Технологічний розрахунок багатокорпусної прямотечійної вакуум-випарної установки

Мета технологічного розрахунку – визначення витрат гріючої пари, необхідної поверхні теплообміну, підбір стандартизованих випарників і визначення їх основних геометричних розмірів.

Розрахунок проводять за наступною схемою:

3.2.1. В умові завдання на проектування вказані: кількість корпусів в установці, тип апарату, тиск гріючої пари і вторинної пари в барометричному конденсаторі, витрата і концентрація вихідного розчину і концентрація кінцевого продукту.

Складають принципову технологічну схему вакуум-випарної установки. Наносять на схему вказані параметри потоків, доповнюючи їх по мірі виконання розрахунків.

3.2.2. Приводять довідникові дані про фізико-хімічні властивості розбавленого і концентрованого розчинів в залежності від температури.

3.2.3. Визначають згідно рівняння матеріального балансу (3.4) продуктивність установки по випарюваній воді W і розподіляють навантаження по корпусах.

В першому наближенні на основі практичних даних [1, 2, 3] приймають, що продуктивність по випарюваній воді розподіляється по корпусах відповідно співвідношення:

- для двохкорпусної установки W₁:W₂ = 1,0: 1,17

- для трьохкорпусної W₁:W₂:W₃ = 1,0: 1,1: 1,2.

Кількість випареної води у кожному корпусі (наприклад, для трьохкорпусної установки):

(3.25)

3.2.4. Розраховують концентрації розчинів по корпусах. Концентрація розчину, який поступає в кожний наступний корпус дорівнює концентрації випареного розчину в попередньому корпусі.

Концентрація розчину, який виходить з кожного корпусу:

для 1-го корпусу

для 2-го корпусу (3.26)

для і-го корпусу

Концентрація розчину в останньому корпусі повинна відповідати кінцевій концентрації випареного розчину, яка задана в завданні.

3.2.5. Для визначення температури вторинної пари по корпусах необхідно визначити тиск вторинної пари в кожному корпусі.

Загальний перепад тиску в установці:

Δ (3.27)

де р_г.п і р_б.к. – тиск гріючої пари і тиск вторинної пари в барометричному конденсаторі, які задані в завданні.

В першому наближенні розподіляють перепад тисків між корпусами порівну:

(3.28)

де і – кількість корпусів

Тоді абсолютний тиск в кожному корпусі, наприклад, для трьохкорпусної установки:

- для 1-го корпусу

- для 2-го корпусу (3.29)

- для 3-го корпусу

Для кожного корпусу за тиском пари визначають її температуру Т_п, °С_. і питому ентальпію і, кДж/кг (табл. LVII) [1].

3.2.6. Проводять розрахунок температурних втрат по корпусах від гідравлічної, гідростатичної і температурної депресії (див. п. 3.1.4) та визначають температуру кипіння розчину по корпусах.

Для багатокорпусної випарної установки приймають гідравлічну депресію Δ^'''=1.0-1.5°С в кожному корпусі.

Тоді, температура вторинної пари по корпусах:

t_в.п.(і)= Т_п(і) +Δ^'''_(і) (3.30)

За температурою вторинної пари знаходять її тиск р_в.п., МПа і питому теплоту пароутворення r_в.п., кДж/кг (табл. LVII, [1]).

Сума гідравлічних депресій по корпусах:

ΣΔ^'''= Δ₁^''' + Δ₂^'''+ Δ₃^''' (3.31)

Гідростатичну депресію Δ^'' визначають згідно залежності (3.7), для кожного корпусу окремо, Δ^''=t_в(і)-t_{в.п (і)}.

Оскільки, при визначенні орієнтовної поверхні теплопередачі F_ор згідно (3.6), отримують різні значення F_ор для кожного корпусу, то, виходячи з умови рівності поверхонь нагрівання корпусів, необхідно підібрати один випарний апарат згідно ГОСТ 11987-81 з поверхнею теплопередачі, яка відповідає розрахованій F_ор для кожного корпусу.

Сума гідростатичних депресій по корпусах:

ΣΔ^''= Δ₁^'' + Δ₂^''+ Δ₃^'' (3.32)

Температурну депресію Δ^' визначають згідно залежності (3.8), для кожного корпусу випарної установки, користуючись довідниковими даними для температурної депресії розчину за атмосферного тиску Δ^'_атм, (табл. 4.5. [2]) та температури кипіння розчину (табл. XXXVI [2]).

Сума температурних депресій по корпусах:

ΣΔ^'= Δ₁^' + Δ₂^'+ Δ₃^' (3.33)

Температури кипіння розчину по корпусах:

- для 1-го корпусу t_кип1= Т_п.(1)+ Δ₁^' + Δ₁^'' + Δ₁^'''

-для 2-го корпусу t_кип2= Т_п.(2)+ Δ₂^' + Δ₂^'' + Δ₂^'' (3.34)

- для 3-го корпусу t_кип3= Т_п.(3)+ Δ₃^' + Δ₃^'' + Δ₃^'''

3.2.7. Визначають корисні різниці температур в кожному корпусі і загальну корисну різницю температур для всієї установки:

Загальна корисна різниця температур для всієї установки:

Δt^заг_кор. = Т_г.п. - t_б.к - Σ Δ = Т_г.п. - t_б.к – (Σ Δ^' + Σ Δ^'' + Σ Δ^''') (3.35)

Корисна різниця температур по корпусах:

- для 1-го корпусу Δt_кор1 = Т_г.п.- t_{кип (1)}.

- для 2-го корпусу Δt_кор2 = Т_г.п.(1)-t_{кип (2)} (3.36)

- для 3-го корпусу Δt_кор3 = Т_г.п.(2)-t_{кип (3)}.

3.2.8. Складають теплові баланси по корпусах. Витрату гріючої пари в 1-му корпусі, продуктивність кожного корпуса по випареній воді і теплові навантаження по корпусах визначають шляхом спільного вирішення системи рівнянь теплових балансів по корпусах і рівняння балансу по воді для всієї установки:

(3.37)

Наприклад, для трьохкорпусної випарної установки:

(3.38)

де 1,05 і 1,03 коефіцієнти, які враховують втрати тепла в навколишнє середовище.

Рішення системи рівнянь (3.38) дає можливість визначити для трьохкорпусної установки G_г.п,W₁, W₂, W₃.

Якщо відхилення визначених навантажень по випарюваній воді в кожному корпусі відрізняється від попередньо прийнятих W₁:W₂ чи W₁:W₂:W₃ більш ніж на 5%, то необхідно знову перерахувати концентрації, температурні втрати і температури кипіння розчинів, поклавши за основу розрахунку нове, одержане з рівнянь матеріального балансу співвідношення навантаження по випарюваній воді.

3.2.9. Розрахунок коефіцієнтів теплопередачі по корпусах виконують аналогічно розрахункам, які наведені в п. 3.1.8.3 - 3.1.8.4.

За визначеними раніше температурами кипіння і концентраціями розчинів по корпусах визначають у довідниковій літературі фізичні характеристики розчинів (густину, теплопровідність, в’язкість, теплоємність), задаються діаметром і довжиною труб (в залежності від типу випарного апарату вибраного згідно п. 3.2.6.) і розраховують коефіцієнти тепловіддачі α₁ і α₂ та коефіцієнт теплопередачі К для кожного корпусу.

3.2.10. Проводять в першому наближенні розподіл корисної різниці температур по корпусах, виходячи з умови однакової поверхні теплопередачі в них:

(3.39)

де Δt_кор.(і), Q_і, К_і – відповідно корисна різниця температур, теплове навантаження і коефіцієнт теплопередачі в і-му корпусі.

Перевіряють загальну корисну різницю температур установки:

Δt_кор.= Δt_кор.(1)+Δt_кор.(2) +Δt_кор.(3) (3.40)

Розраховують орієнтовне значення поверхні теплопередачі в кожному корпусі:

F_i = Q_i/(K_i Δt_кор(і)) (3.41)

3.2.11. На основі визначеної поверхні теплопередачі вибирають по каталогу стандартизований випарний апарат згідно ГОСТ 11971-81. [2]

3.2.12. Якщо прийняті значення F значно відрізняються від F_ор (5% і більше), то необхідно внести корективи на зміну конструктивних параметрів апаратів (діаметр, число і довжина труб гріючої камери).

Закінчивши розрахунок, уточнюють температури вторинної пари і тиску по корпусах:

Корпус	Температура
кипіння	вторинної пари
	Δtкип.(1) = Тг.п.(1) – tкор (1)	tв.п.(1)= tкип.(і)- Δ^'(1)- Δ^''(1)
	Δtкип.(2) = Тг.п.(2) – tкор (2)	tв.п.(2)= tкип.(2)- Δ^'(2)- Δ^''(2)
і	Δtкип.(і) = Тг.п.(і) – tкор (і)	tв.п.(і)= tкип.(і)- Δ^'(і)- Δ^''(і)

За таблицями визначають тиск вторинної пари, який відповідає уточненим температурам вторинної пари.

Якщо при порівнянні розподілених з умови рівності поверхні теплопередачі і попередньо розрахованих значень корисної різниці температур різниця між ними перевищує 5%, то необхідно заново розподілити температури, тиски між корпусами установки.

В основу нового розподілу, кладуть корисні різниці температур, знайдені з умови рівності поверхні теплопередачі апаратів. Приймаючи при уточненому розрахунку площі поверхні теплопередачі (друге наближення) такі ж значення Δ^',Δ^'',Δ^''' для кожного корпусу, отримаємо нові параметри розчинів і пари по корпусах, які використовують для визначення теплового навантаження, коефіцієнтів теплопередачі, розподілу корисної різниці температур.

Якщо різниця між корисними різницями температур по корпусах в 1-му і 2-му наближенні перевищує 5%, необхідно виконати наступне 3-тє наближення, взявши за основу розрахунку Δt_кор. з 2-го наближення і т.д. до співпадіння корисної різниці температур.

Дата добавления: 2017-02-01