Xreferat.com » Рефераты по физике » Расчет выпарной установки

Расчет выпарной установки

Курсовая работа


«Расчет выпарной установки»


Задание


Спроектировать трехкорпусную выпарную установку для упаривания 18 т/ч раствора NH4NO3 от начальной концентрации 18% до концентрации 48%. Давление греющего пара 6,2 ат. Температура охлаждающей воды 100С, давление в конденсаторе 0,2 ат. Раствор поступает в первый корпус подогретым до температуры кипения. Выпарные аппараты принять с выносной камерой. Конденсатор смешивающего типа с барометрической трубой.


Выпарные установки


Выпаривание представляет собой термический процесс кипения раствора с выделением паров растворителей в практически чистом виде (если не считаться с уносом жидкости); при этом растворимое нелетучее вещество (твердое тело, например, соль, или вязкая жидкость, например вазелин) остается в концентрированном виде в аппарате. Получаемые при выпаривании пары удаляются в атмосферу или в конденсирующее устройство.

Превращаться в пар растворитель может при кипении жидкости или при поверхностном испарении ее. В выпарных аппаратах применяется более интенсивный из этих способов превращения растворителя в пар, а именно кипение. впервые выпаривание получило промышленное применение в производстве сахара, а в дальнейшем – в химической промышленности. При концентрировании растворов вода иногда удаляется до 90% первоначального веса.

Предположим, что имеются два открытых сосуда, обогреваемых паром через паровые рубашки. В первом сосуде находится чистая вода, а во втором – 70%-ный раствор селитры NH4NO3. Пусть давление греющего пара составляет 3,92.105 Па (4 кгс/см2). Вода закипит при температуре 100 оС; раствор при том же давлении закипит только при температуре 120 оС. Однако образующиеся из этого раствора водяные пары будут иметь температур ту же, что и в случае кипения чистой воды, т.е. около 100 оС.

Понижение температуры образующихся из раствора водяных паров по сравнению с температурой кипения раствора называют физико-химической температурной депрессией. Обозначив ее через ∆t, можем написать:


Расчет выпарной установки,

где tр – температура кипения раствора, оС; υ – температура образующихся паров воды, оС.

Физико-химическая температурная депрессия различна для разных растворов. Она больше у растворов веществ с малым молекулярным весом. Для раствора одного и того же вещества физико-химическая температурная депрессия увеличивается с повышением его концентрации.

Под концентрацией раствора понимают отношение массы сухого вещества в растворе к общей массе раствора в процентах


Расчет выпарной установки,


где b – массовая концентрация раствора, %; W – количество растворителя или воды в растворе, кг; Gсух – количество растворенного или сухого вещества в растворе, кг.


Классификация выпарных аппаратов и установок


По принципу работы выпарные установки разделяются на периодически и непрерывно действующие. В периодически действующих установках жидкость подается в аппарат, выпаривается до необходимой более высокой концентрации, затем упаренный раствор удаляется из аппарата. Опорожненный аппарат вновь наполняется неконцентрированным раствором. Периодическое выпаривание применяется при небольшой производительности установки или когда сгущенная жидкость не поддается откачке насосом или в тех случаях, когда требуется выпарить весь растворитель. В аппаратах непрерывного действия неконцентрированный (слабый) раствор непрерывно отводится из него. По сравнению с аппаратами периодически действующими аппараты непрерывного действия более экономичны в тепловом отношении, так как в них отсутствуют потери, связанные с расходом тепла на периодический разогрев аппарата.

В большинстве случаев аппараты непрерывного действия компонуются в так называемые многокорпусные выпарные установки, в которых упариваемый раствор последовательно проходит через ряд отдельных аппаратов. В каждом последующем аппарате устанавливается большая концентрация раствора, чем в предыдущем.

По давлению внутри аппарата различают выпарные аппараты, работающие при избыточном и атмосферном давлениях и вакууме.

Вакуум применяется в следующих случаях: а) когда раствор под влиянием высокой температуры разлагается, изменяется цвет, запах (например, сахар, молоко); б) когда раствор при атмосферном давлении имеет высокую температуру кипения, т.е. обладает большой физико-химической температурной депрессией, и требует высоких параметров греющего пара (например, раствор аммиачной селитры, едкого калия и т.п.); в) когда греющий теплоноситель имеет низкую температуру и, следовательно, нужно снижать температуру кипения раствора; г) для увеличения располагаемого температурного перепада в многокорпусной установке.


Конструкции наиболее распространенных выпарных аппаратов


1. Аппараты с паровым обогревом. Наибольшее распространение получили вертикальные выпарные аппараты с трубчатой поверхностью нагрева, которые хорошо компонуются и занимают меньшую площадь.

Во всех конструкциях для облегчения очистки поверхности нагрева от накипеобразований пар поступает в межтрубное пространство, а раствор подогревается и кипит в трубках.

Выпарные аппараты с паровым обогревом можно разбить на три группы: с естественной циркуляцией раствора, с принудительной циркуляцией раствора и пленочные аппараты.

Аппараты с естественной циркуляцией раствора. Движущей силой естественной циркуляции раствора является разность весов столба жидкости в опускных трубах и парожидкостной эмульсии в подъемных за счет разницы плотностей ρж и ρэ.


Тепловой расчет


1. Производим тепловой расчет в первом приближении.

Количество воды, выпариваемой всей установкой:


Расчет выпарной установкиРасчет выпарной установки


где Gо – количество исходного раствора, кг/ч; bо – начальная концентрация, %; bк – конечная концентрация раствора, %.

На 1 кг начального раствора выпарено Расчет выпарной установки, кг/кг р-ра.

Расчет выпарной установкиРасчет выпарной установки


Количество воды, выпариваемое по корпусам, предварительно принимаем одинаковым; W=idem


Расчет выпарной установкиРасчет выпарной установкиРасчет выпарной установки


Концентрация раствора на выходе i-ой ступени:

Расчет выпарной установки или Расчет выпарной установки


Расчет выпарной установки Расчет выпарной установки Расчет выпарной установки

2. Примем в первом приближении одинаковые перепады давлений по корпусам и найдем давления в корпусах


Расчет выпарной установки

Расчет выпарной установки


Давление вторичного пара по корпусам:


Расчет выпарной установки Расчет выпарной установки

Расчет выпарной установки Расчет выпарной установки

Расчет выпарной установки Расчет выпарной установки


3. Полная разность температур для всей установки


Расчет выпарной установки Расчет выпарной установки


где tIГ – температура греющего пара в 1-ом корпусе при заданном давлении. Находится по рр1 на линии насыщения; Расчет выпарной установки= f(рп3) – температура вторичного пара на выходе 3-й ступени (температура пара в конденсаторе при давлении в конденсаторе). Температуры взяты по таблицам насыщенных водяных паров М.П. Вукаловича.

Потери общей разности температур определяем как сумму депрессионных физико-химических потерь, потерь от гидростатического эффекта и гидравлических потерь в трубопроводах.

Потери температур в установке:


Расчет выпарной установки

Расчет выпарной установки13,81+28,07+3=44,88


где ∆ji – потери температурного напора по ступеням.

а) Σ∆1 – потери общей разности температур за счет физико-химической депрессии. Для i-ой ступени:


Расчет выпарной установки


Расчет выпарной установки Расчет выпарной установки Расчет выпарной установки

где Т – температура кипения воды при данном давлении, К; r – теплота парообразования при данном давлении, кДж/кг; ∆i1Н – нормальная температурная депрессия (при нормальном давлении 760 мм рт. ст.); определяется по таблицам 2.22, 2.24 │7│, определена экспериментально и затабулирована для различных веществ.

Или ∆1i определяется по упрощенной формуле Тищенко


Расчет выпарной установки,


где К = f(t) – поправочный коэффициент, принимается по табл. 2.2.

Общие депрессионные физико-химические потери определяются по формуле:

Расчет выпарной установки

Расчет выпарной установки


б) Σ∆2 – потери от гидростатического эффекта; зависят от высоты уровня раствора, плотности ρ парожидкостной эмульсии и скорости циркуляции.

Для i-ой ступени:


Расчет выпарной установки

Расчет выпарной установки 147,18 Расчет выпарной установки144,76

Расчет выпарной установки 126,79 Расчет выпарной установки=122,7

Расчет выпарной установки 81,27 Расчет выпарной установки59,8

Расчет выпарной установки147,18–144,76=2,42

Расчет выпарной установки126,79–122,7=4,09

Расчет выпарной установки81,27–59,8=21,47


где tк.с.в-температура кипения воды при давлении Расчет выпарной установки; tк.в - температура кипения воды при давлении рвт; рвт – давление вторичного пара над раствором; ∆рг – гидростатическое давление раствора у середины греющих труб.

Давление раствора в середине греющих труб больше, чем давление пара на величину ρэgh.

Определяем гидростатическое давление раствора у середины греющих труб ∆рг:


Расчет выпарной установки,


Расчет выпарной установки0,5 м Расчет выпарной установки,

Расчет выпарной установки 4 м Расчет выпарной установки,

Расчет выпарной установки 0,5 + 4/2 =2,5 м Расчет выпарной установки,

где Расчет выпарной установки; ρi – плотность раствора в зависимости от его концентрации, находится по графику 2.9 или таблицам 2.21, 2.23 │7│; h – расстояние от верхнего уровня раствора до середины греющих труб; hизб – расстояние от уровня раствора до трубной доски, принимаем 0,25–0,5 м; hтр – высота греющих труб, принимается 3–5 м.

Давление вторичного пара по корпусам было определено выше.

Давление растворов у середины греющих труб:


Расчет выпарной установки

Расчет выпарной установки

Расчет выпарной установки

Расчет выпарной установки


Общие потери за счет гидростатического эффекта:


Расчет выпарной установки

Расчет выпарной установки2,42+4,09+21,47=27,98


в) Гидравлическая температурная депрессия связана с потерями давления при движении пара по трубопроводам. В выпарных установках гидравлические потери при прохождении пара из парового пространства предыдущего корпуса в греющую камеру последующего составляют 1,0–1,5 оС.

Принимаем:

λ=0,03; l=15 м; W=20 м/с; ρ=2,2 кг/м3; d=0,3 м. Из этого Δр будет равно примерно 1 кПа, что соответствует потерям в 0,1–0,2 0С, но по опыту предыдущих расчетов принимаем:


Расчет выпарной установки оС


Общие гидравлические потери: Расчет выпарной установки= 3 оС.

4. Полезная разность температур для всей установки:


Расчет выпарной установки

Расчет выпарной установки99,81–43,56=56,25


Будем проектировать установку исходя из равенства поверхностей нагрева по ступеням установки, тогда суммарная полезная разность температур должна быть распределена по ступеням пропорционально отношениям тепловых нагрузок к коэффициентам теплопередачи.

Из практических данных эксплуатации установок известно:


КI: КII: КIII = 1: 0,7: 0,4


Примем при этом, что количество тепла, передаваемое через греющую поверхность будет равным для всех корпусов: QI = QII = QIII.

Тогда полезная разность температур i-ой ступени:

Расчет выпарной установки


При наших допущениях имеем:


Расчет выпарной установки; Расчет выпарной установки; Расчет выпарной установки

Расчет выпарной установки; Расчет выпарной установки;

Расчет выпарной установки


Проверить (округлить), чтобы Расчет выпарной установки.


5. Температура кипения раствора у середины греющих труб и у верхнего уровня в 1-ой ступени:

Расчет выпарной установкипри 6,2 ата по таблице Вукаловича


Расчет выпарной установки


Расчет выпарной установки159,61–11,413=148,197


Расчет выпарной установки

Расчет выпарной установки148,197 – 2,42=145,777

Температура вторичного пара в 1-ой ступени:


Расчет выпарной установкиРасчет выпарной установки


Расчет выпарной установкиРасчет выпарной установки145,777 – 2,66=143,117

Температура греющего пара во 2-ой ступени:


Расчет выпарной установки


Расчет выпарной установки143,117 – 1=142,117

Температура кипения раствора у середины греющих труб и у верхнего уровня во 2-ой ступени:


Расчет выпарной установки


Расчет выпарной установки142,117 – 16,304=125,813


Расчет выпарной установки


Расчет выпарной установки125,813 – 4,09=121,723

Температура вторичного пара во 2-ой ступени:


Расчет выпарной установки


Расчет выпарной установки121,723 – 4,63=117,093

Температура греющего пара в 3-ей ступени:


Расчет выпарной установкиРасчет выпарной установки


Расчет выпарной установки117,093 – 1=116,093

Температура кипения раствора у середины греющих труб и у верхнего уровня в 3-ей ступени: Расчет выпарной установки

Расчет выпарной установки116,093 – 28,533=87,56


Расчет выпарной установки


Расчет выпарной установки87,56 –21,47=66,09

Температура вторичного пара в 3-ей ступени:


Расчет выпарной установки


Расчет выпарной установки66,09 – 5,29=60,8

Температура пара в конденсаторе:


Расчет выпарной установки


Расчет выпарной установки 60,8 – 1=59,8

Полезные перепады температур Расчет выпарной установки должны быть не менее

10–15 оС при Расчет выпарной установки ≤ 2.10-6 Па.с,

18–24 оС при 2.10-6 < Расчет выпарной установки< 5.10-6 Па.с

где Расчет выпарной установки – динамический коэффициент вязкости раствора при средней концентрации.

По температурам паров находим в таблицах М.П. Вукаловича давления и энтальпии паров и конденсата, а по концентрациям растворов определяем теплоемкости и интегральные теплоты растворения (берем из графиков), полученные данные сводим в таблицу.


Наименование параметров Обозначение Корпус (ступень)


I II III
Концентрация, вх/вых, % b 18/22,7 22,7/30,9 30,9/48
Полезная разность температур, оС ∆tп 11,413 16,304 28,533
Температура греющего пара, оС

tн, Расчет выпарной установкиРасчет выпарной установки

159,61 142,117 116,093
Температура кипения раствора у середины греющих труб tкс 148,197 125,813 87,56
Температура кипения раствора у верхнего края труб, оС 145,777 121,723 66,09
Гидростатические потери, оС ∆2 2,42 4,09 21,47
Физико-химическая дисперсия, оС ∆1 2,66 4,63 5,29
Гидравлические потери в трубопроводах, оС ∆3 1 1 1
Температура вторичного пара, оС

Расчет выпарной установки

143,117 117,093 60,8
Давление греющего пара, атм рГ 6,2 3,89 1,77
Энтальпия греющего пара, ккал/кг 658,59 653,67 645,13
Энтальпия конденсата, ккал/кг 160,93 142,89 116,38
Давление вторичного пара, атм рвт 4 1,83 0,21
Энтальпия вторичного пара, ккал/кг hвт 653,97 645,48 623,62
Теплоемкость раствора, вх/вых, кДж/кг*град сi 3,6/ 3,4 3,4/ 3,1 3,1/ 2
Интегральная теплота растворения, кДж/кг qRн/qRк -100/-120 -120/-180 -180/-215

∆qR= qRн-qRк 20 60 35

6. Удельный расход пара на выпаривание 1 кг раствора без учета теплоты дегидратации и равенстве = 1 коэффициента самоиспарения во всех корпусах


Расчет выпарной установки кг/кг р-ра

Расчет выпарной установки

Расчет выпарной установки


β1 = 0, если раствор вводят в 1-ую ступень с температурой кипения.


Расчет выпарной установки; Расчет выпарной установки – это коэффициенты самоиспарений.


Расчет выпарной установки; Расчет выпарной установки


Расход пара на 1, 2 и 3 ступени, кг/с:


Расчет выпарной установки, кг/с

Расчет выпарной установки

Расчет выпарной установки

Расходы пара можно подсчитать и следующим образом. Расчет начинаем с 3-ей ступени.


Расчет выпарной установки

Расчет выпарной установки


где kзап = 1,03 – коэффициент, учитывающий потери тепла аппаратом в окружающую среду; снi, скi – теплоемкости раствора при начальной и конечной концентрации раствора в ступени аппарата (по составленной нами таблице); ∆qRi – разность интегральных теплот растворения вещества между существующей и предыдущей концентрациями растворов.

Расчет выпарной установки – количество раствора, перетекающего из одной ступени в другую. Таким образом:


Расчет выпарной установки – для 1 ступени; Расчет выпарной установки18000 – 3750=14250

Расчет выпарной установки – для 2 ступени; Расчет выпарной установки14250 – 3750=10500

Расчет выпарной установки – для 3 ступени. Расчет выпарной установки10500 – 3750=6750


7. Количество теплоты, передаваемой через поверхность нагрева i-го корпуса


Расчет выпарной установки, кВт

Расчет выпарной установки

Если Вам нужна помощь с академической работой (курсовая, контрольная, диплом, реферат и т.д.), обратитесь к нашим специалистам. Более 90000 специалистов готовы Вам помочь.
Бесплатные корректировки и доработки. Бесплатная оценка стоимости работы.
Подробнее

Поможем написать работу на аналогичную тему

Получить выполненную работу или консультацию специалиста по вашему учебному проекту
Нужна помощь в написании работы?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Пишем статьи РИНЦ, ВАК, Scopus. Помогаем в публикации. Правки вносим бесплатно.

Похожие рефераты: