ступени обратного осмоса. Концентрация упариваемого раствора. Расчет поверхности мембраны. Секционирование аппаратов в установке. Расчет трехкорпусной выпарной установки.
курсовая работа [814,9 K], добавлен 06.01.2015Определение свойств теплоносителей. Оценка коэффициента теплопередачи и ориентировочной поверхности теплообмена. Конструкция вертикального кожухотрубчатого теплообменника жесткого типа. Расчет скорости воды в межтрубном пространстве теплообменника.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 14.11.2013Проект однокорпусной выпарной установки непрерывного действия для выпаривания раствора хлорида аммония. Материальный баланс процесса выпаривания. Определение температур, давлений в узловых точках технологической схемы. Тепловой баланс выпарного аппарата.
курсовая работа [346,4 K], добавлен 19.01.2011
