Xreferat.com » Рефераты по промышленности и производству » Определение конструктивных параметров аппаратов выпарных установок

Определение конструктивных параметров аппаратов выпарных установок

Содержание


Введение

1. Материальный баланс

1.1 Определение производительности по испаряемой влаге

1.2 определение температуры кипения раствора

2. Тепловой баланс

2.1 Определение расхода греющего пара

3. Определение коэффициентов теплоотдачи и теплопередачи

3.1 Ориентировочная площадь поверхности теплообмена

3.2 Коэффициент теплоотдачи α1

3.3 Коэффициент теплоотдачи α2

3.4 Коэффициент теплопередачи

3.5 Уточненная площадь теплообмена

4. Конструктивный расчет

4.1 Число труб греющей камеры

4.2 Внутренний диаметр обечайки греющей камеры

4.3 Диаметр циркуляционной трубы

4.4 Объем парового пространства

4.5 Скорость витания капли

4.6 Скорость пара в паровом пространстве

4.7 Высота парового пространства

4.8 Скорость выхода пара из паровых труб

4.9 Толщина трубной решетки

4.10 Выбор способа размещения отверстий в трубной решетке

5. Расчет вспомогательного оборудования

5.1 Расчет барометрического конденсатора

5.2 Расчет размеров барометрической трубы

5.3 Определение диаметра штуцеров

5.4 Выбор фланцев

5.5 Расчет вакуум-насоса

5.6 Выбор крышки и днища аппарата

Описание технологической схемы

Заключение

Список используемой литературы

Приложение


Введение


Выпариванием называется процесс концентрирования растворов нелетучих веществ, заключающийся в частичном удалении растворителя путем испарения при кипении.

Выпарные установки широко применяются для концентрирования растворов в химической и пищевой отрасли других областях народного хозяйства, для термического опреснения соленых вод, для снабжения предприятия греющим паром и других технологических промышленных потребителей горячими кондансоционными водами.

Выпарной аппарат должен удволетворять технологическим и общеконструктивным требованиям, обладать оптимальными техническими и технико-экономическими показателями.

К технологическим требованиям относятся: возможность соблюдения требуемого режима, получения полупродукта или продукта требуемого качества и концентрации.

К конструктивным относятся: простота и компактность аппарата, надежность в работе, технологичность изготовления, монтажа и ремонта, удобство очистки, возможность сосредоточения поверхности нагрева в единице объема.

К оптимальным техническим и технико-экономическим относятся: высокая интенсивность теплопередачи, малый вес, невысокая стоимость эксплуатации.

При проектировании и эксплуатации выпарных установок возникает необходимость решения ряда следующих задач:

выбор конструкции аппаратов схем установок, определение оптимальных параметров установок;

определение оптимальных режимов работы действующий установок, обеспечивающих наибольшую производительность, качество продукта

Основной целью проектных расчетов является определение конструктивных параметров аппаратов выпарных установок при выбранных условиях теплового режима их работы.

1. Материальный баланс


1.1 Материальный баланс выпарного аппарата может быть составлен по всему количеству вещества:


Определение конструктивных параметров аппаратов выпарных установок (1)


Материальный баланс по растворенному раствору:


Определение конструктивных параметров аппаратов выпарных установок (2)


Тогда производительность по испаряемой влаге определяется по формуле:


Определение конструктивных параметров аппаратов выпарных установок (3)


1.2 Определение температуры кипения раствора


Температура кипения раствора определяется по формуле:


Определение конструктивных параметров аппаратов выпарных установок (4)


Где tВП=59,7°С, при р=0,02 МПа [2, табл. 56],

Δ- полная депрессия,°


Определение конструктивных параметров аппаратов выпарных установок (5)


Где ΔГС-гидростатическая депрессия, ΔГС=1-2 [5], примем 1,5°


ΔГ=1° - гидродинамическая депрессия,

ΔФ-Х – физико-химическая депрессия.


Определение конструктивных параметров аппаратов выпарных установок (6)

Определение конструктивных параметров аппаратов выпарных установок

2. Тепловой баланс


Тепловой баланс аппарата непрерывного действия:


Определение конструктивных параметров аппаратов выпарных установок (7)


Где W= 0,336- производительность по испаряемой влаге, кг/с,

GH=0.556- количество поступающего в аппарат раствора, кг/с,

GK=0.224- количество выходящего из аппарата раствора, кг/с,

Сн и Ск- теплоемкость поступающего на выпарку и упаренного раствора соответственно, Сн = Ск = 4,18*103 Дж/(Кл*К) [2],

rГП= 2208*103 Дж/кг- удельная теплота конденсации греющего пара [2, таб 56],

iВП= 2607*103 Дж/кг- удельная энтальпия вторичного пара, [2, таб 56].


2.1 Расход греющего пара


Определение конструктивных параметров аппаратов выпарных установок


Тепловая нагрузка греющей камеры, Вт:


Определение конструктивных параметров аппаратов выпарных установок (8)


Полезная разность температур,°С:


Определение конструктивных параметров аппаратов выпарных установок (9)


Где Т=119,6°С- температура греющего пара,[2, таб 56].


Определение конструктивных параметров аппаратов выпарных установок

3. Определение коэффициентов теплопередачи и теплоотдачи


3.1 Ориентировочная площадь поверхности теплообмена


Определение конструктивных параметров аппаратов выпарных установок (10)


Где q-удельная тепловая нагрузка, Вт/м2, примем q = 30000 Вт/м2


Q = 821.376*103 Вт- тепловая нагрузка греющей камеры.

Определение конструктивных параметров аппаратов выпарных установок


По ГОСТ 11987-81 принимаем выпарной аппарат со следующей характеристикой: поверхность теплообмена F=25 м2, длина труб l=4 м, диаметр труб D=38*2 мм, материал труб сталь Х18Н10Т.

Число труб:


Определение конструктивных параметров аппаратов выпарных установок (11)


3.2 Коэффициент теплоотдачи


α1, Вт/м2*К


Ориентировочный:


Определение конструктивных параметров аппаратов выпарных установок (12)


Где ρ= 943 кг/м3- плотность

λ= 68,6*10-2 Вт/м*К- коэффициент теплопроводности,

μ=231*10-6 Па*с – коэффициент динамической вязкости.

Значения приняты при t = 119.6°C.


Определение конструктивных параметров аппаратов выпарных установок


Найдем значение смоченного периметра П, м:


Определение конструктивных параметров аппаратов выпарных установок (13)


Рассчитаем плотность стекания конденсата по наружной поверхности труб:


Определение конструктивных параметров аппаратов выпарных установок (14)


Найдем критерий Reпл для пленки конденсата:


Определение конструктивных параметров аппаратов выпарных установок (15)


3.3 Коэффициент теплоотдачи α2


Определение конструктивных параметров аппаратов выпарных установок (16)


Где при температуре кипения: λ=0,524 Вт/м*К; ρ=1125,9 кг/м3;

μ=0,63*10-3Па*с, с=2943,6 Дж/кг*К, σ=42*10-3Нм [2, таб 37]


Свойства водяного пара:

r = 2336*103 Дж/кг; ρп= 0,1876 кг/м3, ρо=0,579 кг/м3 [2, таб 56]


Определение конструктивных параметров аппаратов выпарных установок


3.4 Коэффициент теплопередачи


Определение конструктивных параметров аппаратов выпарных установок (17)


Где δ = 0,002 м- толщина стенки, λ-коэффициент теплопроводности стали Х18Н10Т, 1/rз1=5000Вт/м2*К и 1/rз2=5800 Вт/м2*К- тепловая проводность загрязнений со стороны раствора и со стороны пара соответственно. [1, с143]


Определение конструктивных параметров аппаратов выпарных установок


Удельная тепловая нагрузка:


Определение конструктивных параметров аппаратов выпарных установок (18)


Отсюда, выражаем ΔtПОЛ


Определение конструктивных параметров аппаратов выпарных установок


Задавая различные значения q рассчитаем ΔtПОЛ методом последовательных приближений и построим график.


q, Вт/м2 20*103 50*103

ΔtПОЛ,°С 15,4 35,6


Из графика видно, что для предварительно вычисленного значения


ΔtПОЛ=55,874°С


идеальная тепловая нагрузка


q= 42*103 Вт/м2.


Из формулы (18) коэффициент теплопередачи равен:


Определение конструктивных параметров аппаратов выпарных установок


3.5 Необходимая площадь поверхности теплообмена


Определение конструктивных параметров аппаратов выпарных установок (19)


По ГОСТ 11987-81 выбираем номинальную поверхность теплообмена F=25м2.

4. Конструктивный расчет выпарного аппарата


4.1 Число труб греющей камеры (уточненное):


Определение конструктивных параметров аппаратов выпарных установок


4.2 Внутренний диаметр обечайки греющей камеры:


Dk=0,6м [1]


4.3 Диаметр циркуляционной трубы:


Dц= 0,3м [1]


4.4 Объем парового пространства:


Vc=W/W` (20)

Определение конструктивных параметров аппаратов выпарных установок

Где W`-допустимое напряжение парового пространства, кг/м3*ч:


W`=f1*f2*WАТМ (21)


Где f1=1,7 при абсолютном давлении 0,02 МПа [1], f2=0,5 при уровне раствора над точкой ввода парожидкостной смеси в паровое пространство на высоте Н=0,15м [1], WАТМ=2600 кг/м3*ч-значение допускаемого напряжения парового пространства.


W`=1,7*0,5*2600=663 кг/м3*ч

Vc=0.3336*3600/663=1.81 м3

4.5 Скорость витания капли:


Определение конструктивных параметров аппаратов выпарных установок (22)


Где ξ-коэффициент сопротивления, ρЖ и ρП-плотность жидкости и пара соответственно, кг/м3 dк- диаметр капли, м.


dк=0,0006 м [1]

ρЖ=1009,15 кг/м3 [6]

ρП= 0,1283 кг/м3, при р= 0,02МПа [2]

ξ=18,5/Re0.6 =18.5/1551.50.6=0.225 (23)

Определение конструктивных параметров аппаратов выпарных установок


4.6 Скорость пара в паровом пространстве:


Определение конструктивных параметров аппаратов выпарных установок (24)


Где DC=1 -диаметр сепаратора,м


ωП=0,3336/(0,1283*0,785*12)= 3,312 м/с


4.7 Высота парового пространства:


H=4VC/(π*D2C)=4*1.81/3.14*12=2.31 м (25)


4.8 Скорость выхода пара из кипятильных труб


ωтр=W/ ρП*f

где f-суммарная площадь сечения кипятильных труб, м2


Определение конструктивных параметров аппаратов выпарных установок


4.9 Толщина трубной решетки:


Определение конструктивных параметров аппаратов выпарных установок (26)


Где dпар=42 –наружный диаметр трубки, мм


Определение конструктивных параметров аппаратов выпарных установок


4.10 Выбор способа размещения отверстий в трубной решетке


Трубная решетка представляет собой диск, в котором высверлены отверстия под трубки, и служит для разделения трубного и межтрубного пространств. Для диаметра труб 38 мм соответствует шаг t= 48 мм. Выбираем размещение отверстий по вершинам равностороннего треугольника с шагом 48 мм.

Определение конструктивных параметров аппаратов выпарных установок

5. асчет вспомогательного оборудования


5.1 Расчет барометрического конденсатора


Расход охлаждающей воды Gв, кг/с:


Gв=W*(in-cвtконд/св*(t2-t1)), (27)


Где in=iвп= 2607кДж/кг-энтальпия вторичного пара [2], св=4,19кДж/кг*К-удельная теплоемкость вторичного пара [2], t1=12°С-начальная температура охлаждающей воды, tконд=59,7°С-температура конденсата, t2= tконд-5-конечная температура охлаждающей воды.


Gв=0,3336*(2607-4,19*59,7)*103/[4,19*(59,7-5-12)]=4,43 кг/с


Рассчитаем диаметр конденсатора Dбк:


Определение конструктивных параметров аппаратов выпарных установок (28)


Где ωn =15 м/с- скорость движения пара в конденсаторе [4], ρп=0,1283 кг/м3- плотность пара.


Определение конструктивных параметров аппаратов выпарных установок


5.2 Расчет размеров барометрической трубы


Диаметр барометрической трубы dбт:


Определение конструктивных параметров аппаратов выпарных установок (29)


Где ρ= 985,4 кг/м3 при t2= 54,7°С [2, таб 37], ω = 0,6м/с- скорость воды в трубе [1, стр 132]


Определение конструктивных параметров аппаратов выпарных установок


Высота барометрической трубы Нбт, м:


Определение конструктивных параметров аппаратов выпарных установок (33)


Где В- вакуум в барометрическом конденсаторе, Па,


Определение конструктивных параметров аппаратов выпарных установок (34)


Где РАТМ=1,013*105 Па, РБК= 0,2*105 Па


В=(1,013-0,2)*105= 0,813*105 Па


Σξ- сумма местных сопротивлений на входе и выходе из трубы


Σξ= ξвх +ξвых (35)


Где ξвх= 0,5, ξвых=1


Σξ=1+0,5=1,5


λ- теплопроводность, Вт/м*К.

Для определения теплопроводности рассчитаем критерий Рейнольдса исходя из данных: ω= 0,6 м/с; d=0,1 м; ρ= 985,4 кг/м3; μ=511,87*10-6 Па*с [2, таб 37]:


Re=ωdρ/μ=0.6*0.1*985.4/511,87*10-6=115506 (36)


По полученному значению критерия из справочного материала принимаем λ= 0,029 Вт/м*К


Определение конструктивных параметров аппаратов выпарных установок


5.3 Определение диаметров штуцеров


Примем следующие значения скоростей движения потоков [1, стр 26]:

скорость движения греющего пара ωгп=20 м/с;

скорость конденсата ωк=0,5 м/с;

скорость вторичного пара ωВП= 50 м/с;

скорость поступающего раствора ωР1= 2 м/с;

скорость упаренного раствора ωР2= 0,6 м/с.

Найдем значения соответствующих плотностей:

греющего пара при Р= 0,2 МПа ρгп=1,107 кг/м3 [2, таб 37];

конденсата при t=59,7°С ρконд=983 кг/м3 [2, таб 37];

вторичного пара ρвп=0,1283 кг/м3 [2, таб 57];

поступающего раствора при t=63,726°С ρр1=1009,3 кг/м3 ;

упаренного раствора ρвп=1082 кг/м3 [6, таб 7.1].

Расходы потоков принимаем из материальных и тепловых расчетов:

греющего пара Gгп=0,732 кг/с;

вторичного пара Gвп=0,5 кг/с;

входящего раствора Gн=0,556 кг/с;

упаренного раствора Gк=0,2224 кг/с;

конденсата Gконд=0,224 кг/с.

Диаметры штуцеров определяем по формулам:


Определение конструктивных параметров аппаратов выпарных установок (37)


Вход греющего пара:


Определение конструктивных параметров аппаратов выпарных установок


Вход раствора:


Определение конструктивных параметров аппаратов выпарных установок


Выход раствора:


Определение конструктивных параметров аппаратов выпарных установок


Выход вторичного пара:


Определение конструктивных параметров аппаратов выпарных установок


Выход конденсата:

Определение конструктивных параметров аппаратов выпарных установок


Принимаем штуцера стандартных значений [4]:

вход греющего пара d=0.159 м;

вход раствора d=0.025 м;

выход раствора d=0.025 м;

выход вторичного пара d=0.108 м;

выход конденсата d=0.038 м.


5.4 Выбор фланцев


Фланцевые соединения являются прочноплотными разъемными соединениями. С их помощью к аппарату присоединяются все возможные днища, крышки и трубы. Фланцы различают по способу соединения с трубой и конструкции, по внешней форме и по форме приварочной поверхности.

Выбираем фланцы к штуцерам по условному проходу и условному давлению по ГОСТ 1235-54 цельные тип 2 [3, таб 20.10].

Штуцер входа греющего пара- фланец с наружным диаметром


D= 260 мм;


штуцера входа и выхода раствора - фланец с наружным диаметром


D= 150 мм;


штуцер выхода вторичного пара- фланец с наружным диаметром


D= 205 мм;

штуцер выхода конденсата- фланец с наружным диаметром


D= 70 мм.


5.5 Расчет вакуум-насоса


Количество отсасываемого воздуха вакуум-насосом из барометрического конденсатора:


Определение конструктивных параметров аппаратов выпарных установок (38)


Производительность V, м3/с:


Определение конструктивных параметров аппаратов выпарных установок (39)


Где

Твоз= 273+t1+4+0.1(t2-t1)

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.

Поможем написать работу на аналогичную тему

Получить выполненную работу или консультацию специалиста по вашему учебному проекту

Похожие рефераты: