Двухкорпусная выпарная установка непрерывного действия. Расчетная работа1. мирэа Российский технологический университет

• Название: мирэа Российский технологический университет
• Анкор: Двухкорпусная выпарная установка непрерывного действия
• Дата: 27.04.2022
• Размер: 319.02 Kb.
• Имя файла: Расчетная работа1.docx
• Тип: Документы; #501744

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «МИРЭА – Российский технологический университет» РТУ МИРЭА

Институт тонких химических технологий имени М.В. Ломоносова

Расчетная работа

«Двухкорпусная выпарная установка непрерывного действия»

Студент			Рохлина Дарья Александровна
	(подпись)		(ФИО)
Группа	ХББО-02-19
Преподаватель			Кузнецова Наталья Анатольевна
	(подпись)		(ФИО)

Москва 2022

Вариант: 25

Цель:

Рассчитать двухкорпусную выпарную остановку непрерывного действия для выпаривания S₀=10800 кг/час раствора соли NH₄Cl от начальной концентрации a₀= 6% масс. до конечной a₂=25% масс. Слабый раствор соли подается NH₄Cl подается в аппарат при температуре t₀=80°С. Давление греющего пара P_гр=3,5 атм. Вакуум во втором корпусе P_вак=650 мм рт ст. Выпарная установка обслуживается барометрическим конденсатором смешения, в который подается вода с температурой t_в´=18°С. Из первого корпуса отводится E₁=300 кг/час экстра-пара.

Определить:

1. 
   Расход греющего пара.
   
2. 
   Поверхность теплообмена.
   
3. 
   Расход охлаждающей воды в конденсаторе.
   

Дано:

Р-р соли: NH₄Cl
















Найти:







Рис. 1Схема: «Двухкорпусной выпарной установка непрерывного действия»

Решение:

1. 
   Расчет общего количества выпаренной воды:
   

2. 
   Расчет предварительного распределения W по корпусам с учетом экстра-пара E₁:
   

Проверка: – проверка сошлась.

3. 
   Расчет концентрации раствора NH₄Cl в 1-ом корпусе:
   

4. 
   Расчет температурной депрессии для 1-ого корпуса:
   

1 вариант: находим как стандартную (рабочие давление – атмосферное) по (по табл. 1.1 приложения 1 методички)


– температура кипения раствора при заданной концентрации и атмосферном давлении (1 бар). Находится путем интерполяции по данным

крайних значений:

при 1 бар:

a1 = 5% масс. - δ1 = 100,5°C =>

a2 = 10% масс. - δ2 = 101,7°C

при - -

– температура кипения растворителя (воды), при атмосферном давлении = 100°C

2 вариант: нахождение по графику, построенному на основании табличных данных значения температурной депрессии различных солей в зависимости от концентрации. При давление = 1 бар.



Рис. 2 Зависимость стандартной температурной депрессии от концентрации водного раствора NH₄Cl при p = 1 бар.
По графику мы видим, что при -

5. 
   Расчет температуры кипения раствора t₂ и температурной депрессии для 2-ого корпуса:
   

При концентрации температура кипения раствора при атмосферном давлении (1 бар) :

(нахождение по табл. 1.1 приложение 1 методички)

Следовательно, стандартная депрессия:

6. 
   Расчет давлений:
   

Давление насыщенных паров воды при температуре кипения раствора (при стандартных условиях p=10⁵Па) составляет ( по табл. 2.2 приложения 2 методички)



Нахождение производилось по интерполяции двух крайних значений:

t₁=100°C P₁=1,013 бар

t₂=110°C P₂= 1,43 бар

Константа Бабо:







Тогда давление насыщенных паров при температуре кипения раствора при рабочем давлении будет:

7. 
   Нахождение температуры кипения раствора во 2-ом корпусе:
   

Нахождение идет по в таблице 2.2 приложения 2 методички (для насыщенного водяного пара)

Определение происходит по интерполяции двух крайних значений:

t₁ = 50 P₁= 0,1234 бар =>

t₂ = 60 P₂= 0,1990 бар

8. 
   Расчет температуры вторичного пара во 2-ом корпусе:
   

Находится по

таблице 2.2 приложения 2 методички

Определение происходит по интерполяции двух крайних значений:

t₁ = 50 P₁= 0,1234 бар =>

t₂ = 60 P₂= 0,1990 бар



Следовательно, температурная депрессия по правилу Бабо:





Рабочая температура кипения раствора во 2-ом корпусе:



Гидравлическую депрессию при переходе вторичного пара из 1-ого во 2-ой корпус принимаем:

9. 
   Расчет суммарной полезной разности температур и ее предварительное распределение:
   

Суммарная полезная разность температур:





Находится интерполяцией по двум крайним значениям:

t₁ = 130 P₁= 2,70 бар =>

t₂ = 140 P₂= 3,61 бар
Предварительно распределяем найденное значение на и в пропорции : = 1 : 1,5.

Так как , то находим

Из этого следует:

10. 
    Определение параметров ведения процесса в корпусах:
    

Зная, заполняем таблицу предварительного варианта 1-ого приближения:

№	Название		Символ	Размерность	I приближение
					Предварительное			Окончательное
					1 корп.	2 корп.	1 корп.		2 корп.
1	Температура греющего пара				139	104,4	139		98,41
2	Полезная разность температур				31,2	46,8	37,19		40,55
3	Температура кипящего раствора				107,8	57,6	101,81		57,86
4	Температурная депрессия				1,7	4,5	1,7		4,5
5	Температура вторичных паров				106,1	53,1	100,11		53,1
6	Гидравлическая депрессия				1,7			1,7
7	Давление греющего пара				3,546	1,196	3,546		1,013
8	Давление в сепараторе				1,267	0,147	1,267		0,145
9	Энтальпия	Гр. пара			2732,8	2682,7	2732,8		2673,9
		Втор. пара			2685,4	2595,3	2676,3		2595,3
10	Концентрация раствора				9,9	25	9,9		25
11	Количество выпаренного растворителя				1,1815	1,0985	0,996		1,284

• 
  Давление греющего пара для 2-ого корпуса находится путем интерполяции двух крайних значений температур для
  

t₁=100°C P₁=1,013 бар =>

t₂=110°C P₂=1,430 бар

• 
  По такой же интерполяции и этим же данным находится Давление в сепараторе для 1-ого корпуса по ; для 2-ого корпуса =
  

• 
  Энтальпию греющего пара находим по интерполяции двух крайних значений температура для - 1-ый корпус:
  

t₁=130°C h₁=2720,7 кДж/кг =>

t₂=140°C h₂=2734,1 кДж/кг

Энтальпию греющего пара находим по интерполяции двух крайних значений температура для - 2-ой корпус:

t₁=100°C h₁=2675,9 кДж/кг =>

t₂=110°C h₂=2691,4 кДж/кг

• 
  Энтальпию вторичного пара находим по интерполяции двух крайних значений температура для - 1-ый корпус:
  

t₁=100°C i₁=2675,9 кДж/кг =>

t₂=110°C i₂=2691,4 кДж/кг
Энтальпию вторичного пара находим по интерполяции двух крайних значений температура для - 2-ой корпус:

t₁=50°C i₁=2589,5 кДж/кг =>

t₂=60°C i₂=2608,3кДж/кг

11. 
    Расчет потоков выпаренной воды в корпусах:
    

Из теплового баланса для 2-ого корпуса, выводим формулу для :

• 
  Теплоемкость для 6% водного раствора NH₄Cl находим при температуре , находится путем интерполяции двух крайних значений:
  

a₁=5% с₁ = 4,03 кДж/кг*град =>

a₂=10% c₂ = 3,87 кДж/кг*град

• 
  Теплоемкость для воды находится при температуре путем интерполяции двух крайних значений теплоемкостей:
  

t₁= 50°C c₁ = 4,174 кДж/кг =>

t₂ =60°C c₂ = 4,179 кДж/кг

• 
  Теплоемкость для конденсата находится при температуре путем интерполяции двух крайних значений теплоемкостей:
  

t₁= 100°C c₁ = 4,220 кДж/кг =>

t₂ =110°C c₂ = 4,233 кДж/кг
Тогда

12. 
    Определение тепловых нагрузок в корпусах:
    

В 1-ом корпусе:

• 
  Теплоемкость кипящего раствора , определяется при (табл. 1.4 приложение 1 методички), путем интерполяции двух крайних значений:
  

a₁ = 5% c₁=4,03 кДж/кг*град =>

a₂ = 10% c₂=3,87 кДж/кг*град

• 
  Теплоемкость для воды находится при температуре путем интерполяции двух крайних значений теплоемкостей:
  

t₁= 100°C c₁ = 4,220 кДж/кг =>

t₂ =110°C c₂ = 4,233 кДж/кг
В2-ом корпусе:

13. 
    Расчет комплексов
    

Принимаем коэффициент теплопередачи в первом корпусе

Тогда, соответствующая поверхность теплообмена:



В каталогах имеет вертикальный аппарат с вынесенной греющей камерой:







Для вертикальных труб:

Предварительно находим данные по табл. 2.1 приложения 2 методички:

	Температура
Теплопроводность конденсата	0,685	0,684
Плотность конденсата	927	958
Вязкость конденсата
Теплота парообразования	2156	2254

14. 
    Расчет величин :
    

Для 1-ого корпуса:

Для 2-ого корпуса:





Относительные коэффициенты теплоотдачи в корпусах I и II для водных растворов неорганических веществ находим по формуле:



Для 1-ого корпуса молярная масса раствора (при концентрации кг/кг) рассчитывается с помощью формулы:



Для 2-ого корпуса молярная масса (при концентрации рассчитывается с помощью формулы:







Кинематическая вязкость воды при температуре ее кипения под атмосферным давлением:

Кинематические вязкости растворов находим при их температурах кипения под атмосферным давлением в зависимости от концентрации:

Для



Для



Отношение в корпусах согласно правилу Бабо зависит от концентрации раствора

Для второго корпуса:

Для первого корпуса: температура кипения при атмосферном давлении = . Соответствующее этой температуре давление насыщенного пара (по табл.2.1 Приложения 2). Находим с помощью интерполяции двух крайних значений:

t₁=100°C p₁=1,013 бар =>

t₂=110°C p₂=1,430 бар



Тогда константа Бабов 1-ом корпусе =

15. 
    Расчет поверхности теплообмена в корпусах и соответствующее ей распределение по корпусам, те значения
    

Расчет ведем методом последовательной итерации, принимая

F	F^1/3	3420/F^(1/3)	F^0,7	79,27*F^(0,7)	F'
50	3,684031499	928,3308	15,46247474	1225,71	34,32284
34,32284	3,249833206	1052,362	11,88251171	941,9267	32,27472
32,27472	3,183861454	1074,167	11,381611	902,2203	32,04523

Расхождение между значениями = 0,71% => <1%

Следовательно:

16. 
    Расчет разности температур в каждом корпусе:
    

С этой поверхностью теплообмена в корпусах находим разности температур в каждом корпусе; соответствующие тепловым нагрузкам Q₁ и Q₂ и условиям теплообмена:



Проверка правильности расчётов:

Заполняем таблицу 1 приближения окончательное.

17. 
    Уточнение величин
    

Итак W₁ = 0,996 кг/с, следовательно W₂ = W – W₁ = 2,28-0,996= 1,284 кг/с

Тепловые нагрузки:

В I корпусе

=



Во II корпусе



=

18. 
    Проверка правильности расчета:
    

Находим расхождения в значения Q по предварительному и окончательному вариантам I приближения:





Расхождения не превышают обусловленной погрешности в 5%

Запас:



Рекомендуемый запас 10-30%, следовательно, аппарат превышает поверхность, возьмем

F	F^1/3	3420/F^(1/3)	F^0,7	126,5813*F^(0,7)	F'
40	3,419951893	1000,014	13,22641039	1048,458	32,96938
32,96938	3,206541955	1066,57	11,55254173	915,77	32,12153
32,12153	3,178816128	1075,872	11,34376853	899,2205	32,02863

Расхождение между значениями = 0,29% => <1%

Следовательно:

Расчет разности температур в каждом корпусе:

С этой поверхностью теплообмена в корпусах находим разности температур в каждом корпусе; соответствующие тепловым нагрузкам Q₁ и Q₂ и условиям теплообмена:



Проверка правильности расчётов:

Заполняем таблицу 1 приближения окончательное.
Уточнение величин





Итак W₁ = 0,996 кг/с, следовательно W₂ = W – W₁ = 2,28-0,996= 1,284 кг/с

Тепловые нагрузки:

В I корпусе

=



Во II корпусе



=
Проверка правильности расчета:

Находим расхождения в значения Q по предварительному и окончательному вариантам I приближения:





Расхождения не превышают обусловленной погрешности в 5%

Запас:



Рекомендуемый запас 10-30%, следовательно все подходит.