Расчет и подбор выпарной установки

При Re = 206790 коэффициент трения определяется по формуле Никурадзе:

l = 0,0032 + 0,221*Re^-0,237=0,015

Т. о., Н_бт=91000/1000*9,81 + (1+1,5?????5 Н_бт/ 0,25)0,67²/2*9,81 + 0,5=9,833+0,00137 Н_бт

Н_бт=9,8 м.

6.1.4. Барометрический ящик.

Барометрический ящик, заполненный водой и сообщающийся с атмосферой, является гидравлическим затвором для барометрической трубы. Объём воды в ящике должен обеспечивать заполнение барометрической трубы при пуске установки. Следовательно, объём ящика должен быть не менее объёма барометрической трубы, а форма ящика может быть произвольной:

V₃ >= pd_бт²Н_бт /4>=3,14*0,25²*9,8/4 = 0,48 м³.

6.2. Расчёт производительности вакуум-насоса.

Производительность вакуум-насоса G_возд определяется количеством газа (воздуха), который необходимо удалять из барометрического конденсатора:

G_возд =2,5*10^-5(Gв + W₃)+0,01W₃= 2,5*10^-5 (31,98+1,03) +0,01*1,03 = 11,1*10^-3кг/с

Объёмная производительность вакуум-насоса равна:

V_возд = R(273+t_возд) G_возд/(M_воздP_возд), где R = 8314 Дж/(кмоль*К)- универсальная газовая постоянная;

M_возд = 29 кг/кмоль - молекулярная масса воздуха;

t_возд - температура воздуха:

t_возд= t_н +4+0,1*( t_к - t_н) = 20 + 4 + 0,1* 14,7 = 25,5⁰С;

Р_возд- парциальное давление сухого воздуха в барометрическом конденсаторе:

Р_возд = Р_бк -Р_п = 7000-3355 = 3645 Па, где давление сухого насыщенного пара Р_п = 0,03426 ат = 3355 Па при температуре 25,5⁰С (2, стр. 17).

Тогда V_возд = 8314(273+25,5) 1,1*10^-3/(29*3645)=0,026 м³/с =1,55 м³/мин

Зная объёмную производительность и остаточное давление, по каталогу (7, стр. 188) подбираем вакуум-насос типа ВВН-3 с мощностью на валу N = 6,5 кВт.

7. Расчет и выбор вспомогательного оборудования выпарной установки.

7.1. Конденсатоотводчики.

Для отвода конденсата, образующегося при работе теплообменных аппаратов, в зависимости от давления пара, применяют различные виды устройств.

7.1.1. Конденсатоотводчик для отвода конденсата из теплообменника, обогревающего исходный раствор до температуры кипения.

Температура греющего пара на входе в теплообменник 127⁰С, следовательно, давление Р = 2,5160 ат = =0,247 МПа.

При данном давлении устойчиво работает конденсатороотводчик термодинамический муфтовый чугунный типа 45ч12нж.

Расчётное количество конденсата после теплообменника:

Расход греющего пара Gрасч = 2774 кг/ч, тогда G = 1,2Gрасч = 3,3 т/ч.

Давление пара перед конденсатоотводчиком:

Р₁ = 0,95*Р = 1,44 ати.

Давление пара после конденсотоотводчика:

Р₂ = 0,5* Р₁ = 0,72 ати.

Условная пропускная способность:

KVy = G/(A*DP^0,5), где DP = 0,72ат = 0,07МПа - перепад давления на конденсатоотводчике;

А = 0,67 - коэффициент, учитывающий температуру конденсата и перепад давлений на конденсатоотводчике (11, стр.6).

KVy = 3,3/(0,67*0,72^0,5) = 6 т/ч.

Подбор конденсатоотводчиков типа 45ч12нж по (11, стр. 7):

Установим 3 одинаковых конденсатоотводчика с условной пропускной способностью KVy = 2; диаметр условного прохода равен 40мм; размеры L=170мм, L1= 22мм, Hmax=89мм, H1= 42,5мм, Do=111,5мм.

7.1.2. Конденсатоотводчик для отвода конденсата из первого корпуса выпарной установки.

Температура греющего пара на входе в аппарат 150⁰С, следовательно, давление Р = 4,85 ат =0,476 МПа.

При данном давлении устойчиво работает конденсатороотводчик термодинамический муфтовый чугунный типа 45ч12нж.

Расчётное количество конденсата после теплообменника:

Расход греющего пара Gрасч = 6596 кг/ч, тогда G = 1,2Gрасч = 7,9 т/ч.

Давление пара перед конденсатоотводчиком:

Р₁ = 0,95*Р = 3,61 ати.

Давление пара после конденсотоотводчика:

Р₂ = 0,5* Р₁ = 1,81 ати.

Условная пропускная способность:

KVy = G/(A*DP^0,5), где DP = 1,8 ат = 0,18 МПа - перепад давления на конденсатоотводчике;

А = 0,55 - коэффициент, учитывающий температуру конденсата и перепад давлений на конденсатоотводчике (11, стр.6).

KVy = 4,61/(0,55*0,18^0,5) = 6,2 т/ч.

Подбор конденсатоотводчика типа 45ч12нж по (11, стр. 7):

Установим 2 одинаковых конденсатоотводчика с условной пропускной способностью KVy = 2 и один с условной пропускной способностью KVy = 2,5.

При KVy = 2 диаметр условного прохода равен 40мм; размеры L=170мм, L1= 22мм, Hmax=89мм, H1= 42,5мм, Do=111,5мм.

При KVy = 2,5 диаметр условного прохода равен 50мм; размеры L=200мм, L1= 24мм, Hmax=103мм, H1= 60мм, Do=115мм.

7.1.3. Конденсатоотводчик для отвода конденсата из второго корпуса выпарной установки.

Температура греющего пара на входе в аппарат 127⁰С, следовательно, давление Р =0,247 МПа.

При данном давлении устойчиво работает конденсатороотводчик термодинамический муфтовый чугунный типа 45ч12нж.

Расчётное количество конденсата после теплообменника:

Расход греющего пара Gрасч = W1-E1=2,3 т/ч, тогда G = 1,2Gрасч = 2,8 т/ч.

Давление пара перед конденсатоотводчиком:

Р₁ = 0,95*Р = 1,425 ати.

Давление пара после конденсотоотводчика:

Р₂ = 0,5* Р₁ = 0,713 ати.

Условная пропускная способность:

KVy = G/(A*DP^0,5), где DP = 0,7125 ат - перепад давления на конденсатоотводчике;

А = 0,7 - коэффициент, учитывающий температуру конденсата и перепад давлений на конденсатоотводчике (11, стр.6).

KVy = 2,8/(0,7*0,713^0,5) = 5 т/ч.

Подбор конденсатоотводчика типа 45ч12нж по (11, стр. 7):

Установим 2 одинаковых конденсатоотводчика с условной пропускной способностью KVy = 2,5.

При KVy = 2,5 диаметр условного прохода равен 50мм; размеры L=200мм, L1= 24мм, Hmax=103мм, H1= 60мм, Do=115мм.

7.1.4. Конденсатоотводчик для отвода конденсата из третьего корпуса выпарной установки.

Температура греющего пара на входе в аппарат 92⁰С, следовательно, давление Р =0,076 МПа = 0,077ат.

При данном давлении устойчиво работает конденсатороотводчик поплавкрвый муфтовый (с опрокинутым поплавком) 4513нж.

Расчётное количество конденсата после теплообменника:

Расход греющего пара Gрасч = W2 = 3,0 т/ч, тогда G = 1,2Gрасч = 3,6 т/ч.

Давление пара перед конденсатоотводчиком:

Р₁ = 0,95*Р = 0,0722МПа = 0,7 ат.

Давление пара после конденсотоотводчика:

Р₂ = 0,5* Р₁ = 0,0361МПа = 0,4 ат.

Условная пропускная способность:

t_н = 89,45⁰С - температура насыщенного пара (2, стр. 23)

t_к = 75,42⁰С - температура конденсата (2, стр.23)

т.к. t_к/t_н = 0,84 < 0,85, то

KVy = G/(r_t*DP)^0,5, где DP = 0,0361МПа = 0,37 ат - перепад давления на конденсатоотводчике;

r_t = 0,2459 кг/м³ - плотность среды, протекающей через конденсатоотводчик при температур t_к (2, стр.23).

KVy = 3,6/(0,37*0,2459)^0,5 = 12 т/ч.

Подбор конденсатоотводчика (11, стр. 7):

Установим 2 одинаковых конденсатоотводчика с условной пропускной способностью KVy = 6,3; диаметр условного прохода равен 50мм; размеры L=24мм, L1= 50мм, H = 390мм, D=250мм.

7.2. Ёмкости.

На проектируемой установке должны быть предусмотрены ёмкости для исходного и упаренного растворов, обеспечивающие непрерывную работу установки в течение 3 часов.

7.2.1. Ёмкость для исходного раствора.

Производительность по исходному раствору

S₀ = 20000кг/ч.

Плотность 10% раствора хлорида натрия при температуре окружающей среды r = 1070,7 кг/м³.

Тогда объём раствора равен

V = S₀/r--=? 20000/1070,7 = 18,7 м³/ч.

Тогда предварительный объём емкости с учётом коэффициента заполнения e--=?0,8? равен

V' = V *3ч/e = 70 м³.

7.2.2. Ёмкость для исходного раствора.

Производительность по исходному раствору

S₃ = S₀ - W = 20000 - 12000 = 8000 кг/ч.

Плотность 25% раствора хлорида натрия при температуре t₃ = 43,4⁰С

--r = 1137,7 кг/м³.

Тогда объём раствора равен

V = S₀/r--=?8000/1137,7 = 7,0 м³/ч.

Тогда предварительный объём емкости с учётом коэффициента заполнения e--=?0,8? равен

V' = V *3ч/e = 26 м³

8. Список литературы.

Н.И.Гельперин, К.И.Солопенков «Прямоточная многокорпусная выпарная установка с равными поверхностями нагрева». Москва,1975г.

М.П.Вукалович «Термодинамические свойства воды и водяного пара». Москва, Машиновтроение,1967г.

К.Ф.Павлов, Н.Г.Романков, А.А.Носков «Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии». Ленинград, Химия, 1987г.

П.Г.Алексеев, М.К.Захаров «Методические указания по курсовому проектированию прямоточных многокорпусных выпарных установок с равными поверхностями нагрева». Москва, МИТХТ,1999г.

А.А.Лощинский, А.Р.Толщинский «Основы конструирование и расчета химической аппаратуры». Москва, Машиностроение, 1970г.

Б.М.Гурович «Таблицы теплофизических свойств некоторых веществ». Ташкент, Ташкентский политехнический институт им. А.Ф.Беруни, 1975г.

Ю.И.Дытнерский «Основные процессы и аппараты химической технологии. Пособие по проектированию». Москва, Химия, 1991г.

Б.Г.Варфоломеев, В.В.Карасёв «Конструктивное оформление выпарных аппаратов. Учебно-методическое пособие». Москва, МИТХТ, 2000г.

Дж.Перри «Справочник инженера химика». Том 1. Ленинград, Химия, 1969г.

Н.И.Кошкин, М.Г.Ширкевич «Справочник по элементарной физике». Москва, Физматгиз, 1962.

В.М.Мясоедников «Подбор конденсатоотводчиков». Москва, МИТХТ, 2000г.