Расчет МВУ

1.Тепловой расчёт  трехступенчатой выпарной установки.

Расчёт многокорпусных выпарных установок проводят методом последовательных приближений.

Первое приближение.

Производительность установки  по выпариваемой воде определяют из уравнений  материального баланса:

     W = G_Н · (1-X_Н/Х_К) = 8.611 ·(1-7/25) = 6,2 кг/с.

 Расчёт концентраций  упариваемого раствора.

Принимают, что производительность каждого корпуса по выпариваемой воде определяется соотношением W₁:W₂:W₃ = 1,0 : 1,1 : 1,2 (такое распределение на основании практических данных).  Тогда

Рассчитывают концентрации раствора по корпусам.

 X₃ соответствует заданной концентрации упаренного раствора X_К.

Определение температур кипения растворов.

В первом приближении общий  перепад давлений в установке  распределяют по корпусам поровну. Общий  перепад давлений равен:

DP_ОБ= P_r1 - P_БК = 55^.10^-2-15^.10^-3 = 0,535 МПа.

Тогда давление по корпусам равны:

P_r1 = 55^.10^-2    МПа;

P_r2 = P_r1 - DP_ОБ/3 = 55^.10^-2 - 0,535/3 = 0,372 МПа;

P_r3 = P_r2 - DP_ОБ/3 = 0,372 – 0,535/3 = 0,193 МПа.

Давление пара в барометрическом  конденсаторе:

P_БК = P_r3 - DP_ОБ/3 = 0,193 – 0,535/3 = 0,015 МПа.

Это соответствует заданной величине P_БК.

По давлению паров находим [1] их температуры и энтальпии:

Изм

Лист

№ документа

Подпись

Дата

Разраб.

Баранов Е. В.

Тепловой расчёт трехступенчатой  выпарной установки

Лит

Лист

Листов

Руковод.

Овсянник А.В..

у

Консульт.

ГГТУ им. П.О.Сухого

          гр.ТЭ-41

Н. контр.

Зав.кафед.

    При определении  температуры кипения растворах  в аппаратах исходят из следующих  допущений. Распределение концентраций  раствора в выпарном аппарате  с интенсивной циркуляцией соответствуют  модели идеального перемешивания.  Поэтому концентрацию кипящего раствора принимают конечной в данном корпусе и, следовательно, температуру кипения раствора – при конечной концентрации.

    По высоте кипятильных труб  происходит изменение температуры  кипения вследствие изменения  гидростатического давления столба  жидкости. Принимают температуру  кипения в корпусе соответствующую   температуре кипения в среднем  слое жидкости. Таким образом, температура кипения раствора в корпусе отличается от температуры греющего пара в последующем корпусе на сумму температурных потерь от температурной (D^/), гидростатической (D^//) и гидродинамической (D^///) депрессий.

Гидродинамическая депрессия вызвана потерей давления паром на преодоление гидравлических сопротивлений трубопроводов при переходе из корпуса в корпус. Обычно в расчётах D^/// принимают равной 1,0 ¸1,5 градуса на корпус. Примем D^/// для каждого корпуса по 1,25⁰, тогда температуры вторичных паров в корпусах будут равны:

Сумма температурных потерь вследствие гидродинамических депрессий

 
 По температурам вторичных паров  определим их давления.

Определение гидростатической депрессии. Давление в среднем слое кипящего раствора каждого корпуса определяется по уравнению:

P_СР = P_ВП + H ^. r ^. g ·(1-ε)/2

где      P_ВП – давление вторичного пара в   корпусе, Па;

Лист

 Изм

Лист

№ документа

Подпись

Дата

H – высота кипятильных труб в аппарате, м;

r - плотность кипящего раствора, кг.м³;

e - паронаполнение (объёмная доля пара в парожидкостной смеси), м³/м³.

Для выбора величины H необходимо ориентировочно оценить поверхность теплопередачи выпарного аппарата. Можно принять удельную тепловую нагрузку аппаратов с естественной циркуляцией раствора q = 30000 ¸ 50000 Вт/м², аппаратов с принудительной циркуляцией раствора в корпусах q = 80000 ¸ 100000 Вт/м². Примем q = 33000 Вт/м², тогда для 1-го корпуса ориентировочная поверхность будет равна:

где r₁ – теплота парообразования вторичного пара, Дж/кг.

По ГОСТу [2] (см. приложение 5) аппарата с естественной циркуляцией, вынесенной греющей камерой и кипением раствора в трубках (Тип 1, исполнение 2) имеют высоту кипятильных труб 4 и 5 м при диаметре труб d_Н = 38 мм и толщине стенки s_СТ = 2 мм. Примем высоту кипятильных труб H = 4 м.

При пузырьковом (ядерном) режиме кипения паронаполнение составляет e - 0,4 ¸ 0,6. Примем e = 0,5. Плотность водных растворов KCl [3] (см. приложение 6) по корпусам при t = 15⁰C равна

r₁ = 1058.4 кг/м³;

r₂ = 1085 кг/м³;

r₃ = 1168 кг/м³;

При определении плотности  раствора в корпусах пренебрегаем изменением её с повышением температуры от 15⁰С до температуры кипения в связи с малым значением коэффициента объёмного расширения и ориентировочным значением величины e.

Давление в среднем  слое кипятильных труб по корпусам равно:

P_1СР = P_B1 + H ^. r₁ ^. g1 ^. (1-e) / 2 = 0,385 + 4 ^. 1058.4·0,5·10^{-6 .} 9.8·(1-0,5) = 0,395 МПа;

P_2СР = P_B2 + H ^. r₂ ^. g₂ ^. (1-e) / 2 = 0,201 + 4 ^. 1085·0,5·10^{-6 .} 9.8·(1-0,5)  = 0,22 МПа;

P_3СР = P_B3 + H ^. r₃ ^. g₃ ^. (1-e) / 2 = 0,016 + 4 ^. 1168·0,5·10^{-6  .} 9.8 ·(1-0,5)   = 0,027 МПа;

Этим давлениям  соответствуют  следующие температуры кипения  и теплоты испарения растворителя [1]:

Лист

 Изм

Лист

№ документа

Подпись

Дата

Гидростатическая депрессия  по корпусам:

Сумма гидростатических депрессий  равна

Температурная депрессия D^/ определяется по уравнению:

где T – температура паров в среднем слое кипятильных труб, K,

       r_a- теплота испарения, кДж/кг,

         - температурная депрессия при атмосферном давлении [3] (см. приложение № 3).

Тогда температурная депрессия  по корпусам равна:

Сумма температурных депрессий  равна

Температуры кипения раствора по корпусам:

Полезные разности температур по корпусам.

Dt_П1 = t_г1 – t_К1 = 155.462 – 144.6 = 10.856 ^оС.

Dt_П2 = t_г2 – t_К2 = 140.98 – 124.196 = 16.787 ^оС.

Dt_П3 = t_г3 – t_К3 = 119.143 – 70.776 = 48.367 ^оС.

Суммарная полезная разность температур:

åDt_П =Dt_П1 + Dt_П2 + Dt_П3 = 10.865 + 16.787 + 48.367 = 76.01 ^оС.

Проверка суммарной полезной разности температур:

åDt_П = t_г1 – t_БК1 - (åD^/ + åD^// + åD^///) =155.462 –53,97 – (7.342 + 14.39 +3,75) = 76.01 ^оС.

Лист

 Изм

Лист

№ документа

Подпись

Дата

Определение тепловых нагрузок.

Совместным решением уравнений  тепловых балансов по корпусам и уравнения  балансов по воде для всей установки  определяем расход греющего пара в 1-ый корпус, производительность каждого  корпуса по выпаренной воде и тепловые нагрузки по корпусам.

Q₁ = D₁ ^. (H_Г1 –h₁) = 1,03^. [G_Н ^. C_Н ^. (t_К1 – t_К) W₁ ^. (H_В1 – C_В ^. t_К1) + Q_{1 КОНЦ}];

Q₂ = W₁ ^. (H_Г2 – h₂) = 1,03^. [(G_Н – W₁) ^. C₁ ^. (t_К2 – t_К1) + W₂ ^. (H_В2 – C_В ^. t_К2) + Q_{2 КОНЦ}];

Q₃ = W₂ ^. (H_Г3 – h₃) = 1,03^. [(G_Н – W₁ – W₂) ^. C₂ ^. (t_К3 – t_К2) + W₃ ^. (H_В3 – C_В ^. t_К3) + Q_{3 КОНЦ}];

W = W₁ + W₂ + W₃.

Где Q₁, Q₂ ,Q₃ – тепловые нагрузки по корпусам, кВт;

        D – расход греющего пара в 1-ый корпус, кг/с;

        1,03 –  коэффициент, учитывающий 3% потерь  тепла в окружающую среду;

         H₁,  H₂,  H₃ энтальпии греющих паров по корпусам кДж/кг;

       H_В1,  H_В2,  H_В3 – энтальпии вторичных паров по корпусам кДж/кг;

         При решении уравнения баланса  можно принимать, что

         H_В1 @ H_Г2;         H_В2 @ H_Г3;         H_В3 @ H_БК;

          h₁, h₂, h₃ – энтальпии конденсата по корпусам, кДж/кг;

          С_В – теплоёмкость воды кДж/кг ^. К;

          С_Н, C₂, C₃ – теплоёмкость раствора начальной концентрации в первом корпусе и втором корпусе, соответственно, кДж/кг ^, К, [3];

           Q_{1 КОНЦ}, Q_{2 КОНЦ}, Q_{3 КОНЦ} – теплота концентрирования по корпусам, кВт;

           t_н – температура кипения исходного раствора при давлении в 1-ом корпусе, ^оС.

    Q₁ = D ^. (2752,33 – 655,87) = 1,03 ^.[8,61 ^. 9,921 ^. (144,606 – 143,153) + W₁ ^. (2734,71 – 4,19 ^. 144,606)];

    Q₂ = W₁ ^. (2734,71 – 593,42) = 1,03 ^.[(8,61 – W₁) ^. 3,841 ^. (124,196 –144,606) + W₂ ^. (2704,687 – 4,19 ^. 124,196)];

    Q₃ = W₂ ^. (2704,687 – 500,143) = 1,03 ^.[(8,61 – W₁ – W₂) ^. 3,605 ^. (70,776 – 124,196) + W₃ ^. (2598,3 – 4,19 ^. 70,776)];

                 6,2 = W₁ + W₂ + W₃.

  Решение системы уравнений даёт следующие результаты:

                    D = 2,6 кг/с               

                    W₁ = 2 кг/с                 Q₁ = 5572 кВт        

                    W₂ = 2,4 кг/с                 Q₂ = 5350 кВт        

                    W₃ = 2,7 кг/с                 Q₃ = 6014 кВт       

         Наибольшее отклонение вычисленных нагрузок по испаряемой воде в каждом корпусе от предварительно принятых (W₁ = 2,18 кг/с, W₂ = 2,4 кг/с, W₃ = 2,6 кг/с) не превышает 5%, поэтому в дальнейших расчётах не производим пересчёт концентраций и температур кипения растворов по корпусам. 

Лист

 Изм

Лист

№ документа

Подпись

Дата

В случае, если это расхождение составит больше 5%, необходимо заново пересчитать концентрации, температурные депрессии и температуры кипения растворов, положив в основу расчёта новое, полученное из решения балансовых уравнений распределение по корпусам нагрузок по испаряемой воде.

Таблица 1  Параметры растворов и паров по корпусам.

Выбор конструкционного материала.

Выбираем конструкционный  материал, стойкий в среде кипящего раствора KCl в интервале изменения концентраций от 7 до 25% [6]. В этих условиях химически стойкой является сталь марки X17, имеющая скорость коррозии менее 0,1 мм в год, коэффициент теплопроводности l_СТ = 25,1 Вт/м ^. К.

Расчёт коэффициентов  теплопередачи.

Расчёт коэффициента теплопередачи  в первом корпусе.

Лист

 Изм

Лист

№ документа

Подпись

Дата

сопротивление загрязнений  со стороны пара.

Коэффициент теплоотдачи  от конденсирующегося пара a₁ к стенке [1] равен

где r₁ – теплота конденсации греющего пара, Дж/кг;

      r_Ж1, l_Ж, m_Ж плотность (кг/м²); теплопроводность (Вт/м^.К), вязкость (Па) конденсата при средней температуре плёнки, соответственно,

       t_ПЛ = t_Г1 - Dt₁/2,

       Dt₁ – разность температур конденсации пара и стенки, град..

Расчёт a₁ ведут методом последовательных приближений.

1-ое приближение.

Примем - Dt₁ = 2.27⁰ C, тогда

Проверяем правильность первого  приближения по равенству удельных тепловых нагрузок:

Для установившегося процесса передачи тепла справедливо

где q – удельная тепловая нагрузка, Вт/м²;

      Dt_СТ – перепад температур на стенке, град;

      Dt₂ – разность между температурой стенки со стороны раствора и температурой кипения раствора, град..

Лист

 Изм

Лист

№ документа

Подпись

Дата

 Dt_СТ = a₁ ^. Dt₁ ^. åd/l = 8802 ^. 2.7 ^. 2,86 ^. 10^-4 = 5.72 ^OC.

Тогда

      Dt₂ = Dt_П1 - Dt_СТ - Dt₁ = 10.856 –5.72 –2.27 = 2.865 ^OC.

Коэффициент теплоотдачи  от стенки к кипящему раствору для режима пузырькового кипения в вертикальных пузырьковых трубках при условии естественной циркуляции раствора [7] равен:

   q₁ = a₁ ^. Dt₁ = 8802 ^. 2.27 = 19981 Вт/м²;

                          q₂ = a₂ ^. Dt₂ = 6937 ^. 2,865 = 19877 Вт/м²;

Таблица 2 Физические свойства кипящих растворов и паров по корпусам

Лист

 Изм

Лист

№ документа

Подпись

Дата

Если расхождение тепловых нагрузок не превышает 5%, то на этом расчёт коэффициентов  a₁ и a₂ заканчивают.

              Расчёт коэффициента теплопередачи  во 2-ом корпусе.

      Dt_СТ = 7612 ^. 3.85 ^.0,286 ^. 10^-3 = 8.391 ^OC.

      Dt₂ =  16.787–3.85 –8.391 = 4.547 ^OC.

            q₁ = 7612 ^. 3.85 = 29308 Вт/м²;

            q₂ = 6286 ^. 4.547 = 28581 Вт/м²;

                    Расчёт коэффициента теплопередачи в 3-ьем корпусе_.

      Dt_СТ = 5227 ^. 14.6^.0,286 ^. 10^-3 = 21.849 ^OC.

      Dt₂ = 48.367 –14.6 –21.849 = 11.918 ^OC.

            q₁ = 5227 ^. 14.6 = 76318 Вт/м²;

            q₂ = 6603 ^. 11.918 = 78689 Вт/м²;

Лист

 Изм

Лист

№ документа

Подпись

Дата

Коэффициент теплоотдачи  при кипении в плёночных выпарных аппаратах рекомендуется [10] определять по уравнению

где l  -  теплопроводность кипящего раствора, Вт/м^.К;

      t_В – температура вторичного пара, ^оС;

      q  - тепловая нагрузка, которая в расчёте принимается равной a^.Dt₁, Вт/м²;

      d - толщина плёнки [м], рассчитываемая по уравнению

      n - кинематическая вязкость раствора, м²/с;

      g – ускорение свободного падения м/с²:

,

      m - вязкость кипящего раствора, Па^.с;

      Г – линейная  массовая плотность орошения, рассчитываемая  по уравнению Г=G_j/П, кг/м^.с;

      Gj - расход раствора, поступающего в j-ый корпус, кг/с;

      П  -  смоченный периметр, м, П = p ^. d_ВН ^. n = F_ОР/H;

Значения коэффициентов  и показателей степеней:

при q < 20000 Вт/м² ,     C = 163,5,      n = 0,264,     m = 0,685:

        q > 20000 Вт/м² ,     C = 2,6,          n = 0,203,     m = 0,322.

В аппаратах с вынесенной зоной кипения, а также в аппаратах  с принудительной циркуляцией обеспечиваются высокие скорости движения растворов  в трубках греющей камеры и, как  следствие этого, устойчивый турбулентный режим течения. Поэтому для вычисления коэффициентов теплоотдачи со стороны  жидкости используется эмпирическое уравнение [7]:

        Nu = 0,023 ^. Re^{0,8 .} Pr^0,4. 

Значения физических свойств, входящих в критерии подобия, находят  при средней температуре потока, равной

                                             .

Распределение полезной разности температур.

Распределение полезной разности температур по корпусам проводим из условия  равенства поверхностей теплопередачи  в аппаратах установки.

Лист

 Изм

Лист

№ документа

Подпись

Дата

        где Dt_Пj, Q_j, K_j полезная разность температур, тепловая нагрузка, коэффициент теплопередачи для j –го корпуса.

Проверка суммарной полезной разности температур установки:

      åDt_П = Dt_П1 + Dt_П2 + Dt_П3 = 23.294 + 23.823 + 28.892 = 76.01 ⁰C.

Поверхность теплопередачи  выпарных аппаратов.

     Найденные  значения поверхности теплопередачи  выпарных аппаратов отличаются  от ориентировочно определённой ранее F_ОР. Поэтому в последующих приближениях  необходимо вносить коррективы на изменение высоты трубы.

 Таблица  3  Сравнение распределённых и рассчитанных значений полезных                  разностей температур.

Как видно из табл. 3 рассчитанные полезные разности температур (из условия  равного перепада давления в корпусах) и распределённые в 1-ом приближении (из условия равенства поверхности  теплопередачи в корпусах) существенно  различаются. Поэтому необходимо заново перераспределять температуры (давления) между корпусами установки.

 В основу этого перераспределения  температур (давлений) кладут полезные  разности температур, найденные  по результатам распределения  общей полезной разности из  условия равенства поверхностей  теплопередачи.

Лист

 Изм

Лист

№ документа

Подпись

Дата

4. Определение  толщины тепловой изоляции

         Толщина тепловой изоляции d_И находится из равенства удельный тепловых потоков через слой изоляции и в окружающую среду для 1-го корпуса:

где  a_В – коэффициент теплоотдачи от внешней поверхности изоляционного материала в окружающую среду, Вт/м^2.К, [7].

               a_В = 9,3 + 0,058 ^. t_СТ2,

       t_СТ2 – температура изоляции со стороны воздуха, принимаемая равной 35 ¸ 45 ^оС;

      t_СТ1 – температура изоляции со стороны аппарата. Ввиду незначительного термического сопротивления стенки аппарата по сравнению с термическим сопротивлением слоя изоляции t_СТ1 принимают равной температуре греющего пара t_Г1;

          t_В – температура окружающей среды, ^оС;

        l_И – коэффициент теплопроводности изоляционного материала, Вт/м ^. К.

Выбираем в качестве тепловой изоляции совелит [13], имеющий коэффициент теплопроводности  l_И = 0,09 Вт/м ^. К.

a_В = 9,3 + 0,058 ^. 40 = 11,62 Вт/м^2.К.

Толщина тепловой изоляции равна

Принимаем толщину тепловой изоляции 45 мм.

Изм

Лист

№ документа

Подпись

Дата

Разраб.

Баранов Е. В.

Определение толщины тепловой

изоляции

Лит

Лист

Листов

Руковод.

Овсянник А.В..

у

Консульт.

  ГГТУ им. П.О.Сухого

          гр.ТЭ-41

Н. контр.

Зав.кафед.

2. Расчёт барометрического  конденсатора

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

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

Определение расхода  охлаждающей воды.

Расход охлаждающей воды G_В определяется из теплового баланса конденсатора:

где J_ВК – энтальпия паров в барометрическом конденсаторе, Дж/кг;

      C_В  - теплоёмкость воды, Дж/кг ^. К;

      t_Н   -  начальная температура охлаждающей воды, ^ОC;

      t_К   -  конечная температура смеси воды и конденсата, ^ОC.

Движущая сила теплопередачи  на выходе из конденсатора должна быть 3 ¸ 5 ^ОC, поэтому конечную температуру на выходе из конденсатора принимают на 3 ¸ 5 градусов ниже, чем температура конденсации паров.

        t_К  =  t_БК  - 3 =  53,97 – 3 = 50.97 ^ОC.

Расчёт диаметра барометрического конденсатора.

где  r_П – плотность паров в барометрическом конденсаторе, кг/м³;

       V_П – скорость паров в барометрическом конденсаторе, м/с.

При остаточном давлении в  конденсаторе 10⁴ ¸ 2 ^. 10⁴ Па скорость паров V_П принимают 15 ¸ 25 м/c.

Изм

Лист

№ документа

Подпись

Дата

Разраб.

Баранов Е. В.

Расчёт барометрического

конденсатора

Лит

Лист

Листов

Руковод.

Овсянник А.В..

у

Консульт.

ГГТУ им. П.О.Сухого

          гр.ТЭ-41

Н. контр.

Зав.кафед.

Полученное значение округляем  до стандартного по ГОСТ26717-73, в соответствии с которым выбираем все размеры  коденсатора ( Приложение 9)

 Выбираем барометрический  конденсатор с d_БК = 1600 мм.

Расчёт высоты барометрической трубы.

В соответствии с нормалями [14] внутренний диаметр барометрической  трубы равен d_ВТ = 300 мм.

Скорость воды в барометрической  трубе V_В равна

Высота барометрической  трубы определяется из уравнения:

где В – вакуум в барометрическом конденсаторе, Па;

      åV - сумма коэффициентов местных сопротивлений;

• - коэффициент трения в трубе;

H_БТ, d_БТ – высота и диаметр барометрической трубы;

r_В – плотность воды, кг/м³;

0,5 – запас высоты на  изменение барометрического давления, м.

B = 98066,5-0,015^. 10⁶  = 8307.5 Па.

åV = V _ВХ + V _ВЫХ = 0,5 + 1 = 1,5.

Определим режим движения воды в барометрической трубе:

     l = 0,013 (для гладких труб).

Откуда H_БТ = 9 м.

Лист

 Изм

Лист

№ документа

Подпись

Дата

3. Расчёт вакуум-насоса

Производительность вакуум-насоса L_В определяется количеством несконденсированного газа (воздуха), который необходимо удалять из барометрического конденсатора.

где  0,025 – количество несконденсирующихся газов [кг/с], выделяющихся на 1000 кг воды;

            10 – количество газов [кг/с], подсасываемых через неплотности в конденсатор на каждые 1000 кг паров.

Объёмная  производительность вакуум-насоса равна

где  R – газовая постоянная, Дж/кмоль^.К;

       M_В – молекулярная масса воздуха, кг/кмоль;

       t_В   - температура воздуха, ^ОС;

        P_В  - парциальное давление сухого воздуха в барометрическом конденсаторе, Па.

Температура воздуха рассчитывается по уравнению:

       t_В  =  t_Н + 4 + 0.1 ^. (t_К – t_Н) = 20 + 4 + 0.1 ^. (50.97 – 20) = 27.097 ^ОС.

Давление воздуха равно

        P_В = P_БК - P_n,

где - P_n – давление сухого насыщенного пара при t_В  =  27 ^ОС, Па.

        P_В = 0,015 - 0,0038 = 0,0111 МПа.

Тогда

По ГОСТу [15] (см. приложение №5) подбираем по объёмной производительности V_В и остаточному давлению P_БК  вакуум-насос типа ВВН1 – 12 с мощностью на валу вакуум-насоса N = 30 кВт.

Изм

Лист

№ документа

Подпись

Дата

Разраб.

Баранов Е. В.

Расчёт вакуум-насоса

Лит

Лист

Листов

Руковод.

Овсянник А.В..

у

Консульт.

ГГТУ им. П.О.Сухого

          гр.ТЭ-41

Н. контр.

Зав.кафед.

Введение

         Выпарные установки предназначены для концентрирования растворов твердых нелетучих веществ путем удаления из них летучего растворителя при кипении или испарении. Процессы выпаривания используются в различных отраслях промышленности: для концентрирования растворов или производства минеральных солей, органических продуктов, удобрений, кормовых дрожжей. Процесс концентрирования, осуществляемый выпариванием, отличается большим разнообразием как физических параметров, так и других характеристик

         В ходе курсового проекта необходимо спроектировать трехкорпусную выпарную установку.

         В процессе работы рассчитывают  трехкорпусную выпарную установку,  барометрический конденсатор и  вакуум-насос.

Изм

Лист

№ документа

Подпись

Дата

Разраб.

Баранов Е. В.

Введение

Лит

Лист

Листов

Руковод.

Овсянник А.В..

у

Консульт.

ГГТУ им. П.О.Сухого

          гр.ТЭ-41

Н. контр.

Зав.кафед.

Заключение

         В данном курсовом проекте произведен расчет трехкорпусной выпарной установки, барометрического конденсатора и вакуум-насоса. Выполнены чертежи оборудования.

Изм

Лист

№ документа

Подпись

Дата

Разраб.

Баранов Е. В.

Заключение

Лит

Лист

Листов

Руковод.

Овсянник А.В..

у

Консульт.

ГГТУ им. П.О.Сухого

          гр.ТЭ-41

Н. контр.

Зав.кафед.

Список литературы.

1. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов. Л.,”Химия”, 1976, 552с.
2. ГОСТ 11987-73. Аппараты выпарные трубчатые.
3. Справочник химика, т. III, 1962., т У, М-Л., “Химия”, 1966, 974с.
4. Каталог УКРНИИХИММАШа. Выпарные аппараты вертикальные трубчатые общего назначения. М., ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ, М., 1972.
5. Мищенко К.П., Полторацкий Г.М. Термодинамика и строение водных и неводных растворов электролитов. Изд. 2-ое, Л.,”Химия”  , 1976, 328с.
6. Воробьёва Г.Я. Коррозионная стойкость материалов в агрессивных средах химических производств. Изд. 2-ое, М., ”Химия”, 1975, 816с.
7. Касаткин А.Г. Основные процессы  и аппараты химической технологии. Изд. 9-ое, М .,”Химия”, 1973, 750с.
8. Викторов М.М. Методы вычисления физико- химических величин и прикладные расчёты. Л.,”Химия”, 1977, 360с.
9. Чернышов А.К., Поплавский К.Л., Заичко Н.Д. Сборник номограмм для химико-технологических расчётов. Л.,”Химия”, 1974, 200с.
10. Тананайко Ю.М., Воронцов Е.Г. Методы расчёта и исследования плёночных процессов. Киев, “Техника”, 1975, 312с.
11. Лащинский А.А., Толчинский А.Р. Основы конструирования и расчёты химической аппаратуры. Л., “Машиностроение”, 1970, 752с.
12. Альперт Л.В. Основы проектирования химических установок. М. “Высшая школа”, 1976, 272с.
13. Теплотехнический справочник. Т 2, М., “Энергия”, 1972, 896с.
14. ГОСТ 26716-73. Барометрические конденсаторы.
15. ГОСТ 1867-57 Вакуум-насосы низкого давления.
16. Лекае В.М., Ёлкин Л.Н. Методические указания по курсовому проектированию процессов и аппаратов химической технологии. М., МХТИ, 1977, 84с.
17. Кафаров В.В., Ветохин В.Н., Бояринов А.И. Программирование и вычислительные методы в химии и химической технологии. М., “Наука”, 1972, 587с.

Изм

Лист

№ документа

Подпись

Дата

Разраб.

Баранов Е. В.

Список литературы

Лит

Лист

Листов

Руковод.

Овсянник А.В..

у

Консульт.

  ГГТУ им. П.О.Сухого

          гр.ТЭ-41

Н. контр.

Зав.кафед.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ  РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

УЧРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ

ГОМЕЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ  П. О. СУХОГО

Факультет «Энергетический»

Кафедра «Промышленная теплоэнергетика и экология»

РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ  ЗАПИСКА

к курсовому проекту

по дисциплине «Промышленные тепломассообменные и

                       холодильные установки»

на тему:

«Проект трёхкорпусной выпарной установки с аппаратами с естественной циркуляции без отбора экстра-пара»

Исполнитель:     студент гр. ТЭ-41

                                   Баранов Е. В.

Руководитель:      преподаватель                                       Овсянник А.В.

Дата проверки:               _____________________

Дата допуска к защите: _____________________

Дата защиты:                  _____________________

Оценка работы:  _____________________

     Подписи членов комиссии

     по защите курсовой работы: ______________________________

Гомель 2013

Рецензия

Исходные данные

1. Выпариваемый раствор-  KCl

2. Начальный расход- G_н=31 т/ч

3. Начальная концентрация- Х_н=7%

4. Конечная концентрация- Х_к=25%

5. Давление греющего пара- Ргп=55·10^-2 МПа

6. Давление в барометрическом  конденсаторе- Рбк=15·10^-3 МПа

Изм

Лист

№ документа

Подпись

Дата

Разраб.

Баранов Е. В.

Исходные данные

Лит

Лист

Листов

Руковод.

Овсянник А.В..

у

Консульт.

ГГТУ им. П.О.Сухого

          гр.ТЭ-41

Н. контр.

Зав.кафед.

Содержание

Введение………………………………………………………………………...

Исходные данные……………………………………………………………….

1. Тепловой расчёт трехступенчатой выпарной установки………………..
2. Расчет барометрического конденсатора………………………………….
3. Расчет вакуум-насоса………………………………………………………
4. Определение толщины тепловой изоляции ……………………………..

Заключение……………………………………………………………………..

Список литературы ……………………………………………………………

    Приложения…………………………………………………………………….

      1.2 Второе приближение

Находим тепловые нагрузки

      Совместным решением уравнений тепловых балансов по корпусам и уравнения балансов по воде для всей установки определяем расход греющего пара в 1-ый корпус, производительность каждого корпуса по выпаренной воде и тепловые нагрузки по корпусам.

Q₁ = D₁ ^. (H_Г1 –h₁) = 1,03^. [G_Н ^. C_Н ^. (t_К1 – t_К) W₁ ^. (H_В1 – C_В ^. t_К1) + Q_{1 КОНЦ}];

Q₂ = W₁ ^. (H_Г2 – h₂) = 1,03^. [(G_Н – W₁) ^. C₁ ^. (t_К2 – t_К1) + W₂ ^. (H_В2 – C_В ^. t_К2) + Q_{2 КОНЦ}];

Q₃ = W₂ ^. (H_Г3 – h₃) = 1,03^. [(G_Н – W₁ – W₂) ^. C₂ ^. (t_К3 – t_К2) + W₃ ^. (H_В3 – C_В ^. t_К3) + Q_{3 КОНЦ}];

W = W₁ + W₂ + W₃.

    Q₁ = D ^. (2752,33 – 655,87) = 1,03 ^.[8,61 ^. 3,921 ^. (132,167 – 143,153) + W₁ ^. (2718,075 – 4,19 ^. 132,167)];

    Q₂ = W₁ ^. (2718,075 – 593,42) = 1,03 ^.[(8,61 – W₁) ^. 3,841 ^. (104,721 –132,167) + W₂ ^. (2675,049 – 4,19 ^. 104,721)];

    Q₃ = W₂ ^. (2718,075 – 500,143) = 1,03 ^.[(8,61 – W₁ – W₂) ^. 3,605 ^. (70,776 – 104,721) + W₃ ^. (2598,3 – 4,19 ^. 70,776)];

                 6,2 = W₁ + W₂ + W₃.

  Решение системы уравнений даёт следующие результаты:

                    D = 2,017 кг/с               

                    Q₁ = 4228 кВт        

                    Q₂ = 4081 кВт        

                    Q₃ = 4717 кВт       

         . 

Производим расчет коэффициентов  теплопередачи

Примем - Dt₁ = 6,25⁰ C, тогда

Проверяем правильность второго приближения по равенству удельных тепловых нагрузок:

Для установившегося процесса передачи тепла справедливо

где q – удельная тепловая нагрузка, Вт/м²;

      Dt_СТ – перепад температур на стенке, град;

      Dt₂ – разность между температурой стенки со стороны раствора и температурой кипения раствора, град..

Лист

 Изм

Лист

№ документа

Подпись

Дата

Dt_СТ = a₁ ^. Dt₁ ^. åd/l = 6819 ^. 6,25 ^. 2,86 ^. 10^-4 = 12,2 ^OC.

Тогда

      Dt₂ = Dt_П1 - Dt_СТ - Dt₁ = 23,294 –12,2 –6,25 = 4,842 ^OC.

Коэффициент теплоотдачи  от стенки к кипящему раствору для режима пузырькового кипения в вертикальных пузырьковых трубках при условии естественной циркуляции раствора [7] равен:

   q₁ = a₁ ^. Dt₁ = 6819 ^. 6,25 = 42621 Вт/м²;

                          q₂ = a₂ ^. Dt₂ = 8809 ^. 4,842 = 42654 Вт/м²;

Таблица 2 Физические свойства кипящих растворов и паров по корпусам

Лист

Лист

№ документа

Подпись

Дата

Если расхождение тепловых нагрузок не превышает 5%, то на этом расчёт коэффициентов  a₁ и a₂ заканчивают.

              Расчёт коэффициента теплопередачи  во 2-ом корпусе.

      Dt_СТ = 6723 ^. 5,9 ^.0,286 ^. 10^-3 = 11,356 ^OC.

      Dt₂ =  23,823–5,9 –11,356 =6,568 ^OC.

            q₁ = 6723 ^. 5,9 = 39665 Вт/м²;

            q₂ = 6020 ^. 6,568 = 39536 Вт/м²;

                    Расчёт коэффициента теплопередачи в 3-ьем корпусе_.

      Dt_СТ =  6026^. 7,2^.0,286 ^. 10^-3 = 12,421 ^OC.

      Dt₂ = 28,892 –12,421 –7,2 = 9,271 ^OC.

            q₁ = 6026 ^. 7,2 =43387 Вт/м²;

            q₂ = 4705 ^. 9,271 = 43619 Вт/м²;

Лист

Лист

№ документа

Подпись

Дата

Проверка суммарной полезной разности температур установки:

      åDt_П = Dt_П1 + Dt_П2 + Dt_П3 = 22,231 + 23,608 + 30,171 = 76.01 ⁰C.

Поверхность теплопередачи  выпарных аппаратов.

     Таблица 5  Сравнение распределённых и рассчитанных значений полезных                  разностей температур.

Как видно из табл. 3 рассчитанные полезные разности температур (из условия  равного перепада давления в корпусах) и распределённые в 1-ом приближении (из условия равенства поверхности  теплопередачи в корпусах) существенно  различаются. Поэтому необходимо заново перераспределять температуры (давления) между корпусами установки.

 В основу этого перераспределения  температур (давлений) кладут полезные  разности температур, найденные  по результатам распределения  общей полезной разности из  условия равенства поверхностей  теплопередачи.

Различия в полезных разностях  температур по корпусам из 1-ого и 2-го приближения не превышают 5%.

      По каталогу [2] выбираем выпарной аппарат со следующими характеристиками.

Таблица  1.2.3 – Характеристики выпарного аппарата.

Лист

Лист

№ документа

Подпись

Дата

Лист

Лист

№ документа

Подпись

Дата

Лист

 Изм

Лист

№ документа

Подпись

Дата

Лист

 Изм

Лист

№ документа

Подпись

Дата

Лист

 Изм

Лист

№ документа

Подпись

Дата

Лист

 Изм

Лист

№ документа

Подпись

Дата

Лист

 Изм

Лист

№ документа

Подпись

Дата

Изм

Лист

№ документа

Подпись

Дата

Разраб.

  Лит

  Лист

Листов

Руковод.

у

Консульт.

УО ГГТУ им. П.О. Сухого

          Гр.ТЭ-42

Н. контр.

Зав.кафед.