Автор работы: Пользователь скрыл имя, 07 Января 2014 в 20:25, курсовая работа
Выполнить проект однокорпусной выпарной установки для концентрирования водного раствора . Производительность по исходному раствору Gн=5кг/с. Раствор упаривается от концентрации Хн=10% до Хк=25%. Давление греющего пара Р=0,2МПа, давление в барометрическом конденсаторе Ро=0,04МПа. Коэффициент теплопередачи от конденсирующегося пара к кипящему раствору равен К=800Вт/м²К. Исходный раствор перед подачей в выпарной аппарат подогревается греющим паром в кожухотрубчатом теплообменнике от температуры tн=25°С до температуры кипения. Рассчитать поверхности нагрева выпарного аппарата и теплообменника для подогретого разбавленного раствора. Выполнить расчет барометрического конденсатора.
Раствор хлорида кальция. Химическая формула СаСl2. Молярная масса 110,9г/моль. Раствор может быть желтоватого или зеленоватого цвета, а также бывает прозрачным или содержит твердый осадок, слегка замутняющий жидкость. Существует много отраслей, в которых используется хлорид кальция. Применение этого вещества затрагивает химическую промышленность (получение металлического кальция, высушивание газов и жидкостей), холодильное дело, медицину, а также используется в цветной металлургии, лесной, деревообрабатывающей, нефтехимической и нефтедобывающей промышленности, в строительстве, изготовлении строительных материалов. Температура кипения хлорида кальция сильно зависит от давления.
4. Расчетная часть
Условные обозначения:
F – поверхность теплообмена, м²
Q – тепловая нагрузка, кВт
G – массовый расход теплоносителя, кг/с
t – температура, °С
x – концентрация раствора, %
I – энтальпия, кДж/кг
- температурная депрессия, °С
ρ – плотность, кг/м³
c – теплоемкость, кДж/кгК
К – коэффициент теплопередачи
- коэффициент местного сопротивления трубопровода
- коэффициент трения
- относительная шероховатость трубопровода
- динамическая вязкость, м²/с
- скорость потока м/с
Re – число Рейнольдса
- скорость паров, м/с
4.1 Расчет поверхности теплообмена выпарного аппарата.
Температура конденсации в барометрическом конденсаторе при
Примем гидравлическую депрессию
Тогда температура вторичного пара в сепараторе:
Давление вторичного пара в сепараторе:
Расчет температуры кипения раствора в сепараторе при давлении
(1)
- температурная депрессия
(2)
– температура кипения при Р=0,038МПа
(2)
(1)
Гидростатическое давление столба кипящего раствора
(3)
Примем
Давление в трубах греющей камеры
(4)
(3)
(4)
Свойства насыщенного водяного пара при
Температурная депрессия в греющей камере
(2)
Температура кипения в трубах греющей камеры
(5)
Расход вторичного пара
(6)
Расход тепла на нагревание поступающего раствора
(7)
(8)
Расход тепла на испарение
(9)
Полезное тепло
(10)
Потерянное тепло
(11)
Затраченное тепло
(12)
Полезная разность температур
(13)
Поверхность теплопередачи
(14)
Рассчитаем численные значения затраченного тепла и поверхность теплопередачи:
(6)
(7)
(8)
, (9)
(10)
(11)
(12)
Температура греющего пара при
t=119.6°C
, (13)
(14)
Поверхность теплообмена рассчитывается по формуле:
(1)
(2)
(3)
, (4)
где - затраченное тепло, - полезное тепло, - потерянное тепло,
- расход тепла на нагревание, - расход тепла на испарение.
(5)
где - расход начального раствора, - теплоемкость начального раствора
(6)
где х – массовая доля в растворе
, (7)
где - температура кипения раствора в сепараторе, - энтальпия насыщенного пара при давлении в сепараторе, - расход вторичного пара, - теплоёмкость воды при температуре кип. раствора в сепараторе:
(8)
, (9)
- температура горячего пара, - температура кипения в трубах
4.2 Расчет поверхности
теплообмена кожухотрубчатого
Поверхность теплообмена рассчитывается по формуле:
Определение тепловой нагрузки:
(18)
Определение средней разности температур:
Если разности температур теплоносителей одинаковы или мало отличаются, то (19)
Поправочный коэффициент выбираем по таблице.
Значение коэффициента теплопередачи
Подставим численные значения
(17)
(18)
(15)
Расход охлаждающей воды
, (20)
- энтальпия паров в
- начальная температура охлаждающей воды (принимаем ),
- конечная температура смеси воды и конденсата.
Разность температур между паром и жидкостью на выходе их конденсатора должна быть 3-5°С. Поэтому конечную температуру на выходе из конденсатора берем на три градуса ниже:
(21)
Диаметр конденсатора.
, (22)
где - плотность паров кг/м³; - скорость паров
При остаточном давлении паров в конденсаторе порядка Па, скорость паров принимаем
Расчет барометрической трубы.
Высота барометрической трубы рассчитывается по формуле:
, (23)
где В – вакуум в барометрическом конденсаторе, Па
0,5 – запас высоты
на возможное изменение
(24)
(25)
(26)
Скорость воды в барометрическом конденсаторе
(27)
Подставим численные значения:
(20)
(21)
(22)
По полученному значению
подбираем стандартный
(23)
(24)
(25)
(26)
(27)
В данном курсовом проекте описан процесс выпаривания раствора CaCl2.
Дано описание
технологической схемы и
Определены геометрические размеры выпарного аппарата (F=40м², D=800мм), в качестве вспомогательного оборудования взят кожухотрубчатый теплообменник. Рассчитана поверхность теплообмена (F=221м²) и выбран теплообменник D=1000мм с числом ходов n=1.
Сделан подробный расчет барометрического конденсатора. Определены его геометрически размеры (D=1000мм, Н=15м).
6. Список литературы
1. Дытнерский Ю.И. Процессы и
аппараты химической
2. Дытнерский Ю.И. Процессы и аппараты химической технологии. Часть 2. Массообменные процессы и аппараты. – М. Химия, 1992г.406с
3. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химический технологии. – Л. Химия, 1991г.-272с
4. Основные процессы и аппараты химической технологии: пособие по курсовому проектированию/ под ред. Дытнерского Ю.И. – М.Химия, 1991г.-272с
5. Перцев Л.П. Ковалев Е.М. Фокин В.С. Трубчатые выпарные аппараты для кристаллизующихся растворов. – М.Машиностроение, 1982г.