Производство трехкорпусной выпарной установки
Процесс выпаривания водных растворов. Многокорпусные выпарные установки. Расчет схемы трехкорпусной выпарной установки. Вспомогательные установки выпарного аппарата. Концентрации растворов, удельные показатели использования вторичных энергоресурсов.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | дипломная работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 01.08.2011 |
| Размер файла | 1,2 M |
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.
|
Параметры |
Корпус |
|||
|
1 |
2 |
3 |
||
|
Производительность по испаряемой воде Wi, кг/с |
0,486 |
0,535 |
0,583 |
|
|
Концентрация растворов bi, % |
20,15 |
28, 19 |
50 |
|
|
Температура греющего пара в 1-м корпусе tп1, оС |
170,35 |
- |
- |
|
|
Полезная разность температур , оС |
41,15 |
16,06 |
13,37 |
|
|
Температура кипения раствора ; ti=tп - Дti, оС |
145,26 |
113,54 |
137,83 |
|
|
Температура вторичного пара tвпi=ti- (), оС |
141, 19 |
107,85 |
119,84 |
|
|
Давление вторичного пара Рвп, МПа |
0,5297 |
0, 2004 |
0,0154 |
|
|
Температура греющего пара tп=tвп-, оС |
- |
154,81 |
142,05 |
Рассчитаем тепловые нагрузки по уравнениям (2.47, (2.48), (2.49)):
Расчет коэффициентов теплопередачи, выполненный описанным выше методом, приводит к следующим результатам: К1 = 483 ; К2 = 1095 ; К1 = 1880 .
Распределение полезной разности температур:
(2.65)
(2.66)
. (2.67)
Проверка суммарной полезной разности температур:
? Дtп=41,15+16,08+13,35=70,58 оС. (2.68)
Сравнение полезных разностей температур Дtп, полученных во 2-м и 1-м приближениях, приведено в табл.7.
Таблица 7. Параметры полезных разностей температур во 2-м и 1-м приближении
|
Параметры |
Корпус |
|||
|
Дti во 2-м приближении, оС |
41,15 |
16,08 |
13,35 |
|
|
Дti в 1-м приближении, оС |
41,15 |
16,06 |
13,37 |
Различия между полезными разностями температур по корпусам в 1-м и 2-м приближениях не превышают 5 %. Если же разница превысит 5 %, необходимо выполнить следующее, 3-е приближение, взяв за основу расчета Дti из 2-го приближения, и т.д., до совпадения полезных разностей температур.
Поверхность теплопередачи выпарных аппаратов (уравнение (2.1)):
;
;
.
По ГОСТ 11987-81 выбираем выпарной аппарат со следующими характеристиками:
|
Номинальная поверхность теплообмена Fн Диаметр труб d Высота труб Н Диаметр греющей камеры dк Диаметр сепаратора dс Диаметр циркуляционной трубы dц Общая высота аппарата На Масса аппарата Ма |
63 м2 382 мм 4000 мм 1200 мм 2400 мм 700 мм 13500 мм 12000 кг |
Вывод: по рассчитанным параметрам выбрали выпарной аппарат зависящий от поверхности теплопередачи и подобрали конструкционный материал - сталь марки Х17.
3. Расчет вспомогательных установок выпарного аппарата
3.1 Определение толщины тепловой изоляции
Толщину тепловой изоляции ди находят из равенства удельных тепловых потоков через слой изоляции в окружающую среду:
бв (tст2 - tв) = (ли/ди) (tст1 - tст2). (2.69)
где бв = 9,3+0,058 tст2 - коэффициент теплоотдачи от внешней поверхности изоляционного материала в окружающую среду, Вт/ (м2•К);
tст2 - температура изоляции со стороны окружающей среды (воздуха): для аппаратов, работающих в закрытом помещении, tст2 выбирают в интервале 35-45°С, а для аппаратов, работающих на открытом воздухе в зимнее время, - в интервале 0-10°С;
tст1 - температура изоляции со стороны аппарата; ввиду незначительного термического сопротивления стенки аппарата по сравнению с термическим сопротивлением слоя изоляции tст1 принимают равной температуре греющего пара tп1, tв - температура окружающей среды (воздуха),°С;
ли - коэффициент теплопроводности изоляционного материала, Вт/ (м•К).
Рассчитаем толщину тепловой изоляции для 1-го корпуса.
бв=9,3+0,058=11,6 Вт/ (м2•К)
В качестве материала для тепловой изоляции выберем совелит (85% магнезии + 15% асбеста), имеющий коэффициент теплопроводности ли =0,09 Вт/ (м•К). Тогда получим:
. (2.70)
Вывод: принимаем толщину тепловой изоляции 0,055 м и для других корпусов.
3.2 Расчет барометрического конденсатора
Для создания вакуума в выпарных установках обычно применяют конденсаторы смешения с барометрической трубой. В качестве охлаждающего агента используют воду, которая подается в конденсатор при температуре окружающей среды (около 20 оС).
Смесь охлаждающей воды и конденсата выливается из конденсатора по барометрической трубе. Для поддержания постоянства вакуума в системе из конденсатора с помощью вакуум-насоса откачивают неконденсирующиеся газы.
Необходимо рассчитать расход охлаждающей воды, основные размеры (диаметр и высоту) барометрического конденсатора и барометрической трубы, производительность вакуум-насоса.
3.2.1 Расход охлаждающей воды
Расход охлаждающей воды Gв определяют из теплового баланса конденсатора:
(2.71)
Разность температур между паром и жидкостью на выходе из конденсатора должна быть 3-5 оС.
Поэтому конечную температуру воды t2 на выходе из конденсатора примем на 3 оС ниже температуры конденсации паров:
t2= tб. к - 3,0=69,035-3,0=66,035°С. (2.72)
3.2.2 Диаметр конденсатора
Диаметр барометрического конденсатора dб. к определяют из уравнения расхода (2.73). скорость паров принимается 20 м/с:
м. (2.73)
При остаточном давлении в конденсаторе порядка 104 Па скорость паров составляет wп = 15-25 м/с.
Подбираем конденсатор диаметром, равным по расчетному параметру или ближайшему большему. Определяем его основные размеры. Выбираем барометрический конденсатор диаметром Dб. к =1600 мм (см. табл. П10 [11]).
3.2.3 Высота барометрической трубы
В соответствии с нормалями, внутренний диаметр барометрической трубы dб. т равен 300 мм. Скорость воды в барометрической трубе:
м/с. (2.74)
Высота барометрической трубы:
(2.75)
Вакуум в барометрическом конденсаторе, находиться из выражения:
Па. (2.76)
Сумма коэффициентов местных сопротивлений
?о= овх+ овых=0,5+1,0=1,5. (2.77)
где 0,5 - запас высоты на возможное изменение барометрического давления, м;
овх,овых - коэффициенты местных сопротивлений на входе в трубу и на выходе из нее.
Коэффициент трения л в барометрической трубе зависит от режима течения жидкости. Определим режим течения воды в барометрической трубе:
. (2.78)
где - плотность воды, кг/м3; - коэффициент динамической вязкости, . Их значения принимаются при средней температуре воды (табл. П31 [11]).
Для гладких труб при Re =503 000 коэффициент трения л= 0,013. Подставив в уравнение указанные значения, получим:
. (2.79)
Уравнение решаем методом последовательных приближений.
3.2.4 Расчет производительности вакуум - насоса
Производительность вакуум-насоса Gвозд определяется количеством газа (воздуха), который необходимо удалять из барометрического конденсатора, уравнение:
кг/с. (2.80)
где 2,5•10-5 - количество газа, выделяющегося из 1 кг воды; 0,01 - количество газа, подсасываемого в конденсатор через неплотности, на 1 кг паров.
Температуру воздуха рассчитывают по уравнению:
T возд =273+ tн+4+0,1 (tк - tн) =273+20+4+
+0,1 (66,035-20) =24,6 оС. (2.81)
Парциальное давление сухого воздуха в барометрическом конденсаторе
Рвозд=Рбк-Рп=0,0299 МПа. (2.82)
Здесь Рп=0,0038 МПа - давление сухого насыщенного пара при tвозд= 24,6 оС [10]. Подставив, получим:
Па.
Объемная производительность вакуум-насоса в соответствии с уравнением будет равна:
Vвозд =287 Tвозд Gвозд /Pвозд=
(2.83)
Вывод: определили расход охлаждающей воды Gв = 6,92 кг/с. Подобрали барометрический конденсатор диаметром Dб. к =1600 мм. Опредилили высоту барометрической трубы Нб. т=10,1м. Зная объемную производительность Vвозд и остаточное давление Рбк, по прил.11 подобрали вакуум-насос типа ВВН-25 мощностью на валу N = 48 кВт.
4. Вторичные энергоресурсы
4.1 Использование вторичных энергетических ресурсов
В каждом аппарате выпарной установки вырабатывается большое количество вторичного пара и образуется горячий конденсат греющего пара. Теплота конденсатов используется в специальных теплообменниках для предварительного подогрева слабого раствора. Производится расчет конденсатоотводчика.
Расчетный расход конденсата:
кг/c (432 кг/ч). (4.1)
Давление перед конденсатоотводчиком:
Па. (4.2)
Разность давлений до и после конденсатоотводчика:
Па. (4.3)
Средняя плотность конденсата при давлении:
Па; (4.4)
947 . (4.5)
Коэффициент пропускной способности:
(4.6)
К установке принимаем конденсатоотводчик Р76001 с условным проходом мм.
Определяем тепловую нагрузку и температуру греющего теплоносителя на выходе из аппарата:
(4.7)
где - удельные теплоемкости конденсата и раствора, кДж/кг·К;
- массовые расходы теплоносителей, кг/c;
- температуры нагреваемого теплоносителя на входе и выходе из аппарата, кДж/кг;
- температуры греющего теплоносителя на входе и выходе из аппарата,°С;
кВт;
єС. (4.8)
Определяем температурный напор:
єС; (4.9)
°С; (4.10)
>1,8 (4.11)
єС. (4.12)
Определяем площадь теплообменного аппарата:
(4.13)
где к - коэффициент теплопередачи, Вт/;
.
Выбираем аппарат с теплообменной поверхностью F=7,5
диаметр кожуха, мм - 273
диаметр труб, мм - 202
число ходов - 1
число труб - 61
длина труб, м - 2
Из уравнения теплового баланса теплообмена определим температуру греющего теплоносителя на выходе из аппарата и массовый расход нагреваемого теплоносителя:
(4.14)
где - удельные теплоемкости конденсата и раствора, кДж/кг·К;
- массовые расходы теплоносителей, кг/c;
- энтальпия нагреваемого теплоносителя на входе и выходе из аппарата, кДж/кг;
- температуры греющего теплоносителя на входе и выходе из аппарата, єС;
Аналогично уравнению (4.8) определяем температуру греющего теплоносителя на выходе из аппарата:
єС;
кг/c. (4.15)
Определим температурный напор аналогично уравнениям (4.9), (4.10), (4.11) и (4.12):
°С;
°С;
<1,8; °С.
Определим поверхность теплообмена аппарата:
(4.16)
где к - коэффициент теплопередачи, Вт/;
.
Выбираем аппарат с теплообменной поверхностью F=2
диаметр кожуха, мм - 159
диаметр труб, мм - 108
число ходов - 1
число труб - 13
длина труб, м - 2
Вывод: произвели расчет теплообменников и выбрали аппарат с тепло-обменными поверхностями F=7,5 и F=2 .
4.2 Удельные показатели использования вторичных энергоресурсов
Определяем тепловую нагрузку теплообменника без использования ВЭР:
(4.17)
где - удельная теплоемкость раствора, кДж/кг·К; - массовый расход теплоносителя, кг/c; - температуры нагреваемого теплоносителя на входе и выходе из аппарата, єС;
кВт.
Определяем тепловую нагрузку теплообменника с использованием ВЭР.
(4.18)
где - удельная теплоемкость раствора, кДж/кг·К;
- массовый расход теплоносителя, кг/c;
- температуры нагреваемого теплоносителя на входе и выходе из аппарата,°С;
кВт.
Определяем эффективность использования ВЭР:
кВт. (4.19)
Часовая и годовая эффективность использования ВЭР:
МДж/ч; (4.20)
МДж/год. (4.21)
Вывод: произвели расчет и определили часовую и годовую эффективность использования ВЭР:
МДж/ч;
МДж/год.
Заключение
Главной целью данного расчета выпарных установок является определение выхода греющего пара и нахождение поверхностей теплообмена при заданных концентрациях и расходах раствора.
Выбрали конструкционный материал - сталь марки Х17, стойкий в среде кипящего раствора КОН в интервале изменения концентрации от 16 до 50 %.
Определили поверхность теплообмена F=63 м2. Рассчитанная объемная производительность Vвозд и остаточное давление Рбк, подбираем вакуум насос типа ВВН-25 мощностью на валу N=48 кВт.
Исходя из теории и заданных параметров (начальная массовая концентрация, конечная и т.д.), в данной работе была подобрана трехкорпусная вакуум-выпарная установка с принудительной циркуляцией и соосной греющей камерой, так как она более эффективная и экономически выгодная. Благодаря вакууму снижается температура кипения раствора и повышается полезная разность температур. Использование трех корпусов для выпаривания уменьшает расход свежего пара, а вторичный пар первого корпуса используется для нагрева последующего выпарного аппарата, что существенно приводит к экономии энергии.
Список литературы
1. А.М. Бакластов, В.А. Горбенко, Л.О. Данилов и др. "Промышленные тепломассообменные процессы и установки". - М.: Энергоатомиздан, 1986. - 328 с.: ил.
2. А.А. Захаров, Л.Т. Бахшиев, Б.П. Кондауров и др. "Процессы и аппараты химической технологии". - М.: Издательский центр "Академия", 2006. - 528 с.
3. Б.Н. Голубков, О.Л. Данилов, Л.В. Зосимовский и др. "Теплотехнические оборудование и теплоснабжение промышленных предприятия". - 2ое изд., перераб. - М.: Энергия, 1979. - 544 с., ил.
4. П.Д. Лебедев "Теплообменные, сушильные и холодильные установки". - 2ое изд., перераб. - М.: Энергия, 1972. - 320 с.
5. Н.И. Гельперин и др. "Выпарные аппараты". - М.: Изд-во химической литературы, 1947. - 480с.
6. Т.А. Колач, Д.В. Радун и др. "Выпарные станции". - М.: машиностроение, 1963. - 399с.
7. Е.И. Таубман "Выпаривание". - М.: Химия, 1982.
8. Л.П. Перцев, Е.М. Ковалёв, Ф.С. Фокин. - М.: Машиностроение, 1982.
9. А.В. Лыков "Теория сушки". - М.: Энергия, 1968.
10. О.Н. Маньковский "Теплообменная аппаратура химических производств". - Л.: Химия, 1976.
11. Конахин А.М., Конахина И.А., Ахметова Э.А., Скулина Ю.Н. "Выпарные и кристаллизационные установки". Учебное пособие Казань: Казан. Гос. Энерг. Ун-т, 2006. - 172с.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Сущность 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 22.10.2009Приведение 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 09.05.2011Признаки классификации выпарных аппаратов. Уравнения материального баланса простого выпаривания. Технологическая схема, преимущества и недостатки прямоточной и противоточной многокорпусных выпарных установок. Расчёт выпарного аппарата по корпусам.
курсовая работа [712,8 K], добавлен 27.11.2013Технологическая 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 27.12.2010Проект вакуум-установки для выпаривания раствора NaNO3. Тепловой расчет выпарного аппарата с естественной циркуляцией, вынесенной греющей камерой и кипением в трубах. Выбор подогревателя исходного раствора, холодильника, барометрического конденсатора.
курсовая работа [375,9 K], добавлен 25.12.2013- Проектирование однокорпусной вакуум-выпарной установки для выпаривания 5-процентного раствора Na2CO3
Характеристика механизма выпаривания – процесса концентрирования растворов твердых нелетучих веществ путем частичного испарения растворителя при кипении жидкости. Проектирование выпарной установки, работающей под вакуумом. Расчет подогревателя раствора.
курсовая работа [347,5 K], добавлен 20.08.2011 Проектирование трехкорпусной выпарной установки непрерывного действия для производства концентрированного раствора KOH. Расчет материальных потоков, затрат тепла и энергии, размеров аппарата. Выбор вспомогательного оборудования, технологической схемы.
курсовая работа [1,5 M], добавлен 11.04.2016Основы теории и сущность процессов выпаривания. Особенности процессов многократного выпаривания и применение термокомпрессоров в выпарных установках. Технологическая схема производства сгущенного молока. Расчет двухкорпусной вакуум-выпарной установки.
курсовая работа [130,9 K], добавлен 24.12.2009Использование современных выпарных установок в целлюлозно-бумажной промышленности. Определение температурного режима и схемы работы установки. Расчет вспомогательного оборудования. Основные технико-экономические показатели работы выпарной установки.
курсовая работа [217,2 K], добавлен 14.03.2012Испытание 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 17.07.2008
