Фгбоу впо сибирский государственный технологический университет

• Название: Фгбоу впо сибирский государственный технологический университет
• Дата: 18.06.2021
• Размер: 437.5 Kb.
• Имя файла: kursovoy_pakht_Yana.doc
• Тип: Реферат; #218841
• страница: 5 из 5

3 Расчет барометрического конденсатора

Для создания вакуума в выпарных установках обычно применяют конденсаторы смешения с барометрической трубой. В качестве охлаждающего агента используют воду, которая поддается в конденсатор чаще всего 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.

3.1 Расход охлаждающей воды

Расход охлаждающей воды G_в, кг/с, определяют из теплового баланса конденсатора

G_в = , (34)
где r₂ – теплота парообразования, Дж/кг;

t_н – начальная температура охлаждающей воды, ^оС;

t_к – конечная температура смеси воды и конденсата, ^оС.
Разность температур между паром и жидкостью на выходе из конденсата должна быть 3-5 град. Поэтому конечную температуру воды, t_к., на выходе из конденсатора примем на 3 градуса ниже температуры конденсации паров
t_к = t_бк – 3,0 = 68,7 – 3,0 = 65,7 ^оС.

Тогда
G_в = = 11,94 кг/ч.

3.2 Диаметр конденсатора

Диаметр барометрического конденсатора d_бк, м, определяется из уравнения расхода

d_бк = , (35)
где р – плотность паров, кг/м³;

v – скорость паров, м/с.

При остаточном давлении в конденсаторе порядка 10⁴ Па скорость паров v = 15-25 м/с.

Тогда

d_бк = = 0,779 м.
Выбираем барометрический конденсатор диаметром d_бк=800 мм; Приложение 4.7 [2].

3.3 Высота барометрической трубы

Внутренний диаметр барометрической трубы d_бт равен 200 мм. Скорость воды, v, м/с, в барометрической трубе определяем по формуле

v = , (36)
Подставляя значения в формулу (36), получаем
v = м/с.
Высота барометрической трубы, Н_б.т., м, находим из уравнения

Н_бт = , (37)
где В – вакуум в барометрическом конденсаторе, Па;

 - сумма коэффициентов местных сопротивлений;

 - коэффициент трения в барометрической трубе;

0,5 – запас высоты на изменение барометрического давления, м.
 = _вх+_вых = 0,5+1,0 = 1,5.
где _вх+_вых – коэффициенты местных сопротивлений на входе в трубу и

на выходе из нее.
Коэффициент трения  зависит от режима течения жидкости. Определим режим течения воды в барометрической трубе, Re
Re = , (38)

Подставим значения в формулу (38)
Re= =160370.

Для гладких труб при Re = 160370 коэффициент трения  = 0,012.
Подставив в формулу (37) указанные значения получим
Н_бт =
Отсюда находим Н_бт = 7,56 м.

4 Расчет производительности вакуум-насоса

Производительность вакуум-насоса G_возд, , определяется количеством газа (воздуха), который необходимо удалять из барометрического конденсатора по формуле
G_возд = 2,5 ^.10^-5.(w₂ +G_в) + 0,01, (39)
где 2,5^.10^-5 – количество газа, выделяющегося с одного кг воды;

w₂ – количество выпаренной воды во втором корпусе, кг/с.
Подставляем значения в формулу (39) и получаем
G_возд = 2,5^.10^-5(1,017+11,94)+0,01 = 3,24^.10^-3 кг/с.
Объемная производительность, V_возд, м³/мин, вакуум-насоса равна:
V_возд = , (40)
где R – универсальная газовая постоянная Дж/(кмоль^.К);

М_возд – молекулярная масса воздуха, кг/кмоль;

t_возд - температура воздуха, ^оС;

Р_возд - парциальное давление сухого воздуха в барометрическом

конденсаторе, Па.
Температура воздуха, t_возд, ^оС, рассчитывается по уравнению
t_возд = t_н + 4 + 0,1(t_к – t_н), (41)
t_возд = 20 + 4 + 0,1(65,7-20) = 28,57 ^оС.
Давление воздуха, Р_возд, Па, рассчитывается по формуле
Р_возд = Р_бк - Р_п, (42)
где Р_п – давление сухого насыщенного пара (Па) при t_возд=28,57 ^оС.
Подставив значения в формулу (42), получим
Р_возд = 2,94 ^.10⁴ – 0,392 ^.10⁴ = 2,56 ^.10⁴ Па.
Подставив все полученные значения в формулу (40), получим
V_возд = = 0,0109 м³/с = 1,81 м³/мин.

Зная объемную производительность воздуха и остаточное давление, по каталогу подбираем вакуум-насос типа ВВН-3 мощностью на валу 6,5 кВт, Приложение 4.7 [2].

5 Расчет диаметра штуцеров

Диаметры штуцеров находим из уравнения неразрывности потока

V = , (43)

где G – расход вещества, кг/с;

ρ – плотность вещества, кг/м³.
d = , (44)

где w – скорость движения вещества, м/с.
Принимаем скорости движения: пара w_п=30 м/с, конденсата w_к =1 м/с, раствора w_к = 1 м/с.
Через объемный расход, V, определяем диаметр штуцера, d, для подачи раствора в аппарат по формуле (43), (44)
V₁ = =0,0071 м³/с;
d₁ = =0,095 м .
По ГОСТу принимаем стандартный штуцер диаметром 57 ^х 2,5 мм.

Аналогично находим диаметры штуцеров по формулам (43), (44).
Диаметр штуцера для подачи греющего пара
V₂ = , (45)
V₂ = =0,895 м³/с;
d₂ = =0,19 м.
По ГОСТу принимаем стандартный штуцер диаметром 194 ^х 6 мм.
Диаметр штуцера для выхода конденсата находим по формуле (45)
V₃= =0,0011 м³/с;
d₃ = =0,037 м.
По ГОСТу принимаем стандартный штуцер диаметром 38 ^х 2 мм.

Диаметр штуцера для выхода упаренного раствора находим по формуле:

V₄= , (46)
V₄ = =0,0069 м³/с;
d₄ = =0,093 м.
По ГОСТу принимаем стандартный штуцер диаметром 48 ^х 3 мм.

Диаметр штуцера для выхода сокового пара
V₅= =1,5397 м³/с;
d₅ = =0,237 м.
По ГОСТу принимаем стандартный штуцер диаметром 245 ^х 7 мм.

6 Расчет кожухотрубчатого подогревателя

Рассчитать горизонтальный кожухотрубчатый теплообменник для нагрева 7,85 кг/с КОН от 20 до 112 ^оС. Греющий водяной насыщенный пар имеет температуру 127,64^оС.
Температурная схема:

127,64– 127,64

20,0 – 112

t_б = 112 t_м = 20
Средняя разность температур,t_ср, ^оС, определяется по формуле
t_ср = , (47)


t_ср = = 53,48 ^оС.
Средняя температура раствора, t_ср, ^оС, определяется по формуле
t_ср = t_конд -t_ср, (48)
t_ср = 127,64 – 53,48 = 74,16 ^оС .
Расход теплоты на нагрев Q, Вт, определяется по формуле
Q = G_нc_н(t_кип1 – t_н), (49)
Q = 7,85 ^.3854,8 ^.(115,05-20) = 2876230,1 Вт.
Ориентировочный расчет коэффициента теплоотдачи при конденсации пара на пучке вертикальных труб
₂ = Nu^. (50)

где Nu - критерий Нуссельта;

λ - коэффициент теплопроводности, Вт/м К.
Определим режим течения
Re = , (51)
где d_н. – диаметр труб, принимаем 25*2мм;

 = 0,31^.10^-3 Па^.с - вязкость раствора при температуре 74,16 ^оС, [1];

ρ=1041 кг/м³ – плотность раствора.
Подставляем значения в формулу (51), получаем
Re = =72870.
Режим развитый турбулентный. Следовательно, критерий Прандтля, Pr, рассчитаем по формуле:
Pr = , (52)

где ₂ – 0,6 Вт/(м^.К) – коэффициент теплопроводности раствора КОН

при 74,16 ^оС, [1],

с_н = 3854,8 Дж/(кг^.К) – удельная теплоемкость раствора.
Pr = = 1,93.
Критерий Нуссельта, Nu, рассчитываем по формуле
Nu=0,021^. Re^0,8. Pr^0,43. , (53)

где Pr –критерий Прандтля раствора;

Pr_ст - критерий Прандтля стенки.
Задамся = 1, тогда критерий Нуссельта равен
Nu = 0,021 ^. 72870^0,8.1,93^0,43.1=216,8.
Рассчитываем коэффициент теплоотдачи, ₂, раствора MgCl₂, подставив значения в формулу (50)

₂= = 6194,9 Вт/м² К.
Для расчета суммы сопротивлений стенки и её загрязнений принимаем тепловые проводимости загрязнений со стороны раствора КОН и водяного пара по 5800 Вт/м^2.К, таблица ХХХ1 [1]; коэффициент теплопроводности стали _ст=46,5 Вт/м^2.К, таблица ХХVIII; тогда сумму сопротивлений, , Вт/м^2.К, рассчитываем по формуле

, (54)

= 7,6 ^.10^-4.
Коэффициент теплопередачи, К, находим по формуле
К = , (55)
К = = 996 Вт/м^2.К.
Расчетная площадь поверхности теплообмена, F_р, м², определяется по формуле
F_р = , (56)
F_р = = 12,91 м².
Принимаю двухходовой подогреватель с поверхностью теплообмена F=13 м², длина труб l=3 м, число труб n=56, наружный диаметр кожуха D=325 мм, [1].

Заключение

В данной курсовой работе был проведен расчет выпарной двухкорпусной установки, в результате чего подобрали выпарной аппарат с поверхностью теплопередачи 315м².

Сначала был произведен расчет концентраций упариваемого раствора по корпусам, соотношение следующие в первом – 12.4%, а во втором – 21.15%.Затем распределили давление по корпусам, в первом – 2,75 МПа, а во втором – 1,455 МПа. Также определили температуры кипения по корпусам, в первом – 121,94 ^оС, а во втором –92,91 ^оС. Распределили тепловые нагрузки по корпусам в первом – 2880,32 кВт,а во втором – 3178,38 кВт, а также нашли расход греющего пара, который равен 1,057 кг/с, и пересчитали количество выпаренной воды w₁ = 3,65 кг/с, w₂ = 1,18 кг/с. Определили коэффициент теплопередачи для каждого корпуса К₁ = 1578,1169 Вт/(м²К), К₂ = 1609,9331 Вт/(м²К), а затем провели уточненный расчет, который оказался равным К₁ = 1662,8315 Вт/(м²К), К₂ = 1607,8546 Вт/(м²К).

Также произвели расчет барометрического конденсатора, нашли расход охлаждающей воды Gв = 98,2699 кг/с, диаметр его d_бк = 1,9737м и высоту барометрической трубы Н_бт = 10,2м. Произвели расчет производительности вакуум-насоса V_возд = 22,95 м³/мин и подобрали вакуум-насос типа ВВН-50 мощностью на валу 94 кВт.

Затем мы рассчитали и подобрали кожухотрубчатый подогреватель с внутренним диаметром кожуха 600м, числом труб 52,5/210 и длиной труб 3м, аппарат типа ТН.

Список использованных источников

1. 
   Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. Учебное пособие для вузов.- Л.: Химия, 1987. – 576 с.
   
2. 
   Дытнерский Ю.И. Процессы и аппараты химической технологии. Учебник для вузов. Изд. 2-е в 2-х кн.- м.: Химия. 1995.- Часть 1 – 400 с.
   
3. 
   Иоффе И.Л.Проектирование процессов и аппаратов химической технологии: Учебник для техникумов. – Л.: Химия, 1991. – 352 с.