Расчёт выпарной установки
Описание принципиальной схемы трехкорпусной выпарной установки. Определение поверхности теплопередачи выпарных аппаратов. Расчет тепловых нагрузок. Выбор конструкционного материала. Вычисление толщины изоляции. Расчет барометрического конденсатора.
Рубрика | Производство и технологии |
Вид | курсовая работа |
Язык | русский |
Дата добавления | 14.10.2014 |
Размер файла | 193,2 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Расчёт выпарной установки
Основные условные обозначения
c - теплоёмкость, Дж / (кгK);
d - диаметр, м;
D - расход греющего пара, кг / с;
F - поверхность теплопередачи, м2;
G - расход, кг / с;
g - ускорение свободного падения, м / с2;
H - высота, м;
i, I - энтальпия жидкости и пара, кДж / кг;
K - коэффициент теплопередачи, Вт / (м2К);
P - давление, МПа;
Q - тепловая нагрузка, кВт;
q - удельная тепловая нагрузка, кДж / кг;
r - теплота парообразования, кДж / кг;
t, T - температура, град;
w, W - производительность по испаряемой воде, кг / с;
x - концентрация, % (масс.);
- коэффициент теплоотдачи, Вт / (м2K);
- теплопроводность, Вт / (мK);
- вязкость, Пас;
- плотность, кг/м3;
- поверхностное натяжение, Н/м;
Re - критерий Рейнольдса;
Nu - критерий Нуссельта;
Pr - критерий Прандтля.
Индексы
1, 2, 3 - первый, второй, третий корпус выпарной установки;
в - вода;
вп - вторичный пар;
г - греющий пар;
ж - жидкая фаза;
к - конечный параметр;
н - начальный параметр;
ср - среднее значение;
ст - стенка.
Введение
В химической и смежной с ней отраслях промышленности жидкие смеси, концентрирование которых осуществляется выпариванием, отличаются большим разнообразием как физических параметров (вязкость, плотность, температура кипения, величина критического теплового потока и др.), так и других характеристик (кристаллизующиеся, пенящиеся, нетермостойкие растворы и др.). Свойства смесей определяют основные требования к условиям проведения процесса (вакуум-выпаривание, прямо- и противоточные, одно- и многокорпусные выпарные установки), а также к конструкциям выпарных аппаратов.
Такое разнообразие требований вызывает определенные сложности при правильном выборе схемы выпарной установки, типа аппарата, числа ступеней в многокорпусной выпарной установке.
В общем случае такой выбор является задачей оптимального поиска и выполняется технико-экономическим сравнением различных вариантов с использованием ЭВМ.
В приведенном ниже типовом примере расчета трехкорпусной установки, состоящей из выпарных аппаратов с естественной циркуляцией (с соосной камерой) и кипением раствора в трубах, даны также рекомендации по расчету выпарных аппаратов некоторых других типов с принудительной циркуляцией, вынесенной зоной кипения, пленочных.
Рис. 4.1. Принципиальная схема трехкорпусной выпарной установки: 1 - емкость исходного раствора; 2, 10 - насосы; 3 - теплообменник-подогреватель; 4 - 6 - выпарные аппараты; 7 - барометрический конденсатор; 8 - вакуум-насос; 9 - гидрозатвор; 11 - емкость упаренного раствора; 12 -- конденсатоотводчик
Принципиальная схема трехкорпусной выпарной установки показана на рис. 4.1. Исходный разбавленный раствор из промежуточной емкости 1 центробежным насосом 2 подается в теплообменник 3 (где подогревается до температуры, близкой к температуре кипения), а затем -- в первый корпус 4 выпарной установки. Предварительный подогрев раствора повышает интенсивность кипения в выпарном аппарате 4.
Первый корпус обогревается свежим водяным паром. Вторичный пар, образующийся при концентрировании раствора в первом корпусе, направляется в качестве греющего во второй корпус 5. Сюда же поступает частично сконцентрированный раствор из 1-го корпуса. Аналогично третий корпус 6 обогревается вторичным паром второго и в нем производится концентрирование раствора, поступившего из второго корпуса.
Самопроизвольный перетек раствора и вторичного пара в следующие корпуса возможен благодаря общему перепаду давлений, возникающему в результате создания вакуума конденсацией вторичного пара последнего корпуса в барометрическом конденсаторе смешения 7 (где заданное давление поддерживается подачей охлаждающей воды и отсосом неконденсирующихся газов вакуум-насосом 8). Смесь охлаждающей воды и конденсата выводится из конденсатора! при помощи барометрической трубы с гидрозатвором 9. Образующийся в третьем корпусе концентрированный раствор центробежным насосом 10 подается в промежуточную емкость упаренного раствора 11.
Конденсат греющих паров из выпарных аппаратов выводится с помощью конденсатоотводчиков 12.
Задание на проектирование. Спроектировать трехкорпусную выпарную установку для концентрирования Gн = 40 000 кг/ч (11,12 кг/с) водного раствора КОН от начальной концентрации xн = 5% до конечной xк = 40% при следующих условиях:
1) обогрев производится насыщенным водяным паром давлением Pгl = 1,079 МПа;
2) давление в барометрическом конденсаторе Pбк = 0,0147 МПа;
3) выпарной аппарат-тип 1, исполнение 2 (см. Приложение 4.1);
4) взаимное направление пара и раствора -- прямоток;
5) отбор экстрапара не производится;
6) раствор поступает в первый корпус подогретым до температуры кипения.
1. Определение поверхности теплопередачи выпарных аппаратов
Поверхность теплопередачи каждого корпуса выпарной установки определяют по основному уравнению теплопередачи:
(4.1)
Для определения тепловых нагрузок Q, коэффициентов теплопередачи K и полезных разностей температур tп необходимо знать распределение упариваемой воды, концентраций растворов и их температур кипения по корпусам. Эти величины находят методом последовательных приближений.
Первое приближение
Производительность установки по выпариваемой воде определяют из уравнения материального баланса:
(4.2)
Подставив, получим:
кг/с.
1.1 Концентрации упариваемого раствора
Распределение концентраций раствора по корпусам установки зависит от соотношения нагрузок по выпариваемой воде в каждом аппарате. В первом приближении на основании практических данных принимают, что производительность по выпариваемой воде распределяется между корпусами в соответствии с соотношением
.
Тогда
Далее рассчитывают концентрации растворов в корпусах:
Концентрация раствора в последнем корпусе x3 соответствует заданной концентрации упаренного раствора xк.
1.2 Температуры кипения растворов
Общий перепад давлений в установке равен:
В первом приближении общий перепад давлений распределяют между корпусами поровну. Тогда давления греющих паров в корпусах (в МПа) равны:
Давление пара в барометрическом конденсаторе
что соответствует заданному значению Рбк.
По давлениям паров находим их температуры кипения и теплоты и рения растворителя [1]:
P, МПа |
t, C |
r, кДж / кг |
|
Pr1 = 1,079 |
tr1 = 183,2 |
rвп1 = 2068 |
|
Pr2 = 0,7242 |
tr2 = 166,3 |
rвп2 = 2140 |
|
Pr3 = 0,3694 |
tr3 = 140,6 |
rвп3 = 2340 |
|
Pбк = 0,0147 |
tбк = 53,6 |
При определении температуры кипения растворов в аппаратах исходят из следующих допущений. Распределение концентраций раствора в выпарном аппарате с интенсивной циркуляцией практически соответствует модели идеального перемешивания. Поэтому концентрацию кипящего раствора принимают равной конечной в данном корпусе и, следовательно, температуру кипения раствора определяют при конечной концентрации.
Изменение температуры кипения по высоте кипятильных труб происходит вследствие изменения гидростатического давления столба жидкости. Температуру кипения раствора в корпусе принимают соответствующей 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 () гидростатической () и гидродинамической () депрессий ( = + + ).
Гидродинамическая депрессия обусловлена потерей давления пара на преодоление гидравлических сопротивлений трубопроводов при переходе из корпуса в корпус. Обычно в расчетах принимают = 1,0--1,5 град на корпус. Примем для каждого корпуса = 1 град. Тогда температуры вторичных паров в корпусах (в °С) равны:
Сумма гидродинамических депрессий
По температурам вторичных паров определим их давления. Они равны соответственно (в МПа): Pвп1 = 0,745; Рвп2 = 0,378; Рвп3 = 0,0154.
Гидростатическая депрессия обусловлена разностью давлений в среднем слое кипящего раствора и на его поверхности. Давление в среднем слое кипящего раствор Рср каждого корпуса определяется по уравнению
(4.3)
где Н--высота кипятильных труб в аппарате, м; р--плотность кипящего раствор кг/м3; --паронаполненне (объемная доля пара в кипящем растворе), м3/м3.
Для выбора значения Н необходимо ориентировочно оценить поверхность теплопередачи выпарного аппарата Fор. При кипении водных растворов можно принять удельную тепловую нагрузку аппаратов с естественной циркуляцией (q = 2000 - 50000 Вт/м2, аппаратов с принудительной циркуляцией q = 40000--80000 Вт/м2. Примем q = 40000 Вт/м2. Тогда поверхность теплопередачи 1-го корпуса ориентировочно равна:
где r1 -- теплота парообразования вторичного пара, Дж/кг.
По ГОСТ 11987--81 [2] (см. Приложение 4.2) трубчатые аппараты с естествен циркуляцией и вынесенной греющей камерой (тип 1, исполнение 2) состоят из кипятильных труб высотой 4 и 5 м при диаметре dн = 38 мм и толщине стенки cт = 2 мм. Примем высоту кипятильных труб H = 4 м.
При пузырьковом (ядерном) режиме кипения паронаполнение составляет = 0,4--0,6. Примем = 0,5. Плотность водных растворов, в том числе раствора КОН (см. Приложение 4.3), при температуре 15°С и соответствующих концентрациях в корпусах равна:
1 = 1062 кг/м3, 2 = 1104 кг/м3, 3 = 1399 кг/м3.
При определении плотности растворов в корпусах пренебрегаем изменение её с повышением температуры от 15°С до температуры кипения ввиду малого значения коэффициента объемного расширения и ориентировочно принятого значения .
Давления в среднем слое кипятильных труб корпусов (в Па) равны:
Этим давлениям соответствуют следующие температуры кипения и теплоты и рения растворителя [1]:
P, МПа |
t,C |
r, кДж / кг |
|
P1ср = 0,755 |
t1ср = 168,0 |
rвп1 = 2068 |
|
P2ср = 0,389 |
t2ср = 142,8 |
rвп2 = 2140 |
|
P3ср = 0,0291 |
t3ср = 69,3 |
rвп3 = 2340 |
Определим гидростатическую депрессию по корпусам (в °С):
Сумма гидростатических депрессий
Температурную депрессию определим по уравнению
(4.4)
где Т -- температура паров в среднем слое кипятильных труб, К; -- температурная депрессия при атмосферном давлении [3] (см. Приложение 4.4). Находим значение / по корпусам (в °С);
Сумма температурных депрессий
Температуры кипения растворов в корпусах равны (в °С):
1.3 Полезная разность температур
Общая полезная разность температур равна:
Полезные разности температур по корпусам (в °С) равны:
Тогда общая полезная разность температур
Проверим общую полезную разность температур:
1.4 Определение тепловых нагрузок
Расход греющего пара в 1-й корпус, производительность каждого корпуса по выпаренной воде и тепловые нагрузки по корпусам определим путем совместного решения уравнений тепловых балансов по корпусам и уравнения баланса по воде для всей установки:
(4.8)
(4.9)
(4.11)
где 1,03 -- коэффициент, учитывающий 3% потерь тепла в окружающую среду; C 1, C 2, C 3 -- теплоемкости растворов соответственно исходного в первом и во втором корпусах, кДж/(кгК) [3]; Q 1конц, Q 2 конц, Q 3 конц-- теплоты концентрирования по корпусам, кВт; t н -- температура кипения исходного раствора при давлении в 1 -м корпусе;
(где -- температурная депрессия для исходного раствора);
где -- производительность аппаратов по сухому КОН, кг/с; -- разность интегральных теплот растворения при концентрациях и , кДж/кг [З].
Тогда
Решение этой системы уравнений дает следующие результаты:
Результаты расчета сведены в таблицу:
Параметр |
Корпус |
|||
1 |
2 |
3 |
||
Производительность по испаряемой воде, w, кг/с |
3,04 |
3,21 |
3,47 |
|
Концентрация растворов x,% |
6,8 |
11,3 |
40,0 |
|
Давление греющих паров Pr,МПа |
1,079 |
0,7242 |
0,3694 |
|
Температура греющих паров tr, C |
183,2 |
166,3 |
140,6 |
|
Температурные потери , град |
3,77 |
6,14 |
33,83 |
|
Температура кипения раствора tк, С |
170,07 |
146,74 |
87,43 |
|
Полезная разность температур tп, град |
13,13 |
19,56 |
53,17 |
Наибольшее отклонение вычисленных нагрузок по испаряемой воде в каждом корпусе от предварительно принятых (w1 = 2,95 кг/с, w2 = 3,24 кг/с, w3 = 3,53 кг/с) не превышает 3%, поэтому не будем пересчитывать концентрации и температуры кипения растворов по корпусам. Если же расхождение составит более 5%, необходимо заново пересчитать концентрации, температурные депрессии и температуры кипения растворов, положив в основу расчета новое, полученное из решения балансовых уравнений, распределение нагрузок по испаряемой воде.
1.5 Выбор конструкционного материала
Выбираем конструкционный материал, стойкий в среде кипящего раствора КОН в интервале изменения концентраций от 5 до 40% [б]. В этих условиях химически стойкой является сталь марки Х17. Скорость коррозии ее не менее 0,1 мм/год, коэффициент теплопроводности ст = 25,1 Вт/(мК).
1.6 Расчет коэффициентов теплопередачи
Коэффициент теплопередачи для первого корпуса определяют по уравнению аддитивности термических сопротивлений:
(4.13)
Далее рассчитаем коэффициент теплопередачи для второго корпуса К2. Для этого найдем:
Как видим, Определим K2:
Рассчитаем теперь коэффициент теплопередачи для третьего корпуса K3:
Как видим, . Найдем K3:
При кипении растворов в пленочных выпарных аппаратах коэффициент теплоотдачи рекомендуется [10] определять по уравнению
(4.16)
Здесь -- теплопроводность кипящего раствора, Вт/ (м К); -- толщина пленки (в м), рассчитываемая по уравнению
(4.17)
где v--кинетическая вязкость раствора, м2/с; Re = 4 Г / -- критерий Re для пленки жидкости; Г = Gj / П -- линейная массовая плотность орошения, кг/(мс); Gj -- расход раствора, поступающего в j-й корпус, кг/с; = dвн n= Fср / H -- смоченный периметр, м;
-- вязкость кипящего раствора, Пас; q--тепловая нагрузка, которую в расчете принимают равной 1t1, Вт/м2.
Значения коэффициентов и показателей степеней в уравнении (4.16);
при q< 20 000 Вт/м2: с = 163,1, п = -- 0,264; m = 0,685;
при q> 20 000 Вт/м2: c=2,6, n = 0,203, m=0,322.
В аппаратах с вынесенной зоной кипения, а также аппаратах с принудительной циркуляцией обеспечиваются высокие скорости движения растворов в трубках греющей камеры и вследствие этого -- устойчивый турбулентный режим течения. Принимая во внимание, что разность температур теплоносителей (греющего пара и кипящего раствора) в выпарном аппарате невелика, для вычисления коэффициентов теплоотдачи со стороны жидкости используют эмпирическое уравнение [7]:
(4.18)
Физические характеристики растворов, входящие в критерии подобия, находят при средней температуре потока, равной
(4.19)
1.7 Распределение полезной разности температур
Полезные разности температур в корпусах установки находим из условия равенства их поверхностей теплопередачи:
(4.20)
где -- соответственно полезная разность температур, тепловая нагрузка, коэффициент теплопередачи для j-го корпуса. Подставив численные значения, получим:
Проверим общую полезную разность температур установки:
Теперь рассчитаем поверхность теплопередачи выпарных аппаратов по формуле (4.1):
выпарный установка теплопередача конденсатор
Найденные значения мало отличаются от ориентировочно определенной ранее поверхности Fop. Поэтому в последующих приближениях нет необходимости вносить коррективы на изменение конструктивных размеров аппаратов (высоты, диаметра и числа труб).
Сравнение распределенных из условий равенства поверхностей теплопередачи и предварительно рассчитанных значений полезных разностей температур tп представлено ниже:
Корпус |
||||
1 |
2 |
3 |
||
Распределенные в 1-м приближении значения tп, град. |
26,36 |
27,09 |
32,41 |
|
Предварительно рассчитанные значения tп, град. |
13,13 |
19,56 |
53,17 |
Второе приближение
Как видно, полезные разности температур, рассчитанные из условия равного перепада давления в корпусах и найденные в 1-м 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 условий равенства поверхностей теплопередачи аппаратов.
1.8 Уточненный расчет поверхности теплопередачи
В связи с тем, что существенное изменение давлений по сравнению с рассчитанным в первом приближении происходит только в 1-м и 2-м корпусах (где суммарные температурные потери незначительны), во втором приближении принимаем такие же значения для каждого корпуса, как в первом приближении.
Полученные после перераспределения температур (давлений) параметры растворов и паров по корпусам представлены ниже:
Параметры |
Корпус |
|||
1 |
2 |
3 |
||
Производительность по испаряемой воде w , кг/с |
3,04 |
3,21 |
3,47 |
|
Концентрация растворов x, % |
6,8 |
11,3 |
40 |
|
Температура греющего пара в 1-м корпусе t r l, С |
183,2 |
-- |
-- |
|
Полезная разность температур t п, град |
26,36 |
27,09 |
32,41 |
|
Температура кипения раствора t к = t г -- t п, С |
156,84 |
125,98 |
87,43 |
|
Температура вторичного пара t вп = tк -- (/+//), C |
154,07 |
120,84 |
54,6 |
|
Давление вторичного пара P вп, МПа |
0,5297 |
0,2004 |
0,0154 |
|
Температура греющего пара t г = t вп -- ///, С |
-- |
153,07 |
119,84 |
Рассчитаем тепловые нагрузки (в кВт):
.
Расчет коэффициентов теплопередачи, выполненный описанным выше методом, приводит к следующим результатам в Вт / (м2К): К 1.= 2022; К 2 = 1870; К 3 = 1673.
Распределение полезной разности температур:
Проверка суммарной полезной разности температур:
Сравнение полезных разностей температур t п полученных во 2-м и 1-м приближениях, приведено ниже:
Корпус |
||||
1 |
2 |
3 |
||
t п во 2 -м приближении, град |
25,5 |
26,43 |
33,93 |
|
t п в 1-м приближении, град |
26,36 |
27,09 |
32,41 |
Различия между полезными разностями температур по корпусам в 1-м и 2-м приближениях не превышают 5%. Если же разница превысит 5%, необходимо выполнить следующее, 3-е приближение, взяв за основу расчета t п из 2-го приближения, и т.д., до совпадения полезных разностей температур.
Поверхность теплопередачи выпарных аппаратов:
По ГОСТ 11987--81 [2] выбираем выпарной аппарат со следующими характеристиками (см. Приложение 4.2):
Номинальная поверхность теплообмена Fн |
160 м2 |
|
Диаметр труб d |
38 2 мм |
|
Высота труб H |
4000 мм |
|
Диаметр греющей камеры d к |
1200 мм |
|
Диаметр сепаратора d с |
2400 мм |
|
Диаметр циркуляционной трубы d ц |
700 мм |
|
Общая высота аппарата H а |
13 500 мм |
|
Масса аппарата M а |
12 000 кг |
2. Определение толщины тепловой изоляции
Толщину тепловой изоляции и находят из равенства удельных тепловых потоков через слой изоляции от поверхности изоляции в окружающую среду:
(4.21)
где -- коэффициент теплоотдачи от внешней поверхности изоляционного материала в окружающую среду, Вт/(м2К) [7]; tст2 -- температура изоляции со стороны окружающей среды (воздуха); для аппаратов, работающих в закрытом помещении, t ст2 выбирают в интервале 35--45°С, а для аппаратов, работающих на открытом воздухе в зимнее время -- в интервале 0--10°С; t ст1 -- температура изоляции со стороны аппарата; ввиду незначительного термического сопротивления стенки аппарата по сравнению с термическим сопротивлением слоя изоляции tст1 принимают равной температуре греющего пара tr1; tв температура окружающей среды (воздуха), °С; и -- коэффициент теплопроводности изоляционного материала, Вт/(мК). Рассчитаем толщину тепловой изоляции для 1-го корпуса:
В качестве материала для тепловой изоляции выберем совелит (85 % магнезии + 15% асбеста) [II], имеющий коэффициент теплопроводности и = 0,09 Вт/(мК). Тогда получим
Принимаем толщину тепловой изоляции 0,055 м и для других корпусов.
3. Расчет барометрического конденсатора
Для создания вакуума в выпарных установках обычно применяют конденсаторы смешения с барометрической трубой. В качестве охлаждающего агента используют воду, которая подается 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 откачивают неконденсирующиеся газы.
Необходимо рассчитать расход охлаждающей воды, основные размеры (диаметр и высоту) барометрического конденсатора и барометрической трубы, производительность вакуум-насоса.
3.1 Расход охлаждающей воды
Расход охлаждающей воды Gв определяют из теплового баланса конденсатора:
(4.22)
где Iб.к. -- 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 примем на 3 град ниже температуры конденсации паров:
Тогда
4.3.2.
Диаметр конденсатора
Диаметр барометрического конденсатора dбк определяют из уравнения расхода:
(4.23)
где -- плотность паров, кг/м3; -- скорость паров, м/с.
При остаточном давлении в конденсаторе порядка 104 Па скорость паров v = 15--25 м/с. Тогда
По нормалям НИИХИММАШа [12] подбираем конденсатор диаметром, равным расчетному или ближайшему большему. Определяем его основные размеры.
Выбираем барометрический конденсатор диаметром dбк = 1600 мм (см. Приложение 4.5).
3.2 Высота барометрической трубы
В соответствии с нормалями [12] /внутренний диаметр барометрической трубы dбк равен 300 мм. Скорость воды в барометрической трубе
Высота барометрической трубы
(4.24)
где В -- вакуум в барометрическом конденсаторе, Па; -- сумма коэффициентов местных сопротивлений; -- коэффициент трения в барометрической трубе; 0.5 -- запас высоты на возможное изменение барометрического давления, м.
где вх, вых -- коэффициенты местных сопротивлений на входе в трубу и на выходе из нее.
Коэффициент трения зависит от режима течения жидкости. Определим режим течения воды в барометрической трубе:
Для гладких труб при Re = 536000 коэффициент трения = 0,013 [I]. Подставив в (4.24) указанные значения, получим:
Отсюда находим Hбт = 10,1 м.
4. Расчет производительности вакуум-насоса
Производительность вакуум-насоса Gвозд определяется количеством газа (воздуха), который необходимо удалять из барометрического конденсатора:
(4.25)
где 2,510--5 -- 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:
(4.26)
где R-- универсальная газовая постоянная, Дж/(кмольК); М возд -- молекулярная масса воздуха, кг/кмоль; tвозд -- температура воздуха, °С; Рвозд -- парциальное давление сухого воздуха в барометрическом конденсаторе, Па. Температуру воздуха рассчитывают по уравнению
Давление воздуха равно:
где Pп -- давление сухого насыщенного пара (Па) при tвозд = 27°С. Подставив, получим:
Тогда
Зная объемную производительность Vвозд и остаточное давление Рбк, по каталогу [13] подбираем вакуум-насос типа ВВН-25 мощностью на валу N = 48 кВт (см. Приложение 4.6).
В дальнейшем расчету и подбору по нормалям, каталогам и ГОСТам могут подлежать следующие аппараты и их параметры:
1) объем и размеры емкостей для исходного и упаренного растворов;
2) требуемый напор и марка насосов (см. гл. 1);
3) конструкция и поверхность теплообменника-подогревателя (см. гл. 2);
4) диаметры трубопроводов и штуцеров (см. гл. 1);
5) конденсатоотводчики (см. гл. 2);
6) циркуляционные насосы для выпарных аппаратов (см. гл. 1). Более полно методы расчета, моделирования и оптимизации выпарных установок, включающих аппараты, указанные в Приложении 4.1, а также выпарные аппараты других конструкций и вспомогательное оборудование, изложены в специальной литературе [14--22].
Литература
1. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов. Л.: Химия, 1976. 552 с.
2. ГОСТ 11987 -- 81. Аппараты выпарные трубчатые.
3. Справочник химика. М. -- Л.: Химия, Т. 3, 1962. 1006 с. Т. 5, 1966. 974с.
4. Каталог УКРНИИХИММАШа. Выпарные аппараты вертикальные трубчатые общего назначения. М.: ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ, 1979. 38 с.
5. Мищенко К.П., Полторацкий Г. М. Термодинамика и строение водных и неводных растворов электролитов. Изд. 2-е. Л.: Химия, 1976. 328 с.
6. Воробьева Г.Я. Коррозионная стойкость материалов в агрессивных средах химических производств. Изд. 2-е. М.: Химия, 1975.816 с.
7. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. Изд. 9-е. М.: Химия, 1973. 750 с.
8. Викторов М.М. Методы вычисления физико-химических величин и прикладные расчеты. Л.: Химия, 1977. 360 с.
9. Чернышов А.К., Поплавский К.Л., Заичко Н.Д. Сборник монограмм для химико-технологических расчетов. Л.: Химия, 1974. 200 с.
10. Тананайко Ю.М., Воронцов Е.Г. Методы расчета и исследования пленочных процессов. Киев: Техника, 1975. 312 с.
11. Теплотехнический справочник. Т. 2. М.: Энергия, 1972. 896 с.
12. ОСТ 26716 - 73. Барометрические конденсаторы.
13. Вакуумные насосы. Каталог - справочник. М.: ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ, 1970. 216 с.
14. Калач Т.А., Радун Д.В. Выпарные станции. М.: Машгиз, 1963. 400 с.
15. Чернобыльский И.И. Выпарные установки. Киев: Изд. Киевского ун-та, 1960. 262 с.
16. Лебедев П.Д., Щукин А.А. Теплоиспользующие установки промышленных предприятий. М.: Энергия, 1970. 408 с.
17. Таубман Е.И. Расчет и моделирование выпарных установок. М.: Химия, 1970. 216 с.
18. Олевский В.М., Ручинский В.Р. Роторно-пленочиые тепло- и массообменные аппараты. М.: Химия, 1977. 206 с.
19. Удыма П.Г. Аппараты с погружными горелками. М.: Машиностроение, 1965. 192 с,
20. Попов Н.П. Выпарные аппараты в производстве минеральных удобрений. М.: Химия, 1974. 126 с.
21. Кичигин М.А., Костенко Г.Н. Теплообменные аппараты и выпарные установки. М.: Госэнерго-издат, 1955. 392 с.
22. Таубман Е.И. Выпаривание. М.: Химия, 1982. 327 с.
Приложения
Приложение 1
Типы выпарных трубчатых аппаратов (по ГОСТ 11987 -- 81)
Тип |
Наименование |
Исполнение |
Назначение |
|
1 |
Выпарные трубчатые аппараты с естественной циркуляцией |
1 -- с сосной двух-ходовой греющей камерой |
Упаривание растворов не образующих осадка на греющих трубах, а также при незначительных накипеобразованиях на трубах, удаляемых промывкой. |
|
2 -- с вынесенной греющей камерой |
Упаривание растворов, выделяющих незначительный осадок, удаляемый механическим способом |
|||
3 -- с соосной греющей камерой и солеотделением |
Упаривание растворов, выделяющих кристаллы, и образующих осадок, удаляемый промывкой |
|||
2 |
Выпарные трубчатые аппараты с принудительной циркуляцией |
1 -- с вынесенной греющей камерой |
Упаривание вязких растворов или выделяющих осадок на греющих трубах, удаляемый механическим спосбом |
|
2 -- с соосной греющей камерой |
Упаривание вязких чистых растворов, не выделяющих осадок, а также при незначительных накипеобразованиях на трубах, удаляемых промывкой |
|||
3 |
Выпарные трубчатые аппараты пленочные |
1 -- с восходящей пленкой |
Упаривание пенящихся растворов |
|
2 -- со стекающей пленкой |
Упаривание вязких и термостойких растворов |
Шаг и размещение трубок в греющих камерах должно соответствовать размерам, указанным ниже:
Диаметр трубки d, мм |
38 |
57 |
|
Шаг разбивки t, мм |
48 |
70 |
Приложение 2
Основные размеры выпарных аппаратов (по ГОСТ 11987 -- 81)
F -- номинальная поверхность теплообмена; D -- диаметр греющей камеры; D1 -- диаметр сепаратора; D2 -- диаметр циркуляционной трубы; H -- высота аппарата; H1 -- высота парового пространства; d -- диаметр трубы; l -- длина трубы; М -- масса аппарата
Техническая характеристика выпарного аппарата с естественной циркуляцией и соосной греющей камерой (тип 1, исполнение 1)
F, м2 |
D, мм, не менее |
D1, мм, не более |
D2, мм, не более |
H, мм, не более |
M, кг, не более |
||
l = 3000 мм |
l = 4000 мм |
||||||
10 |
-- |
400 |
600 |
250 |
10 500 |
1 000 |
|
16 |
-- |
600 |
800 |
300 |
10 500 |
1 200 |
|
25 |
-- |
600 |
1000 |
400 |
11 500 |
2 200 |
|
40 |
-- |
800 |
1200 |
500 |
11 500 |
3 000 |
|
63 |
-- |
1000 |
1400 |
600 |
11 500 |
4 800 |
|
100 |
-- |
1000 |
1800 |
700 |
11 500 |
6 000 |
|
-- |
160 |
1200 |
2400 |
1200 |
12 500 |
8 600 |
|
-- |
250 |
1400 |
3000 |
1400 |
12 500 |
13 000 |
|
-- |
400 |
1800 |
3800 |
1800 |
12 500 |
21 300 |
Примечания. 1.
Высота парового пространства H1 -- не более 2000 мм. 2. Условное давление в греющей камере -- от 0,014 до 1,6 МПа, в сепараторе -- от 0,0054 до 1,0 МПа. 3. Диаметр трубы d = 38 2 мм.
Техническая характеристика выпарного аппарата с естественной циркуляцией и вынесенной греющей камерой (тип 1, исполнение 2)
F, м2 |
D, мм, не менее |
D1, мм, |
D2, мм, не болеее |
H, мм, не более |
M, кг, не более |
||
l = 4000 мм |
l = 6000 мм |
||||||
10 |
-- |
400 |
600 |
200 |
12 000 |
1 700 |
|
16 |
-- |
400 |
800 |
250 |
12 000 |
2 500 |
|
25 |
-- |
600 |
1000 |
300 |
12 500 |
3 000 |
|
40 |
-- |
600 |
1200 |
400 |
12 500 |
4 700 |
|
63 |
-- |
800 |
1600 |
500 |
13 000 |
7 500 |
|
100 |
112 |
1000 |
1800 |
600 |
13 000 |
8 500 |
|
125 |
140 |
1000 |
2200 |
700 |
13 500 |
11 500 |
|
160 |
180 |
1200 |
2400 |
700 |
13 500 |
12 000 |
|
200 |
224 |
1200 |
2800 |
800 |
14 500 |
14 800 |
|
250 |
280 |
1400 |
3200 |
900 |
14 500 |
15 000 |
|
315 |
355 |
1600 |
3600 |
1000 |
15 000 |
21 000 |
|
-- |
400 |
1600 |
3800 |
1000 |
15 000 |
26 500 |
|
-- |
450 |
1600 |
4000 |
1000 |
15 000 |
31 800 |
|
-- |
500 |
1600 |
4500 |
1200 |
16 500 |
33 000 |
|
-- |
560 |
1800 |
4500 |
1200 |
17 000 |
38 300 |
|
-- |
630 |
1800 |
5000 |
1200 |
17 000 |
40 000 |
|
-- |
710 |
2000 |
5000 |
1400 |
18 000 |
50 000 |
|
-- |
800 |
2000 |
5600 |
1400 |
18 000 |
50 000 |
Примечания. 1. Высота парового пространства H1 -- не более 2500 мм. 2. Условное давление в греющей камере -- от 0,014 до1,0 МПа, в сепараторе -- от 0,0054 до 1,0 МПа. 3. Диаметр трубы d = 38 2 мм.
Техническая характеристика выпарного аппарата с естественной циркуляцией, соосной греющей камерой и солеотделением (тип 1, исполнение 3)
F, м2 |
D, мм, не менее |
D1, мм, не более |
D2, мм, не более |
H, мм, не более |
M, кг, не более |
||
l = 4000 мм |
l = 6000 мм |
||||||
10 |
-- |
400 |
600 |
200 |
14 500 |
1 900 |
|
16 |
-- |
400 |
800 |
250 |
14 500 |
2 500 |
|
25 |
-- |
600 |
1000 |
300 |
14 500 |
2 700 |
|
40 |
50 |
600 |
1200 |
400 |
15 500 |
3 000 |
|
63 |
80 |
800 |
1600 |
500 |
15 500 |
3 500 |
|
100 |
112 |
1000 |
1800 |
600 |
15 500 |
5 200 |
|
125 |
140 |
1000 |
2200 |
700 |
16 000 |
10 000 |
|
160 |
180 |
1200 |
2400 |
700 |
16 000 |
12 500 |
|
200 |
224 |
1200 |
2800 |
800 |
16 000 |
15 000 |
|
250 |
280 |
1400 |
3200 |
900 |
16 500 |
20 000 |
|
315 |
355 |
1600 |
3600 |
1000 |
17 500 |
23 000 |
|
-- |
400 |
1600 |
3800 |
1000 |
17 500 |
30 000 |
|
-- |
450 |
1600 |
4000 |
1000 |
18 000 |
31 500 |
|
-- |
500 |
1600 |
4500 |
1200 |
18 000 |
33 000 |
|
-- |
560 |
1600 |
4500 |
1200 |
18 000 |
40 000 |
|
-- |
630 |
1800 |
5000 |
1200 |
19 000 |
43 500 |
|
-- |
710 |
1800 |
5600 |
1400 |
19 000 |
48 500 |
|
-- |
800 |
2000 |
5600 |
1400 |
19 000 |
50 000 |
Примечания. 1. Высота парового пространства H1 -- не более 2500 мм. 2. Условное давление в греющей камере -- от 0,014 до 1,6 МПа, в сепараторе -- от 0,0054 до 1,6 МПа. 3. Диаметр трубы d = 38 2 мм.
Техническая характеристика выпарного аппарата с принудительной циркуляцией и вынесенной греющей камерой (тип 2, исполнение 1)
F, м2 |
D, мм, не менее |
D1, мм, не более |
D2, не более |
H, мм, не более |
M, кг, не более |
|
25 |
400 |
1200 |
200 |
19 000 |
6 000 |
|
40 |
600 |
1400 |
250 |
19 000 |
6 600 |
|
63 |
600 |
1900 |
400 |
19 000 |
8 300 |
|
100 |
800 |
2200 |
500 |
21 000 |
11 300 |
|
125 |
800 |
2600 |
500 |
21 000 |
13 000 |
|
160 |
1000 |
2800 |
600 |
21 000 |
15 500 |
|
200 |
1000 |
3000 |
600 |
23 500 |
19 000 |
|
250 |
1200 |
3400 |
700 |
23 500 |
26 500 |
|
315 |
1200 |
3800 |
800 |
23 500 |
29 800 |
|
400 |
1400 |
4000 |
900 |
25 500 |
32 000 |
|
500 |
1600 |
4500 |
1000 |
25 500 |
42 000 |
|
630 |
1800 |
5000 |
1000 |
25 500 |
55 000 |
|
800 |
2000 |
5600 |
1200 |
25 500 |
62 000 |
|
1000 |
2200 |
6300 |
1400 |
25 500 |
65 000 |
Примечания. 1. Высота парового пространства H1 -- не более 2500 мм. 2. Условное давление в греющей камере -- от 0,014 до 1,6 МПа, в сепараторе -- от 0,0054 до 1,0 МПа. 3. Диаметр трубы d = 38 2 мм, длина l = 6000 мм.
Техническая характеристика выпарного аппарата с принудительной циркуляцией с сосной греющей камерой (тип 1, исполнение 2)
F, м2 |
D, мм, не менее |
D1, мм, не более |
D2, мм, не более |
H, мм, не более |
M, кг, не более |
|
25 |
400 |
1000 |
200 |
19 500 |
6 200 |
|
40 |
600 |
1200 |
250 |
19 500 |
7 000 |
|
63 |
600 |
1600 |
400 |
19 500 |
9 500 |
|
100 |
800 |
1800 |
500 |
21 500 |
14 500 |
|
125 |
800 |
2200 |
500 |
21 500 |
15 500 |
|
160 |
1000 |
2400 |
600 |
21 500 |
20 000 |
|
200 |
1000 |
2800 |
600 |
24 500 |
22 500 |
|
250 |
1200 |
3200 |
700 |
24 500 |
28 000 |
|
315 |
1200 |
3600 |
800 |
24 500 |
36 000 |
|
400 |
1400 |
3800 |
900 |
26 000 |
44 500 |
|
500 |
1600 |
4000 |
1000 |
26 000 |
55 500 |
|
630 |
1800 |
4500 |
1000 |
26 000 |
69 500 |
|
800 |
2000 |
5000 |
1200 |
26 000 |
87 500 |
|
1000 |
2200 |
5600 |
1400 |
26 000 |
112 000 |
Примечания. 1. Высота парового пространства H1 -- не более 3000 мм. 2. Условное давление в греющей камере -- от 0,014 до 1,6 МПа, в сепараторе -- от 0,0054 до 1,6 МПа. 3. Диаметр трубы d = 38 2 мм, длина l = 6000 мм.
Техническая характеристика выпарного аппарата с восходящей пленкой (тип 3, исполнение 1)
F, м2 |
D |
D2 |
H |
M |
|||
при d = 38 2 мм |
d = 57 2,5 мм, l = 7000 мм |
||||||
l = 5000 мм |
l = 7000 мм |
||||||
10 |
-- |
10 |
400 |
600 |
11 000 |
2 200 |
|
16 |
-- |
16 |
400 |
800 |
11 000 |
3 000 |
|
25 |
-- |
25 |
600 |
1 000 |
11 000 |
3 600 |
|
40 |
-- |
40 |
600 |
1 200 |
11 000 |
4 400 |
|
63 |
-- |
63 |
800 |
1 400 |
12 000 |
5 000 |
|
100 |
-- |
100 |
800 |
1 800 |
12 000 |
7 000 |
|
125 |
-- |
125 |
1000 |
2 200 |
12 000 |
9 000 |
|
160 |
-- |
160 |
1000 |
2 400 |
12 000 |
10 000 |
|
200 |
-- |
200 |
1200 |
2 800 |
12 500 |
11 500 |
|
224 |
-- |
224 |
1200 |
2 800 |
12 500 |
12 000 |
|
250 |
-- |
250 |
1200 |
3 000 |
12 500 |
13 000 |
|
280 |
-- |
280 |
1400 |
3 200 |
12 500 |
14 000 |
|
315 |
-- |
315 |
1400 |
3 400 |
13 000 |
15 000 |
|
355 |
-- |
355 |
1400 |
3 600 |
13 000 |
18 500 |
|
400 |
-- |
400 |
1600 |
3 800 |
13 000 |
20 000 |
|
450 |
-- |
450 |
1600 |
4 000 |
13 500 |
22 500 |
|
500 |
-- |
500 |
1800 |
4 500 |
13 500 |
24 000 |
|
560 |
-- |
560 |
1800 |
4 500 |
13 500 |
26 000 |
|
630 |
-- |
630 |
1800 |
5 000 |
14 000 |
29 000 |
|
710 |
-- |
710 |
2000 |
5 000 |
14 000 |
31 000 |
|
800 |
-- |
800 |
2200 |
5 600 |
14 500 |
37 800 |
|
-- |
-- |
900 |
2200 |
5 600 |
14 500 |
40 500 |
|
-- |
1000 |
-- |
2000 |
6 300 |
14 500 |
42 600 |
|
-- |
-- |
1120 |
2400 |
6 300 |
15 000 |
45 400 |
|
-- |
1250 |
-- |
2200 |
6 300 |
15 000 |
51 900 |
|
-- |
-- |
1400 |
2800 |
7 000 |
16 000 |
60 300 |
|
-- |
1600 |
-- |
2400 |
7 500 |
16 000 |
70 200 |
|
-- |
-- |
1800 |
3000 |
8 000 |
16 500 |
75 000 |
|
-- |
2000 |
-- |
2800 |
8 500 |
16 500 |
83 000 |
|
-- |
-- |
2240 |
3200 |
9 000 |
17 000 |
90 000 |
|
-- |
2500 |
-- |
3000 |
9 500 |
17 000 |
103 000 |
|
-- |
2800 |
-- |
3200 |
10 000 |
Подобные документы
Технологическая схема выпарной установки. Выбор выпарных аппаратов и определение поверхности их теплопередачи. Расчёт концентраций выпариваемого раствора. Определение температур кипения и тепловых нагрузок. Распределение полезной разности температур.
курсовая работа [523,2 K], добавлен 27.12.2010Предварительное распределение выпариваемой воды по корпусам установки. Определение температурного режима работы установки. Уточненный расчет поверхности теплопередачи и выбор выпарных аппаратов. Расчет барометрического конденсатора, вакуум-насоса.
курсовая работа [615,9 K], добавлен 14.03.2012Сущность и основные способы выпаривания, их преимущества и недостатки. Описание принципиальной и технологической схемы прямоточной трехкорпусной выпарной установки. Технологический расчёт выпарных аппаратов и выбор вспомогательного оборудования.
курсовая работа [1,0 M], добавлен 22.10.2009Определение поверхности теплопередачи выпарных аппаратов. Распределение концентраций раствора по корпусам установки и соотношение нагрузок по выпариваемой воде. Применение конденсатора смешения с барометрической трубой для создания вакуума в установках.
курсовая работа [101,7 K], добавлен 13.01.2015Приведение принципиальной схемы двухкорпусной выпарной установки. Расчет диаметров трубопроводов и штуцеров, толщины теплоизоляционных покрытий, теплообменника исходной смеси для конструирования выпарного аппарата. Выбор вспомогательного оборудования.
курсовая работа [366,2 K], добавлен 09.05.2011Представление принципиальной схемы вакуум-выпарной установки, ее технологические характеристики. Расчет вспомогательного оборудования, барометрического конденсатора, теплообменного аппарата, штуцеров. Проверка на прочность и устойчивость аппаратов.
курсовая работа [1,5 M], добавлен 20.01.2011Процесс выпаривания водных растворов. Многокорпусные выпарные установки. Расчет схемы трехкорпусной выпарной установки. Вспомогательные установки выпарного аппарата. Концентрации растворов, удельные показатели использования вторичных энергоресурсов.
дипломная работа [1,2 M], добавлен 01.08.2011Использование современных выпарных установок в целлюлозно-бумажной промышленности. Определение температурного режима и схемы работы установки. Расчет вспомогательного оборудования. Основные технико-экономические показатели работы выпарной установки.
курсовая работа [217,2 K], добавлен 14.03.2012Признаки классификации выпарных аппаратов. Уравнения материального баланса простого выпаривания. Технологическая схема, преимущества и недостатки прямоточной и противоточной многокорпусных выпарных установок. Расчёт выпарного аппарата по корпусам.
курсовая работа [712,8 K], добавлен 27.11.2013Классификация и выбор многоступенчатой выпарной установки (МВУ). Выбор числа ступеней выпаривания. Определение полезного перепада температур по ступеням МВУ. Поверхность теплообмена выпарных аппаратов. Определение расхода пара на первую ступень МВУ.
курсовая работа [507,4 K], добавлен 27.02.2015Определение основных размеров выпарной установки (диаметра и высоты), балансов, подбор дополнительного оборудования. Принципиальная схема аппарата. Определение поверхности теплопередачи, тепловых нагрузок и производительности по выпариваемой воде.
курсовая работа [355,8 K], добавлен 20.01.2011Проект вакуум-установки для выпаривания раствора NaNO3. Тепловой расчет выпарного аппарата с естественной циркуляцией, вынесенной греющей камерой и кипением в трубах. Выбор подогревателя исходного раствора, холодильника, барометрического конденсатора.
курсовая работа [375,9 K], добавлен 25.12.2013Теоретические основы процесса выпаривания, устройство выпарных аппаратов. Области применения и выбор выпарных аппаратов. Современное аппаратурно-технологическое оформление процесса выпаривания. Расчет выпарной установки с естественной циркуляцией.
курсовая работа [849,1 K], добавлен 20.11.2009Способы производства экстракционной фосфорной кислоты. Установки для абсорбции фтористых газов. Конструктивный расчет барометрического конденсатора. Определение диаметра абсорбера. Автоматизация технологической схемы производства фосфорной кислоты.
дипломная работа [30,2 K], добавлен 06.11.2012Исследование областей применения выпарных аппаратов. Выбор конструкционного материала установки. Определение температуры кипения раствора по корпусам, гидравлической депрессии и потерь напора. Расчет процесса выпаривания раствора дрожжевой суспензии.
курсовая работа [545,8 K], добавлен 14.11.2016Производительность установки по выпариваемой воде. Определение температур кипения растворов. Выбор конструкционного материала. Распределение полезной разности температур. Поверхность теплопередачи выпарных аппаратов. Расчёт толщины трубной решётки.
курсовая работа [487,4 K], добавлен 19.01.2014Определение количества выпарной воды в двухкорпусной выпарной установке. Расчет расхода греющего пара, поверхности теплообмена одного корпуса. Расход охлаждающей воды на барометрический конденсатор смешения. Производительность вакуумного насоса.
контрольная работа [872,4 K], добавлен 07.04.2014Испытание двухкорпусной выпарной установки. Материальный баланс установки. Коэффициенты теплопередачи по корпусам. Тепловой баланс установки. Испытание процесса ректификации. Экстракция. Описание установки и порядок выполнения работы. Абсорбция.
методичка [677,0 K], добавлен 17.07.2008Сравнительная характеристика выпарных теплообменных аппаратов, физико-химическая характеристика процесса. Эксплуатация выпарных аппаратов и материалы, применяемые для изготовления теплообменников. Тепловой расчет, уравнение теплового баланса аппарата.
курсовая работа [1,5 M], добавлен 03.10.2010Исследование процесса выпаривания дрожжевой суспензии. Расчет двухкорпусной прямоточной вакуум-выпарной установки с вынесенной зоной нагрева и испарения и принудительной циркуляцией раствора в выпарных аппаратах для концентрирования дрожжевой суспензии.
курсовая работа [183,9 K], добавлен 19.06.2010