Тепловой расчет двухкорпусной выпарной установки непрерывного действия с равными поверхностями нагрева
 Скачать 235.3 Kb.
|
Выполнила: Дорджиев В.С. Группа: ХЕБО-09-15 Проверила: Кузнецова Н.А. ОглавлениеУсловие Рассчитать двухкорпусную выпарную установку непрерывного действия для выпаривания S0=18000 кг/ч раствора KNO3 от начальной концентрации a0=10% масс. до конечной концентрации a2=59% масс. Слабый раствор соли подогревается в теплообменнике до t0=100°C. Давление греющего пара Pгп=4,5ата. Из I корпуса отводится поток экстра- пара Е1=1850 кг/ч. Вакуум во II корпусе составляет Pвак=670 мм.рт.ст. Оба корпуса выпарной установки изготавливаются из стали марки ОХ21Н5Т (теплопроводность такой стали λст =17,2Вт/(м К)) Определить 1) Поверхности теплообмена корпусов F F2 F1 (условие равенства). 2) Расход греющего пара Dгр. Описание технологической схемы выпарной установкиВодный раствор нитрата калия с параметрами S0=18000 кг/ч; a0=10% масс.поступает в трубное пространство подогревателя (П), где он за счет теплоты конденсации греющего пара Pгп=4,5ата, подаваемого в межтрубное пространство, нагревается до температуры t0=100°C. Подогретый раствор поступает в I корпус (1), обогреваемый греющим паром. Раствор в трубах кипит при температуре t1 и в виде смеси (пар + жидкость) поступает в сепарационное пространство, где происходит ее разделение на вторичный парW1 с параметрами θ1; h1и упаренный раствор S1 с параметрами t1; a1, которые выводятся изкорпуса. Упаренный раствор из I корпуса переходит во II корпус (2). Во II корпусе происходит его дальнейшее упаривание до заданной конечной концентрации ак=а2 за счет теплоты конденсации вторичного пара, поступающего из I корпуса. Часть вторичного пара из I корпуса в виде экстра-пара E идет на производственные нужды. Циркуляция раствора в аппарате естественная. Вторичный пар W2 из II корпуса с параметрами θ2; i2 поступает в барометрический конденсатор смешения (3), где он, контактируя с водой, конденсируется, значительно уменьшая свой объем, в результате чего образуется вакуум (рисунок 1.1). Рисунок 1.1. Технологическая схема выпарной установки Расчет выпарной установки1.Подготовка расчетов1.2Перевод в СИS0 =  Е  Ргп = 4,5  0,9806∗105 = 4,4127105 2. Расчет выпарных аппаратов2.1 Общее количество выпаренной воды   Проверка:  2.2 Концентрации растворов по корпусам 2.3 Определение температурных депрессий2.3.1 Определение температурной депрессии в I корпусеТемпературную депрессию в I корпусе находим как стандартную, строя график (рисунок 3.1) из табличных значений, заполняем таблицу 3.1 [1, стр. 17, табл. 3]. Таблица. 2.1. Температурные депрессии раствора CaCl2при различных концентрациях под атмосферным давлением
Температурная депрессия в I корпусе составляет (рисунок 2.1):  =1,5[°С].Рисунок. 2.1. График зависимости температурной депрессии раствора KNO3 при различных концентрациях под атмосферным давлением. 2.3.2 Определение температурной депрессии в II корпусеПри концентрации a2=59% масс. температура кипения раствора при атмосферном давлении (рисунок 3.1) равна  =108,1°С, следовательно  =8,1°С. Депрессия при малом давлении Р2 (во II корпусе) меньше стандартной и может быть рассчитана по правилу Бабо:  Давление насыщенных паров воды при температуре кипения раствора =108,1°С (при стандартных условиях  Па) составляет  = [1, стр. 16, табл. 2]. Константа Бабо равна:   По этому давлению в таблицах для насыщенного водяного пара [1, стр. 16, табл. 2] находим температуру кипения раствора во II корпусе  =55,1255°C.Поскольку температура вторичного пара во II корпусе определяется по  = Па и равна θ2=49,3139°C, то температурная депрессия, найденная по правилу Бабо равна  . Поправкой Стабникова не пользуемся.Гидравлическую депрессию при переходе вторичного пара из I корпуса во II корпус принимаем  .2.4 Суммарная полезная разность температур и ее предварительное распределение Предварительно распределяем найденное значение  на Δ1 и Δ2 в пропорции: Δ1:Δ2=1:1,5. Так как Δ1+Δ2= °С, то находим Δ1=35,4618°С и Δ2=53,1927°С.2.5 Определение параметров ведения процесса в корпусахЗная Δ1 и Δ2, заполняем колонку предварительного расчета I приближения (таблицу 2.2) с использованием формул:     По рассчитанным температурам греющего и вторичного паров находим давления и энтальпии паров, а также давления в сепараторах [1, стр. 16, табл. 2].
2.6 Расчет потоков W1 и W2 выпаренной воды в корпусах:  Теплоемкость с0=3,9 кДж/(кг*К) для 10% водного раствора KNO3 находим по табличным данным[1, стр. 25, табл. 4.4].    2.7 Тепловые балансы корпусов выпарной установки    2.8 Расчет поверхности теплообмена2.8.1 Предварительные расчетыПоверхность теплообмена выпарного аппарата определяем из уравнения теплопередачи, преобразуя его [2, стр. 528, формула. 7.1]:  Для расчета необходимо задаться условием, что F1=F2. Примем Кор=1800[Вт/(м2*К)]. Получаем:  По каталогу [3, стр. 11, табл. 2.5], определяем, что у нас вертикальный выпарной аппарат с естественной циркуляцией и выносной греющей камерой, по каталогу [3, стр. 10, табл. 2] подбираем параметры труб. Ближайшее F=90[м2]; H=4[м]; d=38*2[мм]. 2.8.2 Расчет величин А1 и А2Эта величина рассчитывается по формуле:  Заполняем таблицу 2.3 по данным из [1, стр. 15, табл. 1] и [1, стр. 16, табл. 2] находим нужные нам значения. Таблица 2.3. Параметры конденсата
  2.8.3 Расчет величин В01 и В02Эти величины рассчитываются по формулам:       Молярная масса раствора М рассчитывается по следующей формуле:  где Мтв и Мв – молярные массы вещества и воды. Для I корпуса (при концентрации а1=0,2586 кг/кг):   Для II корпуса (при концентрации а2=0,59 кг/кг):   Кинематическая вязкость воды при температуре ее кипения под атмосферным давлением равна 0,294  Кинематические вязкости растворов ν1и ν2находим при их температурах кипения под атмосферным давлением в зависимости от концентрации по графику (рисунок 2.2), который построили по [1, стр. 22, табл. 4.3]. Рисунок 2.2. График зависимости ν(KNO3)  , [м2/с] кипящей под атмосферным давлением от концентрации.В I корпусе при концентрации а1=18.75% температура кипения при атмосферном давлении равна 101.5°С (рисунок 3.1.). Соответствующее этой температуре давление насыщенного водяного пара Ps=1.07555 бар, и константа Бабо в I корпусе равна:  Откуда:  В II корпусе при концентрации а1=59% температура кипения при атмосферном давлении равна 108.1°С (рисунок 3.1.). Соответствующее этой температуре давление насыщенного водяного пара Ps=1.351*105Па, и константа Бабо в I корпусе равна:  Откуда:    749342.8.4 Расчет поверхности теплообменаНаходим F по [2, стр. 714, формула 9.28а].    Методом последовательной итерации находим F, приняв F=90[м2]. Таблица 2.4. Результаты итерации
Итак, F=66,255[м2] С этой поверхностью теплообмена в корпусах находим разности температур в каждом корпусе; соответствующие тепловым нагрузкам Q1и Q2и условиям теплообмена:     Проверка правильности расчета:  2.9 Определение параметров ведения процесса по найденным Δ1и Δ2Для этого заполняем окончательный вариант таблицы 3.2 при значениях Δ1 и Δ2 полученных в пункте 3.8.4 (см. пункт 3.5).     2.10 Уточнение величин W1и W2и тепловых нагрузок   Тепловые потоки:   2.11 Проверка правильности расчета  Расхождения не превышают погрешности в 5%. 2.12 Проверка запаса поверхностиНайденная нами расчетная F=66,255 [м2] является окончательной. По каталогу [4, стр. 10, табл. 2], находим ближайший больший выпарной аппарат с высотой труб H=4[м] (так как это значение мы использовали при расчете А1 и А2). Выбранный ранее выпарной аппарат с вынесенной греющей камерой (F=90[м2], высота труб Н=4[м], диаметр труб 38*2[мм]) подходит. Запас поверхности в данном случае равен:  (Допускается превышение поверхности теплообмена выпарного аппарата по сравнению с рассчитанной на 10 ÷ 30%). что вполне допустимо. 2.13 Расход греющего параВ I корпусе находим по [2, стр. 694, формула 9.13], где значение r берем из таблицы 1.1.  Список литературы
Москва, 2018 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
