Проектирование выпарной установки для концентрированного водного раствора хлорида аммония, производительностью 22 кг/с по концентрирован

 

Таблица 3.5

Прибли-жения и провероч-ный расчет	Конденсация греющего пара
I	142,9	137.9	5,0	10485	52428
II	142,9	131,4	11,5	8514	97913
III	142,9	132.6	9,1	9027	82148
Прибли-жения и провероч-ный  расчет	Стенка и ее загрязнения	Нагревание раствора
I		118,73	1,642	2181	116899
II		98,2	1,804	2130	75402
III		100,08	1,783	2137	83642

 

2. Второе приближение.

Принимаем . Результаты - табл 3.5 строка II.

Расхождение по второму  приближению: .

По результатам расчетов первого и второго приближения  строим график . Полагая что при малых изменениях температуры, поверхностные плотности и линейно зависят от , графически определяем (рис. 3.3, точка А). Графическая зависимость

3. Проверочный расчет.

Расчеты аналогичны расчетам первого приближения (см. табл. 3.4, строку III).

Расхождение и :

Коэффициент теплопередачи  равен:

 

.

 

Поверхность теплообмена:

 

 

 Так как  , то истинную поверхность теплообменника рассчитывают по формуле:

 

,

 

где - внутренний диаметр труб, - число труб, - длина труб.

.

Запас поверхности:

.

 

 

3.5.3 Выбор типа аппарата

Поверхностная плотность  теплового потока:

,

Определение температуры  внутренней поверхности труб :

 

;

 

.

Определение температуры  наружной поверхности труб:

 

;

.

 

Средняя температура  стенок труб:

.

Средняя разность:

 

.

 

Величина  меньше 40 К (/1/, табл. 35, стр. 534), поэтому (/1/, стр. 213) принимаем кожухотрубчатый горизонтальный теплообменник с неподвижными трубными решетками типа ТН.

 

3.6 Расчет барометрического конденсатора

 

Расход охлаждающей  воды определяют из теплового баланса конденсатора:

 

,

 

где - энтальпия паров в барометрическом конденсаторе, Дж/кг; - начальная температура охлаждающей воды, ; - конечная температура смеси воды и конденсата, ; - расход вторичного пара (см. табл. 1), кг/с;   - теплоемкость воды, .

По (/1/, табл. LVI, стр. 548) находим, что при , . По заданию . Разность температур между паром и жидкостью на выходе из конденсатора должна быть 3-5 К, поэтому принимаем . Теплоемкость воды принимаем равной .

.

По расходу вторичного пара по (/3/, табл. 3.3, стр. 17) выбираем барометрический конденсатор смешения, диаметром , с диаметрои труб .

Высота трубы:

 

,                                (3.30)

 

где - высота водяного столба, соответствующая вакууму разряжения в конденсаторе и необходимая для уравновешивания атмосферного давления, м; - высота, отвечаемая напору, затрачиваемому на преодоление гидравлических сопротивлений в трубе и создания скоростного напора в барометрической трубе; 0,5 – запас высоты на возможное изменения барометрического давления, м.

;

 

,

 

- сумма коэффициентов местных  сопротивлений;  - коэффициент трения.

Принимаем (/4/, стр. 365).

Находим критерий Рейнольдса:

 

,

 

где - динамический коэффициент вязкости воды, при температуре ,

По формуле 3.21 получаем:

.

Принимаем скорость смеси  воды и парового конденсата в пределах 0,5-1,0 м/с,

.

По (/1/, табл. XII, стр. 519) принимаем среднее значение шероховатости стенки трубы , тогда отношение .

По (/1/, рис. 1.5, стр. 22) находим, что при таких Re и коэффициент трения равняется .

Подставляя найденные  значения в формулу 3.30 получаем:

,

откуда

7,585м.

Выбираем барометрический  конденсатор диаметром  , 2-у ходовый, с высотой труб 7,585м.

 

3.7 Расчет производительности вакуум – насоса

 

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

 

,

 

где - количество газа. Выделяющегося из 1 кг воды; 0,01- количество газа, подсасываемого в конденсатор через неплотности, на 1 кг паров. Тогда

.

Объемная производительность вакуум-насоса равна:

 

,

 

где - универсальная газовая постоянная R = 8,314 ; - молекулярная масса воздуха M = 29 кг/кмоль; - температура воздуха, ; - парциальное давление сухого воздуха в барометрическом конденсаторе, Па.

Температуру воздуха  рассчитывают по уравнению:

.

Давление воздуха равно:

 

 

,

 

где - давление сухого насыщенного пара (Па) при .

По (/1/, табл. LVI, стр. 548) . Подставив, получим:

;

.

Зная объемную производительность и остаточное давление по (/3/, табл. 2.5, стр. 19) выбираем вакуум-насос типа ВВН1-3 мощностью на валу 4,95 кВт.

 

3.8 Приближенный расчет холодильника

 

Таблица 3.6

Основные данные для  расчета холодильника

Раствор хлорида аммония			Вода
, % масс.
25	93,55	35,0	18,0	30,0

 

Значение усредненной  по всей теплообменной поверхности  разности температур рассчитывается по формуле:

 

;

 

при этом

 

,

 

где

;

;

;

;

.

Получаем

.

Средняя температура  раствора:

,

где

;

.

Расход раствора:

.

Количество теплоты, которое необходимо забрать у раствора:

 

,

 

где - удельная теплоемкость раствора, рассчитанная по формуле 3.11 при и % масс.

По формуле 3.12 удельная температура воды при  равна:

.

Тогда по формуле 3.11:

 

 

, получаем:

 

.

Расход воды:

 

,

 

где - теплоемкость воды при средней температуре . По формуле 3.12 находим:

.

Тогда

.

Принимая по (/1/, табл. 4.8 стр. 172) ориентировочный коэффициент  теплопередачи  , рассчитываем ориентировочную поверхность теплопередачи:

.

Проходное сечение  трубного пространства рассчитываем по формуле 3.24, где - внутренний диаметр труб; - динамический коэффициент вязкости начального раствора при средней температуре ; Re – критерий Рейнольдса.

По формуле 3.21 при  для воды получаем:

,

а по формуле 3.20:

 

,

 

для раствора находим:

,

Для обеспечения интенсивного теплообмена подбираем аппарат  с  турбулентным режимом течения  теплоносителей. Раствор направляется в трубное пространство, греющий  пар – в межтрубное.

Максимальное проходное  сечение по трубам считаем при критерии Рейнольдса :

 

,

 

минимальное – при  : 

 

.

 

Проходное сечение межтрубного  пространства рассчитываем по формуле:

 

,

 

где - наружный диаметр труб; - динамический коэффициент вязкости воды при средней температуре ; Re – критерий Рейнольдса.

По формуле 3.21 получаем:

Максимальное проходное  сечение межтрубного пространства  считаем при критерии Рейнольдса :

.

Минимальное проходное  сечение межтрубного пространства считаем при критерии Рейнольдса :

.

Полученное оценочное  значение поверхности теплопередачи с учетом и позволяет сделать вывод о том, что в качестве холодильника может быть использован кожухотрубчатый двухходовой теплообменник с внутренним диаметром кожуха , числом труб , поверхностью теплообмена , длиной труб , проходным сечением трубного пространства , проходным сечением межтрубного пространства и числом рядов труб .

 

3.9 Определение расходов  греющего пара и воды на  всю установку

 

Расход греющего пара:

 

,

 

где - расход пара на подогрев раствора, - расход пара на выпаривание.

Расход воды:

 

 

,

 

где - расход воды в барометрическом конденсаторе, - расход воды в холодильнике.

 

Выводы по проекту

 

В данной курсовой работе представлен процесс выпаривания  раствора хлорида аммония.

В результате приведенных  выше расчетов были выбраны следующие аппараты:

• выпарной аппарат: тип 1 исполнение 2 группа А – выпарной аппарат с вынесенной греющей камерой и трубой вскипания с площадью теплообмена (по внутреннему диаметру трубы);
• Для подогрева мы выбираем: 2-ходовый теплообменник, с внутренним диаметром кожуха , числом труб , поверхностью теплообмена , длиной труб , проходным сечением и числом рядов труб , расположенных в шахматном порядке.

-    барометрический конденсатор диаметром с высотой трубы 7,585м.  (/5/, табл. 2.7 стр. 26).

• Вакуум-насос типа ВВН1-3 мощностью N=4,95 кВт
• холодильник: кожухотрубчатый двухходовой теплообменник с внутренним диаметром кожуха , числом труб , поверхностью теплообмена , длиной труб , проходным сечением трубного пространства , проходным сечением межтрубного пространства и числом рядов труб .