Расчет барометрического конденсатора

 

где Δtпj, Qj, Kj – соответственно полезная разность температур, тепловая нагрузка, коэффициент теплопередачи для j-го корпуса.

;

 град;

 град.

Проверим общую полезную разность температур установки:

 град.

Теперь рассчитаем поверхность теплопередачи выпарных аппаратов по формуле (1):

 м2;

 м2;

 м2.

Найденные значения мало отличаются от ориентировочно определённой ранее поверхности Fор. Поэтому в последующих приближениях нет необходимости вносить коррективы на изменение конструктивных размеров аппаратов (высоты, диаметра и числа труб). Сравнение распределённых из условия равенства поверхностей теплопередачи и предварительно рассчитанных значений полезных разностей температур представлено в таблице 4:

Таблица 7 Сравнение распределенных и предварительно рассчитанных значений полезных разностей температур

Параметр	Корпус
	1	2	3
Распределённые в первом приближении значения Δtп, °С	14,28	20,75	76,52
Предварительно рассчитанные значения Δtп, °С	12,89	18,82	79,85

 

Как видно, полезные разности температур, рассчитанные из условия равного перепада давления в корпусах и найденные в первом приближении из условия равенства поверхностей теплопередачи в корпусах, существенно различаются. Поэтому необходимо заново перераспределить температуры (давления) между корпусами установки. В основу этого перераспределения температур (давлений) должны быть положены полезные разности температур, найденные из условия равенства поверхностей теплопередачи аппаратов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТОЛЩИНЫ ТЕПЛОВОЙ ИЗОЛЯЦИИ

 

Толщину тепловой изоляции δи находят из равенства удельных тепловых потоков через слой изоляции от поверхности изоляции в окружающую среду:

                                        (22)

где αв – коэффициент теплоотдачи от внешней поверхности изоляционного материала в окружающую среду, Вт/(м2∙К) [6]:

tст2 – температура изоляции со стороны окружающей среды (воздуха); для аппаратов, работающих в закрытом помещении, выбирается в интервале 35 – 45 °С; tст1 – температура изоляции со стороны аппарата; ввиду незначительного термического сопротивления стенки аппарата по сравнению с термическим сопротивлением слоя изоляции tст1 принимают равной температуре греющего пара tг1;

tв – температура окружающей среды (воздуха), °С;

λи – коэффициент теплопроводности изоляционного материала, Вт/(м∙К). Выберем в качестве материала для тепловой изоляции совелит (85 % магнезии + 15 % асбеста), имеющий коэффициент теплопроводности λи = 0,09 Вт/(м∙К).

 Вт/(м2∙К)

Рассчитаем толщину тепловой изоляции для первого корпуса:

 м;

 

Принимаем толщину тепловой изоляции 0,085 м и для других корпусов.

 

3 РАСЧЁТ БАРОМЕТРИЧЕСКОГО КОНДЕНСАТОРА

 

Для создания вакуума в выпарных установках обычно применяют конденсаторы смешения с барометрической трубой. В качестве охлаждающего агента используют воду, которая подаётся в конденсатор чаще всего при температуре окружающей среды (около 20 °С). Смесь охлаждающей воды и конденсата выливается из конденсатора по барометрической трубе. Для поддержания постоянства вакуума в системе из конденсатора с помощью вакуум-насоса скачивают неконденсирующиеся газы.

Необходимо рассчитать расход охлаждающей воды, основные размеры (диаметр и высоту) барометрического конденсатора и барометрической трубы, производительность вакуум насоса.

3.1 Расхода охлаждающей воды

Расход охлаждающей воды Gв определяют из теплового баланса конденсатора:

                                          (23)

где Iбк – энтальпия паров в барометрическом конденсаторе, Дж/кг; tн – начальная температура охлаждающей воды, °С; tк – конечная температура смеси воды и конденсата, °С.

Разность температур между паром и жидкостью на выходе из конденсатора должна быть 3 – 5 град. Поэтому конечную температуру воды tк на выходе из конденсатора принимают на 3 – 5 град ниже температуры конденсации паров:

 °С;

Тогда

 кг/с;

3.2 Диаметра барометрического конденсатора

Диаметр барометрического конденсатора dбк определяют из уравнения расхода:

                                                   (24)

где ρ – плотность паров, кг/м3; v – скорость паров, м/с.

При остаточном давлении в конденсаторе порядка 104 Па скорость паров v принимают 15 – 25 м/с:

 м;

По нормалям НИИХИММАШа подбираем конденсатор диаметром, равным расчётному или ближайшему большему. Определяем его основные размеры. Выбираем барометрический конденсатор диаметром dбк = 1600 мм.

 

3.3 Высота барометрической трубы

 

В соответствии с нормалями ГОСТ 26716 – 73, внутренний диаметр барометрической трубы dбт равен 300 мм.

Скорость воды в барометрической трубе vв равна:

 м/с.

Высоту барометрической трубы определяют по уравнению:

                        (25)

где В – вакуум в барометрическом конденсаторе, Па; Σξ – сумма коэффициентов местных сопротивлений; λ – коэффициент трения в барометрической трубе; Нбт, dбт – высота и диаметр барометрической трубы, м; 0,5 – запас высоты на возможное изменение барометрического давления, м.

В = Ратм – Рбк = 9,8 ∙ 104 – 11,3∙ 103 = 8,67 ∙ 104 Па

Σξ = ξвх + ξвых = 0,5 + 1,0 = 1,5

где ξвх и ξвых – коэффициенты местных сопротивлений на входе в трубу и на выходе из неё.

Коэффициент трения λ зависит от режима течения жидкости. Определим режим течения воды в барометрической трубе:

Для гладких труб при Re = 878049 коэффициент трения λ=0,013 равен:

Отсюда находим Нбт = 10,46 м. [1]

 

 

 

 

 

 

4 РАСЧЁТ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ВАКУУМ-НАСОСА

 

 

Производительность вакуум-насоса Gвозд определяется количеством газа (воздуха), который необходимо удалять из барометрического конденсатора:

 кг/с                             (26)

где 2,5 ∙ 10-5 – количество газа, выделяющегося из 1 кг воды; 0,01 – количество газа, подсасываемого в конденсатор через неплотности на 1 кг паров.

 кг/с.

Объёмная производительность вакуум-насоса равна:

                                        (27)

где R – универсальная газовая постоянная, Дж/(кмоль∙К);

Mвозд – молекулярная масса воздуха, кг/кмоль;

tвозд – температура воздуха, °С;

Рвозд – парциальное давление сухого воздуха в барометрическом конденсаторе, Па.

Температуру воздуха рассчитывают по уравнению:

 °С.

Давление воздуха равно: Рвозд = Рбк – Рп                                                 (28)

где Рп – давление сухого насыщенного пара (Па) при tвозд = 26,96 °С.

Рвозд = 0113 ∙ 9,8 ∙ 104 – 0,04 ∙ 9,8 ∙ 104 = 7,154 ∙ 103 Па.

Тогда:

 м3/с (8,032 м3/мин).

Зная объёмную производительность Vвозд и остаточное давление Рбк, по ГОСТ 1867 – 57 подбираем вакуум-насос типа ВВН-25 мощностью на валу N = 48 кВт. [1]

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

Целью данного курсового проекта являлся расчет выпарной установки непрерывного действия для выпаривания растворa К2СО3 от начальной концентрации соли 3 % (масс.) до конечной концентрации 13% (масс.).

Маркировку выбранного оборудования сведем в таблицу 7.

Таблица 8 Маркировка оборудования

№	Наименование	Марка
1	Насос центробежный	Х 45/54
2	Вакуум-насос	ВВН-3
3	Теплообменник	600 ТНВ-8-М1 О/20-6-4 гр. Б
4	Конденсатоотводчик	45ч12нж
5	Ёмкость начального раствора	ГЭЭ1-1-63-0,6
6	Ёмкость упаренного раствора	ГЭЭ1-1-12,5-0,6
7	Обечайка	Х 18Н10Т
8	Барометрический конденсатор	КБ-2-600
9	Опора	2-1800-25-125-800

 

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

 

1. Дытнерский, Ю. И. Основные процессы и аппараты химической технологии. Пособие по проектированию [текст] / Ю. И. Дытнерский, – М.: Химия, 1983, 270 с.
2. Павлов, К. Ф. Примеры и задачи по курсу процессы и аппараты химической технологии [текст] / К. Ф. Павлов, П. Г. Романков, А. А. Носков, – М.: Химия, 1970, 624 с.
3. Справочник химика, т III, М.: Химия, 1964, 1008 с.
4. Справочник химика, т V, М.: Химия, 1968, 976 с.
5. Воробьёва, Г. Я. Коррозионная стойкость материалов в агрессивных средах химических производств [текст] / Г. Я. Воробьёва, М.: Химия, 1975, 816 с.
6. Касаткин, А. Г. Основные процессы и аппараты химической технологии [текст] / А. Г. Касаткин, М.: Химия, 1973, 750 с.
7. Викторов, М. М. Методы вычисления физико-химических величин и прикладные расчёты [текст] / М. М. Викторов, Л.: Химия, 1977, 360 с.
8. Каталог УКРНИИХИММАШа. Выпарные аппараты вертикальные трубчатые общего назначения. М.: ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ, 1979, 38 с.
9. Лащинский, А. А. Основы конструирования и расчёта химической аппаратуры [текст] / А. А. Лащинский, А. Р. Толчинский, Л.: Машиностроение, 1970, 752 с.
10. Лащинский, А. А. Конструирование сварочных химических аппаратов [текст] / А. А. Лащинский, Л.: Машиностроение, 1981, 382 с.