Выпаривание. Задание на расчет выпарной установки
 Скачать 219.18 Kb.
|
|
РАЗДЕЛ 2. РАСЧЕТ ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ 2.1 Расчет барометрического конденсатора Для создания вакуума в выпарных установках применяют конденса торы смешения с барометрической трубой. В качество охлаждающего агента используют воду, которая подается в конденсатор чаще всего при температуре окружающей среды (около 20 °С). Смесь охлаждающей воды и конденсата выходит из конденсатора по барометрической трубе. Для поддержания постоянного вакуума в системе вакуум-насос постоянно от качивает неконденсирующиеся тазы. 2.1.1 Определение расхода охлаждающей воды Расход охлаждающей воды  (в кг/с) определяем из теплового ба ланса конденсатора: где  - энтальпия пара в барометрическом компенсаторе, кДж/кг;  - теплоёмкость воды, кДж/(кг·К);  ;  - начальная температура охлаждающей воды, °С;  ;  - конечная температура смеси воды и конденсата, °С.Разность температур между паром и жидкостью на выходе из кон денсатора составляет  град., поэтому конечную температуру воды принимают на град, ниже температуры конденсации паров: Тогда  2.1.2 Расчет диаметра барометрического конденсатора Диаметр барометрического конденсатора  , определяем из уравне ния расхода где  - плотность пара, кг/м3, выбираемая по давлению пара в конденсато ре  ;  - скорость пара, м/с, принимаемая в пределах  м/с. По нормалям НИИХИММАШа подбираем барометрический конден сатор диаметром  с диаметром трубы  .2.1.3 Расчет высоты барометрической трубы Скорость воды в барометрической трубе  Высота барометрической трубы  где  - вакуум в барометрическом конденсаторе, Па;  - сумма коэффициентов местных сопротивлений; λ - коэффициент трения в барометрической трубе;  - высота и диаметр барометрической трубы, м; 0,5 - за пас высоты на возможное изменение барометрического давления.  где  - коэффициенты местных сопротивлений на входе в трубу и на выходе из неё.Коэффициент трения  , зависит от режима движения воды в барометрической трубе. Определим режим течения воды в барометрической трубе: где  - вязкость воды, Па·с, определяемая по номограмме при температу ре воды tср.Для гладких труб при Rе = 97884;  = 0,0211 2.2 Расчёт производительности вакуум – насоса Производительность вакуум-насоса Gвозд определяется количеством воздуха, который необходимо удалять из барометрического конденсатора:  где 2,5·10-5 - количество газа, выделяющегося из 1 кг воды; 0,01 - количе ство газа, подсасываемого в конденсатор через уплотнения на 1 кг паров. Тогда  Объёмная производительность вакуум-насоса  где R - универсальная газовая постоянная, Дж/(кмоль·К);  – молекулярная масса воздуха, кг/кмоль;  - температура воздуха, °С;  – парциальное давление сухого воздуха в барометрическом конденсаторе, Па.Температура воздуха  давление воздуха  где  - давление сухого насыщенного пара при  Па. При температуре воздуха 27,7°С,  . Тогда  Зная объёмную производительность воздуха  , и остаточное давле ние в конденсаторе , по каталогу подбираем вакуум-насос типа ВВН – 0,75, мощность на валу N = 1,3 кВт.Удельный расход энергии на тонну упариваемой воды, кВт·ч/т,  2.3 Определение поверхности теплопередачи подогревателя Поверхность теплопередачи подогревателя (теплообменника)  , м2 определяем по основному уравнению теплопередачи: где  - тепловая нагрузка подогревателя, Вт, определяется из теплового баланса теплообменника:  Kп - коэффициент тепло-передачи, Вт/(м·К),  ;  - средняя разность температур между паром и раствором, °С;  - количество начального раствора, кг/с, и его теплоёмкость, Дж/(кг·К);  - начальная температура исходного раствора, °С;  - температура раствора на выходе из теплообменника, °С, равная температуре с которой раствор входит в первый корпус.   Так как отношение  , то величину определим как среднелогарифмическую: Тогда поверхность теплообменника  Площадь поверхности теплопередачи теплообменника принимается на 10-20% больше расчетной величины:  На основании найденной поверхности по ГОСТ 15122-79 выбираем кожухотрубчатый одноходовой теплообменник с такими параметрами: площадь поверхности теплопередачи  , число труб n = 261, длина труб l = 2 м, диаметр труб 25x2 мм, диаметр кожуха D = 600 мм.2.4 Расчёт центробежного насоса Основными типами насосов, используемых в химической техноло гии, являются центробежные, осевые и поршневые. Для проектируемой выпарной установки используем центробежный насос. При проектирова нии обычно возникает задача определения необходимого напора Н и мощ ности N при заданной подаче (расходе) жидкости Q, перемещаемой насо сом. Далее по найденному напору и производительности насоса определя ем его марку, а по величине мощности на валу - тип электродвигателя к насосу. Мощность на валу насоса, кВт,  где Q - производительность насоса, м3/с; Н - напор, развиваемый насо сом, м;  - к.п.д. насоса, ;  - к.п.д. передачи (для центро бежного насоса  ).Напор насоса  где  - давление жидкости для исходного раствора (атмосферное), Па;  - давление вторичного пара в первом корпусе, Па;  – геометрическая высота подъема раствора, м,  м;  - напор, теряемый на пре одоление гидравлических сопротивлений (трения и местных сопротивле ний) в трубопроводе и теплообменнике, м.Потери напора  где  - потери напора соответственно в трубопроводе и в теплооб меннике, м. В связи с громоздкостью расчета потери напора в теплообмен нике можно не рассчитывать и принимать их в пределах  , в зависимости от скорости движения раствора в трубах теплообменника, длины, количества труб и числа ходов теплообменника; w - скорость рас твора, м/с,  ; l и d - длина и диаметр трубопровода, м;  ; - коэффициент трения; - сумма коэффициентов мест ных сопротивлений.Определим диаметр трубопровода, из основного уравнения расхода:   Для определения коэффициента трения рассчитываем величину Re: где  плотность, кг/м3, и вязкость, Па·с, исходного раствора; при концентрации х = 8%;   Для гладких труб при Rе = 39030, = 0,0228.Определим сумму коэффициентов местных сопротивлений : Коэффициент местных сопротивлений равны: вход в трубопровод  = 0,5; выход из трубопровода =1,0; колено с углом 90° (для трубы d = 37 мм): = 0,4;вентиль прямоточный = 2,5 (для трубы d = 37 мм);  Примем потери напора в теплообменнике  и  аппа рата плюс 2 метра,   Тогда   По приложению табл. П11 устанавливаем, что данным подаче и на пору больше всего соответствует центробежный насос марки Х8/30, для которого в оптимальных условиях работы  Н = 30 м,  = 0,5. Насос обеспечен электродвигателем BAO - 32 - 2 номинальной мощностью N = 4 кВт.По мощности, потребляемой двигателем насоса, определяем удель ный расход энергии:  2.5 Расчёт объёма и размеров емкостей Большинство емкостей представляют собой вертикальные или гори зонтальные цилиндрические аппараты. При проектировании емкостей ос новными руководящими документами являются нормали и Государствен ные стандарты, предусматривающие следующий нормальный ряд цилинд рических аппаратов и сосудов до 200 м3. 0,01, 0,016, 0,025. 0,040 0,100, 0,125, 0,160, 0 200, 0,250, 0,320, 0,400, 0,500, 0,630, 0,800, 1,00, 1,25, 1,60, 2,00 2,50, 3,20, 4,00, 5,00, 6,30, 8,00, 10, 12, 16 20, 25, 32, 40, 50, 63, 80, 100, 125,160, 200. По номинальному объему аппарата выбирают его основные конст руктивные размеры (диаметр, высоту), которые должны соответствовать ГОСТ 9941 - 72, ГОСТ 9671 - 72. Стандарты предусматривают следующий ряд внешних номинальных диаметров Dн, мм.: 200, 250, 300,350,400, 500,600, 700, 800,900, 1000, 1100, 1200, 1400,1600, 1800,2000, 2200, 2400, 2600, 2800, 3000, 3200, 3400, 3600, 3800, 4000. Для изготовления сосудов малого размера допускается применение стальных труб с наружным диаметром в мм: 159, 219, 273, 325, 377, 426, 480,530, 630,720, 820,920, 1120,1220, 1420. Длина (высота) емкостей принимается равной  Расчет емкостей для разбавленного и упаренного раствора ведем из условий шестичасовой (сменной) работы выпарного аппарата, т.е. τ = 6 ч. Объём емкости для разбавленного (исходного) раствора  где  - количество (кг/ч) и плотность (кг/м3) исходного раствора; φ - коэффициент заполнения емкости,  . Для удобства работы устанавливаем две емкости объемом по 16 м3. Принимаем диаметр емкости равным D = 2,4 м. Тогда длина ее l = 3,6 м.Объем емкости упаренного раствора  где  - количество (кг/ч) и плотность (кг/м3) упаренного раствора.Устанавливаем три емкости объемом по 3,2 м3 диаметром 1,4 м и дли ной 2,1м. 2.6 Определение диаметра штуцеров Штуцера изготовляют из стальных труб необходимого размера. По ГОСТ 9941 - 62 применяют трубы следующих диаметров: 14, 16, 18, 20, 22, 25, 32, 38, 45, 48, 57, 70, 76, 90, 95, 108, 133, 159, 194, 219, 245, 273, 325, 377,426. Диаметр штуцеров определим из основного уравнения расхода:  где  - расход раствора или пара, м3/с;  - средняя скорость потока, м/с.Ориентировочные значения скоростей, принимаемых при расчетах трубопроводов, приведены в таблице 7. Диаметр штуцера для разбавленного раствора  Диаметр штуцера для упаренного раствора  Таблица 7 - Рекомендуемые значения скорости потока
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||