КАТЕГОРИИ: Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748) |
Матеріальний баланс випарного апарату.ТЕХНОЛОГІЧНИЙ РОЗРАХУНОК Розрахунок однокорпусної вакуум - випарної установки ПРИКЛАДИ РОЗРАХУНКУ ПРЯМОТЕЧІЙНИХ ВАКУУМ-ВИПАРНИХ УСТАНОВОК. Завдання на проектування. Спроектувати однокорпусну випарну установку для концентрування Gп=1800кг/год (5кг/с) водного розчину нітрату амонію від початкової масової концентрації хп=10% до кінцевої хк=60% при наступних умовах: 1) обігрів здійснюється насиченою водяною парою з тиском pг.п=0.157Па; 2) абсолютний тиск у паровому просторі випарного апарату pб.к=0.0196МПа; 3) температура розчину, що поступає в установку, t0=20°С; 4) температура розчину, що поступає у випарний апарат t1=12°C; 5) початкова температура охолоджуючої води t=12°С; 6) температура суміші охолоджуючої води і конденсату, що виходить з барометричного конденсатора, нижче температури конденсації на Δt=5° С; 7) випарний апарат з виносною нагрівальною камерою тип 1,виконання 2. Кількість випареної води визначається за формулою(3.4): W= Gк-Gп= Gп(1- xп/xк) W=5/(1-10/60)=4.165 кг/с Кількість випареного розчину, згідно (3.1): Gп = Gк+W Gк=5-4.165=0.835 кг/с.
2.Тепловий розрахунок. 2.1.Визначення температури кипіння розчину. Температура кипіння розчину визначається за формулою(3.5): tкип = tвтор.пари+ Δ Температура вторинної пари tвтор.пари, яка поступає із випарного апарата в барометричний конденсатор при р =0.0196МПа, дорівнює 59.7°С. Δ - температурні втрати на різних ділянках вакум-випарної установки, загальна величина яких складається з температурної Δ', гідростатичної Δ'' та гідравлічної Δ''' депресій визначаються згідно п.3.1.5. На основі практичних рекомендації (див. п.3.1.5) приймаємо гідравлічну депресію Δ''' =1°С. Тоді температура вторинної пари у випарному апараті:
t'втор.пари=59.7+1=60.7°C Цій температурі відповідає тиск р’п= 0.0207МПа, теплота пароутворення r =2355,54кДж/кг. Гідростатичну депресію Δ' визначаємо наступним чином. Визначаємо висоту оптимального рівня розчину у кипятильних трубах..Для вибору значення труби Н орієнтовно визначається площа поверхні теплопередачі випарного апарата Fop (3.7). При кипінні водних розчинів солей питоме теплове навантаження для апаратів з природною циркуляцією q=20000-50000 Вт/м2. Приймаємо q=30000Вт/м2. Тоді:
Fор = Q/q = (W·r)/ q Fop=4.165∙2355.54∙103/30000=327м2
По ГОСТ11987-81 приймаємо випарний апарат з наступними характеристиками: - поверхня теплообміну 355м2; - довжина труб 5м; - діаметр труб 38 2мм; - крок між трубами 48мм; - матеріал труб-стальХ18Н10Т. Орієнтовно приймаємо температуру кипіння розчину в апараті на 20°С більше температури вторинної пари, тобто температура кипіння 80°С. Відповідно, згідно залежності (3.6.б) оптимальний рівень розчину в трубах випарного апарату: Нопт = Н[0.26+0.0014(ρр- ρв)] Нопт =[0.26+0.0014(1223-972)∙5=3.06 м, де 1223 і 972кг/м3 густина розчину і води при температурі 800С. Таким чином, тиск в середньому шарі кип’ятильних труб, згідно (3.6.а): Рсер = р’втор.пари + (ρр·g·Hопт /2) Рсер =0.0207+(1223∙9.81∙3.06/2)=0.039МПа. Цьому тиску відповідає температура кипіння води t=75.4°С і теплота пароутворення r = 2320кДж/кг. Таким чином, гідростатична депресія, по (3.8):
Δ''= tв- t'втор.пари Δ'' 75.4 – 60.7=14.1°С. Температурна депресія визначається за формулою(3.9):
Δ'=16.2 Т2 Δ'атм /r Δ'=16.2(273+75.4)2∙13.57/(2320∙103)=11.5°С, де Δатм =13.57°С - температурна депресія 60% розчину при атмосферному тиску. Температура кипіння розчину (3.5): tкип = tвтор.пари+ Δ tкип =59.7+11.5+14.7+1=86.9°С
2.2.Корисна різниця температур, (3.13): Δtкор.=Т- tкип Δtкор=112.7-86.9=25.8°С де Т=112.7°С - температура конденсації гріючої пари, яка визначається за тиском гріючої пари згідно табл. LVII [1]. 2.3.Витрату гріючої пари Gг.п. визначаємо із рівняння теплового балансу (3.11): де і=2607кДж/кг-ентальпія вторинної пари; Cп=3866Дж/(кг К) - питома теплоємність 10% розчину; Cк=2618.1Дж/(кг К)-питома теплоємність випареного розчину; rг.п.=2227 кДж/кг - питома теплота пароутворення води при Pг.п. =0.157МПа; 0.95-коефіцієнт, який враховує 5% втрати теплоти. Теплове навантаження гріючої камери(3.12): Qг.к.= Gг.п· rг.п Qг.к =5.77∙2227∙103=12849.8∙103Вт.
2.4.Розрахунок коефіцієнта теплопередачі. Число труб гріючої камери визначається за формулою 3.15: n = F/ (π·d·Н) n=355/(3.14∙0.038∙5)=595 Густина стікання конденсату по зовнішній поверхні труб визначається за формулою (3.16): Г= Gг.п./П Г=5.77/(595∙3.14∙0.038)=0.0813кг/(м∙с), Критерій Reпл для плівки конденсату визначається за формулою (3.17): Reпл=4Г/μ Reпл=4∙0.0813/(0.251∙10-3)=1295.6 де μ=0.251∙10-3 Па∙с - динамічний коефіцієнт в’язкості води при температурі конденсації t=112.7 С.
Так як Reпл>400 то значення Nuпл визначається за формулою (3.18.б): де Pr=1.56 критерій Прандтля для води при температурі t=112.7 С. [1] Коефіцієнт тепловіддачі α1 від водяної пари до стінок труб розраховують згідно (3.19): α1= Nuпл·δприв / λ α1=0.202∙0.685/(0.215∙104)=6435.8Вт/(м2∙К), приведена товщина плівки: δприв =[(0.25∙110-3)2/948.52∙9.81)] 0.33=0.215∙10-4 м, де ρ=948.5кг/м3- густина води при температурі кондесації t=112.70С. Коефіцієнт тепловіддачі α2 від стінки до киплячого розчину визначається за умов бульбашкового кипіння на внутрішній поверхні вертикальних труб, яке найчастіше спостерігається в умовах роботи випарних установок. Для апаратів з природною циркуляцією розчину α2 розраховують за рівнянням (3.20): α2 = А'·q0,6 де .
Константи розчину при температурі кипіння: ρ=1215.1кг/м3, μ=0.782∙10-3 Па∙с, λ=0.4247Вт/(м∙К), с=2618.1Дж/(кг∙К), σ=7110-3 Н/м. Властивості водяної пари при р=0.039МПа, r=2292.4∙103Дж/кг, ρп.=0.38кг/м3. Густина водяної пари при р=0.1МПа, ρ0=0.579кг/м3. Таким чином: Коефіцієнт теплопередачі визначається за ф-лою (3.14): = , Вт(м2·К),
де dтр=0.002м - товщина стінки труби; λ тр=16.4Вт/(м/К)-коефіцієнт теплопровідності сталі Х18Н10Т; 1/r1=5000Вт(м2∙К)-теплопровідність забруднення зі сторони розчину; 1/r2=5800Вт/(м2∙К)-теплопровідність забруднення зі сторони пари. Питоме теплове навантаження q=Δtкор К= Вт/м2 звідки Δtкор=0.6335∙10-3q+0.1775q0.4. Розраховуємо питоме теплове навантаження методом послідовних наближень: задаємося безрозмірним значенням q, проводимо розрахунок Δtкор і за отриманими значеннями будуємо графік q-Δt кор. (рис.3.3). q,Вт/м2 20∙103 30∙103 Δ tкор,°С 22,0 30,0 Рис.3.3. Визначення питомого теплового навантаження випарного апарата.
Із графіка визначаємо, що для попередньо розрахованого значення Δtкор=25.88°С питоме теплове навантаження q=24.7·103 Вт/м2. Коефіцієнт теплопередачі, (3.23): К = q/ Δtкор K=24.7∙103/25.8=957.4 Вт/(м2∙К) Необхідна площа поверхні теплообміну випарного апарата, (3.24): К = q/ Δtкор F=12849.8∙103/(957.4∙25.8)=520.2м2
По ГОСТ 11987-81 вибираємо номінальну поверхню теплообміну Fн=560м2. Так як розрахована площа поверхні теплообміну значно відрізняється від орієнтовно визначеної раніше величини Fор, виконуємо повторний розрахунок по визначенню коефіцієнта теплопередачі К, виходячи із розрахованої площі поверхні теплообміну. В результаті розрахунку отримаємо: - число труб гріючої камери n = 939шт.; - густина стікання конденсату по зовнішній поверхні труб Г=0.0515кг/(м∙с); - критерій Reпл для плівки конденсату Reпл=821; - критерій Nuпл=0.213; - коефіцієнт тепловіддачі α1=6786Вт/(м2∙К); - коефіцієнт теплопередачі К=1/(0.6225 103+0.1775/q0.6), Вт/(м2∙К). Корисна різниця температур: Δtкор=0.6255∙10 -3q+0.1775q0,4. Задаємося безрозмірними значеннями q, виконуємо розрахунок Δtкор і за отриманими даними будуємо графік q -Δtкор q,Вт/м 20∙103 30∙103 Δtкор 21.8 29.7 Корисній різниці температур Δtкор=25.8°С відповідає питоме теплове навантаження q=24.85∙103 Вт/м2. Коефіцієнт теплопередачі K=24.85∙103/25.8=963 Вт/(м2∙К). Площа поверхні теплообміну: F=12849.8∙103/(963∙25.8)=517.2м2 По ГОСТ 11987-81 вибираємо номінальну площу поверхні теплообміну Fн=560м2.
Дата добавления: 2017-02-01; Просмотров: 280; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы! Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет |