Выпарная установка непрерывного действия
 Скачать 5.37 Mb.
|
|
2.2 Уточненный расчет поверхности теплопередачи и выбор выпарных аппаратов Применяя основное уравнение теплопередачи, рассчитываю для всех корпусов при принятом ранее температурном режиме требуемую поверхность теплообмена.  где - тепловая нагрузка, Вт; - коэффициент теплопередачи, Вт/(м2×К); - полезная разность температур в i – корпусе, установленная на предыдущих этапах расчета. Численное значение нахожу по формуле: где - расход и энтальпия греющего пара, поступающего в аппарат; и - теплоемкость и температура конденсата. Считая, что конденсат из аппарата выводится при температуре конденсации, принимаю. Все значения величин, входящих в формулу (2) определены при составлении приблизительного температурного режима работы установки и при решении системы уравнений теплового баланса выпарки. Для первого корпуса:   Для второго корпуса:   Для третьего корпуса:   Для четвертого корпуса:   Рассчитанные значения различаются между собой не более чем на 10%, дальнейшее уточнение не требуется. Выбираю аппарат по ГОСТ 11987-81 [2] с основными параметрами: ; D = не менее 1600 мм – диаметр греющей камеры; D1 = не более 4000 мм – диаметр сепаратора; D2 = не более 1000 мм – диаметр циркуляционной трубы; H = не более 26000 мм – высота аппарата; d = 38×2 мм – диаметр трубок греющей камеры; l = 6000 мм – длина трубок. Высота парового пространства H1 – не более 3000 мм; условное давление в греющей камере – от 0,014 до 1,6 МПа, в сепараторе – от 0,0054 до 1,0 МПа. 2.3 Температурный режим при запуске установки в работу Ранее проведенные расчеты отвечают наихудшим условиям работы установки перед ее остановом на очистку трубок от накипи. При пуске установки в работу накипь на внутренней поверхности трубок греющей камеры в любом аппарате отсутствует, а, следовательно, условия теплопередачи будут отличаться от ранее принятых. Коэффициент теплопередачи в этом случае для любого i-того корпуса определяют по формуле: где и - коэффициенты теплоотдачи, которые были рассчитаны для i-того корпуса при наличии в трубках накипи. Так как для всех корпусов значения увеличиваются, то для передачи от греющего пара к раствору такого же теплового потока , как и при наличии накипи, потребуется уменьшить необходимый температурный напор в любом из корпусов, численное значение которого в соответствии с уравнением теплопередачи составит:  где F – поверхность теплопередачи выбранного по ГОСТу выпарного аппарата.     Рассчитав значения для всех корпусов, составляю температурный режим работы установки на период ее пуска. Исходным параметром для его составления служит температура сокового пара в последнем корпусе. Рассчитав значения для всех корпусов, составляю температурный режим работы установки на период ее пуска. Исходным параметром для его составления служит температура сокового пара в последнем корпусе. выпарной теплоотдача барометрический конденсатор Таблица 9
3. Расчет вспомогательного оборудования Все вспомогательное оборудование выпарной установки (барометрический конденсатор, вакуум-насос, подогреватели раствора и насосы для перекачивания выпариваемого раствора) рассчитываю и выбираю по каталогам для наихудших условий работы, а именно для момента, предшествующего останову установки. 3.1 Расчет барометрического конденсатора В выпарных установках для создания вакуума применяют барометрические конденсаторы смешения. При этом конденсация сокового пара последнего корпуса для уменьшения количества загрязненных сточных вод обычно осуществляется в две ступени: сначала (80-90) % пара конденсируется в поверхностном конденсаторе (трубчатом или спиральном), а оставшийся пар конденсируется барометрическом конденсаторе. Расчет поверхностного конденсатора не провожу так как он аналогичен расчету подогревателей раствора. В ОСТах [2] на барометрические конденсаторы их размеры приведены при абсолютном (остаточном) давлении P=0,1 кгс/см2. Так как в моем случае Pп.с.=0,26 кгс/см2 при  [4], то расход вторичного пара, поступающего в конденсатор, надо пересчитать на давление 0,1 кгс/см2 по формуле: где и - расход и плотность пара при давлении P=0,1 кгс/см2; и - расход и плотность сокового пара, выходящего из последнего корпуса установки; - коэффициент, учитывающий долевой расход сокового пара, поступающего в барометрический конденсатор (  принимаю  Pп.с.=0,26кгс/см2 [4] P=0,1 кгс/см2 [4]  По значениям и уравнения массового расхода определяю диаметр барометрического конденсатора: где - скорость пара (принимаю равной 17,5 м/с). По вычисленному диаметру барометрического конденсатора из ОСТа [2] выбираю и выписываю некоторые его размеры: Высота установки H = 4550 мм; Ширина установки T = 1400 мм; Диаметр ловушки D = 400 мм; Высота ловушки h = 1440 мм; Диаметр ловушки D1 = --; Высота ловушки h1 = --; Расстояние между полками: a1 = 260 мм; a2 = 300 мм; a3 = 360 мм; a4 = 400 мм; a5 = 430 мм; Условные проходы штуцеров: для входа пара – 350 мм; для входа воды – 125 мм; для выхода парогазовой смеси – 100 мм; Высоту барометрической трубы нахожу из формулы: где В – вакуум в барометрическом конденсаторе, Па; В = Pатм – P4с; P4с =0,26  при В =101325 – 25506 = 75819 Па ρв – плотность воды, кг/м3; ρв = 1000 кг/м3; λ – коэффициент гидравлического трения при движении воды в барометрической трубе; dбт – диаметр барометрической трубы; dбт =150 мм = 0,15 м по ОСТу [2]; ∑ξ – сумма коэффициентов местных сопротивлений; wв – скорость воды в барометрической трубе, м/с; 0,5 – запас высоты на возможное изменение барометрического давления, м. Скорость движения смеси воды и конденсата в барометрической трубе нахожу по уравнению массового расхода: где – расход сокового пара, поступающего в барометрический конденсатор после поверхностного конденсатора, кг/с; - расход охлаждающей воды, кг/с. Расход охлаждающей воды определяю из уравнения теплового баланса барометрического конденсатора: где - энтальпия сокового пара, Дж/кг; = 2606,203×103 Дж/кг при tпс = 65.1 [4]; - конечная температура смеси воды и конденсата, (принимают на 3÷5 ниже температуры конденсации сокового пара); = 59,572 – 4 = 55,572; - начальная температура охлаждающей воды; принимаю = 20; - теплоемкость воды, Дж/кг×К; = 4,19×103 Дж/кг×К при = 20;  Величина ∑ξ складывается из коэффициентов местных сопротивлений на входе в трубу и на выходе из нее. ∑ξ = ξвх + ξвых = 0,5 +1,0 = 1,5 табл. ΧΙΙΙ [4]; Значение λ для гладких труб нахожу по графику [4] в зависимости от режима течения жидкости, определяемому критерием Рейнольдса:  где - вязкость воды при температуре , Па/с  при  ; При  для гладких труб λ=0,017.3.2 Расчет вакуум-насоса Производительность вакуум-насоса определяется количеством газа (воздуха), который необходимо удалять из барометрического конденсатора в единицу времени: где 2,5×10-5 – массовый расход газа, выделяющегося из 1 кг воды; 0,01 – массовый расход газа, подсасывающегося в конденсатор через неплотности, на 1 кг пара. Эта формула учитывает, что весь неконденсируемый газ (воздух) из поверхностного конденсатора отсасывается через барометрический конденсатор. Объемную производительность вакуум-насоса рассчитываю по формуле: где  - универсальная газовая постоянная;- молекулярная масса воздуха, кг/кмоль [4]; - температура воздуха; - парциальное давление сухого воздуха в Барометрическом конденсаторе, Па. Температуру воздуха рассчитываю по уравнению: где и - начальная и конечная температуры воды, Величину определяю по формуле: где - абсолютное давление в барометрическом конденсаторе, равное (в первом приближении) абсолютному давлению в сепараторе последнего корпуса, Па; - давление насыщенного водяного пара при температуре,  ; при [4];Выбор вакуум-насоса произвожу по объемной производительности и степени разряжения от атмосферного давления A.  где B – вакуум в барометрическом конденсаторе, кПа; B = 76 кПа;  Выбираю по ОСТу [2] вакуум-насос марки ВВН – 12. Основные характеристики вакуум-насоса: остаточное давление 23 мм рт. ст.; производительность 12 ; мощность на валу 20 кВт. 3.3 Расчет подогревателей раствора Поскольку для эффективной работы установки в выпарные аппараты раствор должен поступать при температуре не ниже его температуры кипения в этих аппаратах, то схемой установки на линии подачи исходного раствора и на противоточных участках схемы предусмотрена установка подогревателей раствора. Температура раствора на входе в любой подогреватель и на выходе из него определяются их расположением в схеме и были приняты ранее при решении системы уравнений теплового баланса выпарки (таблица 2). Считая, что в качестве подогревателей раствора установлены одноходовые кожухотрубчатые теплообменники, провожу их упрощенный расчет, определив требуемую поверхность нагрева и расход греющего пара. Так как схемой установки отбор экстра-пара на подогреватели не предусмотрен, то в качестве греющего пара в них используется пар таких же параметров, как для первого корпуса (см. схему установки). Поверхность нагрева любого подогревателя нахожу из основного уравнения теплопередачи: где – количество теплоты, необходимое для нагрева раствора, Вт - коэффициент теплопередачи в подогревателе, Вт/м2×К; - средняя движущая сила теплопередачи. Тепловой поток от греющего пара к раствору в подогревателе определяю по формуле: где - расход раствора, кг/с; - теплоемкость раствора, Дж/кг×К; и - температуры раствора на входе и выходе из теплообменника. Все эти параметры определяются местом расположения подогревателя на схеме. При упрощенном расчете подогревателя воспользуемся значениями коэффициентов теплопередачи, полученными при расчете выпарных аппаратов. Для подогревателей установленных на противоточных участках схемы, коэффициент теплопередачи принимаю по значению коэффициента теплопередачи в том корпусе, из которого раствор поступает в данный подогреватель, и, учитывая возможность ухудшения условий теплообмена в подогревателе по сравнению с выпарным аппаратом, уменьшаю его численное значение на 20%. Для подогревателя, расположенного на линии подачи исходного раствора в установку, значение примем по значению в том корпусе, в который после подогревателя поступает раствор, сохраняя предыдущее условие о возможном ухудшении условий теплообмена. Расчет средней движущей силы в подогревателе проводят по формулам учебного пособия [4]. Расчет подогревателя на линии бак – 4-ый корпус.  ;  ; из табл. 8; Расчет:      По вычисленной поверхности теплообмена из учебного пособия [2] выбираю по ГОСТ 15120-79, 15118-79, 15122-79 одноходовой кожухотрубчатый теплообменник со следующими параметрами: Диаметр кожуха – 325 мм; диаметр труб - 25×2 мм; количество труб – 62; длина труб – 2м; поверхность теплообмена –10,0 м2; площадь поперечного сечения труб – 0,021 м2. Расчет теплового потока в подогревателе на линии 4-ый корпус – 3-ий корпус.   ;  (таблица2);  Расчет теплового потока в подогревателе на линии 3-ий корпус – 2-ой корпус.  ;  ; ;  Расчет теплового потока в подогревателе на линии 2-ой корпус – 1-ый корпус.  ;  ;  Сопоставление выбранных вариантов провожу по гидродинамическому режиму движения раствора по трубам теплообменника. С этой целью из уравнения массового расхода определяю скорость движения раствора по трубам выбранных теплообменников где - плотность проходящего через теплообменник раствора при средней его температуре, кг/м3; S – площадь поперечного сечения труб в теплообменнике (выбрана ранее по ГОСТу), м2; Гидродинамический режим в них оцениваю по критерию Рейнольдса:  где - внутренний диаметр труб в теплообменнике, м; - динамическая вязкость проходящего через теплообменник раствора при средней его температуре, Па×с. Так как  , где кинематическая вязкость, то формула для расчета критерия Рейнольдса примет следующий вид: Расчет скорости движения раствора и критерия Рейнольдса на линии бак (исходный раствор) – 4-ый корпус. ; ;  ;Для расчета плотности раствора пользуюсь формулами из методического указания [1]. Так как концентрация , т.е.  расчет произвожу по формуле (17):В которой коэффициент  учитывает влияние температуры на плотность щелока, а концентрация подставляется в массовых %.Для расчета кинематической вязкости пользуюсь формулами из методического указания [1]. При концентрации расчет произвожу по формуле (19): где - температура, К; и определяю по уравнениям (20) из методического указания [1]:   Среднюю температуру для определения теплофизических свойств рассчитываю по формуле пункта 22 учебного пособия [4]: где и определяются местом подогревателя на схеме.     После окончательного выбора теплообменника рассчитываю расход греющего пара в нем: Где параметрам пара () и конденсата ( и ) соответствую параметры греющего пара и конденсата первого корпус выпарной установки.  Вследствие того, что при расчете технико-экономических показателей работы выпарной установки необходимо знать расходы пара на нагрев раствора в подогревателях произвожу их расчет, где было рассчитано ранее. Остальные параметры остаются без изменения. Расход пара на нагрев на линии 4-ый корпус – 3-ий корпус:  Расход пара на нагрев на линии 3-ий корпус – 2-ой корпус:  Расход пара на нагрев на линии 2-ой корпус – 1-ый корпус:  |