отчет по выпарке. Минобрнауки россии федеральное государственное бюджетное образовательное
 Скачать 384.63 Kb.
|
 МИНОБРНАУКИ РОССИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «МИРЭА - Российский технологический университет» Институт тонких химических технологий им. М.В. Ломоносова Кафедра химии и технологии основного органического синтеза Работа по дисциплине <<Процессы и аппараты химической технологии. Расчет двухкорпусной выпарной установке непрерывного действия>> Студент группы ХЕБО-16-19 Бабаджанов А.М (учебнаягруппа) (ФамилияИ.О.студента) Проверил Захаров Н.С. (ФамилияИ.О.) Москва 2022 г. Условие: Рассчитать двухкорпусную выпарную установку непрерывного действия для выпаривания 𝑆0 кг⁄час раствора соли от начальной концентрации 𝑎0 % масс. до конечной 𝑎2 % масс. Слабый раствор соли подается в аппарат при температуре 𝑡0. Давление греющего пара 𝑃гр атм. Вакуум во втором корпусе составляет 𝑃вак мм. рт. ст. Выпарная установка обслуживается барометрическим конденсатором смешения, в который подается вода с температурой 𝑡в ′ ℃. Из первого корпуса отводится 𝐸1 кг⁄час экстра-пара. Определить: 1. Расход греющего пара 2. Поверхности теплообмена 3. Расход охлаждающей воды в конденсаторе 4. Диаметр и высоту барометрической трубы 5. Объемный расход парогазовой смеси. Вариант 23 Таблица 1. Исходные данны
РАСЧЕТ НЕОБХОДИМОЙ ПОВЕРХНОСТИ ТЕПЛООБМЕНА В КОРПУСАХ 1.Общее количество выпаренной воды: W= S0 * (1 - a0/a2) = 3,333333*(1-0,12/0,38)=2,28072 кг/c Предварительное распределение W по корпусам выполним с учетом отбираемого экстра-пара E: W2 = (W - E1) / 2 = (2,28072-0,027778)/2 = 1,126462 кг/с W1 = W – W2 = 2,28072 – 1,126462 = 1,15424 кг/c Проверка W1 = W1 – E1 = 1,126462 кг/с 2.Концентрация раствора в I корпусе: α1 = α0/(1 - W1/S0) = 0,12/(1-1,15424/3,333333) = 0,184 = 18,4% 3. Далее по графику находим значение температурной депрессии для заданной соли при массовой концетрации α1 = 18,4 %  Рис.1 Зависимость стандартной температурной депрессии от концентрации водного раствора NaNO3 δ1 ≡ δст1 =2,34 ― значение температурной депрессии в 1-ом корпусе. Расчет температуры кипения t2 и температурной депрессии 2 для II корпуса Далее находим значение стандартной температурной депрессии во 2-ом корпусе: Для этого сначала по графику определяем значение δст2 (ось у) при α2 (ось х) = 38% δст2=6,58 (По Рис. 1) Депрессия при малом давлении P2 (во II корпусе) меньше стандартной и может быть рассчитана по правилу Бабо: Р2/РS = (P/PS)ст ― константа Бабо (С) Р2 = Ратм - Рвак = 101325-83979 = 17346 Па Давление насыщенного водяного пара отределяем по значению tкип и α2: (Ps)ст = 125,03 (методом итерации) Тогда давление насыщенных паров воды при температуре кипения раствора будет равна: РS = P2/(Р/PS)ст = 17346/(101325/125,03)= 21,40516 кПа По значению Ps определяем температуру кипения раствора во II корпусе t2Б = 62 0C. Поскольку температура вторичного пара во II корпусе определяется по P2 = 17,346 кПа и равна θ2 = 57 0C, то температурная депрессия, найденная по правилу Бабо равна: δ2 = t2Б - θ2 = 5 0C Рабочая температура кипения во втором корпусе: t2 = t2Б + δ2 = 67 0C Суммарная полезная разность температур (при δГ1-2 =1,5): Δ∑ = Т1 - θ2 - (δ1 + δ2) - δГ1-2 = 134 - 57 – (2,52 + 5) – 1,5 = 67,98 0С Здесь Т1 = 134 0С найдена по давлению греющего пара в I корпусе Ргр = 303,9 кПа. Предварительно распределяем значение Δ∑ по корпусам. При этом принимаем, что Δ1 : Δ2 = 1 : 1,5 Тогда:  Δ2 = 1,7*Δ1 Δ1=27,19343 => Δ1 + Δ2 = 78,17 Δ2=40,79015 Температура кипения раствора в первом корпусе: t1 = Т1 - Δ1 =106,8066 0C Температура вторичного пара в первом корпусе: θ1 = t1 - δ1 = 104,2902 0C Температура греющего пара во втором корпусе: Т2 = θ1 - δГ1-2 = 102,7902 0C Температура кипения раствора во втором корпусе: t2 = Т2 - Δ2 = 62 0C Расчет комплексов А1 и А2. Для расчета этих величин необходимо задаться высотой труб в греющей камере выпарного аппарата в пределах от 2 до 6м. Лучше посмотреть высоту труб в аппаратах по каталогам [6,11]. Еще лучше принять ориентировочное значение коэффициента теплопередачи в первом корпусе на уровне 1000 – 2000 Вт/(м2 * К), а именно: Кор = 1550, тогда соответствующая поверхность теплообмена будет: Fop =Q1/(Kop*Δ1) = 60,3 Из каталогов [6,10,11] имеется Испаритель с U-образным трубным пучком 1000ИУ-1,6-М1/25-6-2-У-И F = 62 м2 ; высота труб H=8 м ; диаметр труб 38 х 2 мм. Материал – сталь ОХ21Н5Т, теплопроводность стали λст. = 17,2 Вт/(м·К) Таблица 2. Значения для расчета A1 и A2
 A1=7212 A2=6907 Расчет величин В01 и В02.  Давление в сепараторе при температуре θ1: р1 = 1,1667 бар. Давление в сепараторе при температуре θ2: р2 = 0,17346 бар. Имея значения p1 и p2 найдём В0В1 и В0В2: В0В1 = 50,22 В0В2 = 16,94 Для I корпуса молярная масса раствора М1 (при концентрации а1 = 0,255 кг/кг) рассчитывается с помощью формулы:  Mтв = 85 г/моль Мв = 18 г/моль M1 = 21,44 кг/кмоль M2 = 25,69 кг/кмоль Кинематическая вязкость воды νв при температуре её кипения под атмосферным давлением равна 0, 294 * 10-6 м2/с Кинематические вязкости растворов ν1 и ν2 находим при их температурах кипения при атмосферном давлении в зависимости от концентрации: ν1=0,3439 * 10-6 м2/с ν2=0,4532 * 10-6 м2/с Отношение Р/РS для второго корпуса: (Р/РS)2 = 0,81 По температуре кипения заданного раствора и α1 находим значение давления насыщенного пара: (PS)ст = 112,66 кПа Отношение Р/РS для первого корпуса: (Р/РS)1 = 0,89 Относительные коэффициенты теплоотдачи в корпусах I и II для водных растворов неорганических веществ находим по формуле:  ϕ1 = 0,799 ϕ2 =0,595 Теперь можно подставить в формулу, приведенную выше: В01=23,80 В02=3,01 Расчет потоков W1 и W2 выпаренной воды в корпусах Потоки W1 и W2 выпаренной воды:  Таблица 3. Значения теплоемкости и энтальпии для расчета потоков W1 и W2
W1 = 1,08 кг/с W2 = W –W1 = 1,19 кг/с Определение тепловых нагрузок в корпусах Предварительная тепловая нагрузка в первом корпусе:  Q1пред =2549,833 кВт = 2549833 Вт Предварительная тепловая нагрузка во втором корпусе:  Q2пред=2359,691 кВт = 2359691 Вт Расчет поверхности теплообмена в корпусах и соответствующее ей распределение Δ∑ по корпусам, т. е. значения Δ1 и Δ2 Рассчитываем точную поверхность теплообмена:  Fрасч =71,71032 * (1/F)1/3 + 8,375946 + F0,7 * 1,333874 Находим F методом последовательной итерации, приняв F = 60,34 м2
F = 48,179702 Cчитаем тепловые нагрузки с учетом новой полученной F:  Δ1=30,50602 0C Δ2=37,65044 0C Проверка Δ∑ = Δ1 + Δ2 = 68,15646 0С Δ∑ =68,15646 Окончательные значения после изменения Δ1 и Δ2 В первом корпусе: T1 = 134, 0С (не меняется) Δ1= 30,50602 0C t1 = Т1 - Δ1= 103,494 0C δ1 = 2,343534 (не меняется) θ1 = t1 - δ1= 101,1504 0C h1 = 2726,1 i1 =2678 (По новому значению θ1) α1 = 17,81 % W1 = 1,087671 кг/c Во втором корпусе: Т2 = θ1 - δГ1-2 = 99,65 0C Δ2= 37,65 0C t2 = 62 0C δ2 = 5 0C θ2 = 57 0C h2 = 2671,5 (По новому значению Т2) i2 =2597,02 α2 = 50% W2 = 1,193031 кг/с Окончательные Q: Q1ок =2534,83 кВт = 253483 Вт Q2ок =2385,792 кВт = 2385792 Вт Расхождение между предварительными и окончательными Q  В первом случае 0,5918 % Во втором случае 1,094 % По найденной поверхности теплопередачи F проверяем, подходит ли выбранный нами ранее выпарной аппарат. Выбранный нами из каталога аппарат обязательно должен превышать по поверхности теплообмена найденную в ходе решения Fрасч. Расхождение : (F - Fрасч)/Fрасч · 100% = 28,6849 % Расход греющего пара:  D = 1,165975 кг/c | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||