Проектирование трёхкорпусной выпарной установки
Определение поверхности выпарных аппаратов. Расчёт коэффициента теплопередачи в корпусах. Анализ распределения полезной разности температур. Механизм конденсации пара на вертикальной поверхности. Гидравлическое сопротивление в трубном пространстве.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 20.12.2016 |
| Размер файла | 115,5 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://allbest.ru
Министерство образования и науки РФ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Казанский национальный исследовательский технологический университет»
Кафедра процессов и аппаратов химической технологии
РАСЧЁТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Проектирование трёхкорпусной выпарной установки
Выполнил
студент группы
Руководитель
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ
1.1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОВЕРНОСТИ ТЕПЛООБМЕНА ВЫПАРНЫХ АППАРАТОВ
1.2 РАСЧЁТ КОЭФФИЦИЕНТОВ ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ
1.2.1 Расчёт коэффициента теплопередачи в первом корпусе
1.2.2 Теплоотдача при конденсации пара на вертикальной поверхности
1.2.3 Теплоотдача от стенки к кипящему раствору для пузырькового кипения в вертикальных кипятильных трубках
1.2.4 Расчёт коэффициента теплопередачи во 2-ом корпусе
1.2.5 Расчёт коэффициента теплопередачи в 3-ем корпусе
1.2.6 Распределение полезной разности температур
1.3 УТОНЧЁННЫЙ РАСЧЁТ ПОВЕРХНОСТИ ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ
1.3.1 Теплоотдача при конденсации пара на вертикальной поверхности
1.3.2 Теплоотдача от стенки к кипящему раствору для пузырькового кипения в вертикальных кипятильных трубках
1.3.3 Расчёт коэффициента теплопередачи во 2-ом корпусе
1.3.4 Расчёт коэффициента теплопередачи в 3-ем корпусе
1.3.5 Распределение полезной разности температур
1.4 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТОЛЩИНЫ ТЕПЛОВОЙ ИЗОЛЯЦИИ
2. РАСЧЁТ БАРОМЕТРИЧЕСКОГО КОНДЕНСАТОРА
2.1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСХОДА ОХЛАЖДАЮЩЕЙ ВОДЫ
2.2 РАСЧЁТ ДИАМЕТРА БАРОМЕТРИЧЕСКОГО КОНДЕНСАТОРА
2.3 РАСЧЁТ ВЫСОТЫ БАРОМЕТРИЧЕСКОЙ КОНДЕНСАТОРА
2.4 РАСЧЁТ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ВАКУУМ-НАСОСА
3. КОНСТРУКТИВНЫЙ РАСЧЁТ
3.1 РАСЧЁТ ПРОТОЧНОЙ ЧАСТИ ТРУБНОГО ПРОСТРАНСТВА
3.1.1 Размещение труб в трубной плите, определение диаметра греющей камеры
3.1.2 Внутренний диаметр греющей камеры выпарного аппарата
3.2 РАСЧЁТ ШТУЦЕРОВ
3.2.1 Условный диаметр штуцера для подачи водяного пара
3.2.3 Условный диаметр штуцера для подачи раствора
4. ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ
4.1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ В ТРУБНОМ ПРОСТРАНСТВЕ
4.1.1 Определение коэффициентов местных сопротивлений
4.1.2 Гидравлическое сопротивление в трубном пространстве
4.2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ В МЕЖТРУБНОМ ПРОСТРАНСТВЕ
4.2.1 Определение коэффициентов местных сопротивлений
5. МЕХАНИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ
5.1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТОЛЩИНЫ СТЕНКИ
5.1.1 Определение толщины стенки обечайки аппарата, работающей под внутренним давлением
5.1.2 Определение толщины эллиптической крышки (днища) аппарата
5.2 РАСЧЁТ ФЛАНЦЕВОГО СОЕДИНЕНИЯ
5.3 РАСЧЁТ ТРУБНОЙ РЕШЁТКИ
5.4 РАСЧЁТ ОПОР
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
ВВЕДЕНИЕ
Теплообменом называется процесс переноса теплоты, происходящий между телами, имеющими различную температуру. В результате передачи теплоты происходят: нагревание - охлаждение, парообразование - конденсация, плавление - кристаллизация. Теплообмен имеет важное значение для проведения процессов выпаривания, сушки, перегонки и др.
Движущей силой процесса теплообмена является разность температур.
Вещества и тела, участвующие в процессе теплообмена, называются теплоносителями. Теплоносители с более высокой температурой, отдающие теплоту в процессе теплообмена, называются горячим теплоносителем. Вещества с более низкой температурой, воспринимающие теплоту в процессе теплообмена, называются холодными теплоносителями.
Существует два основных способа проведения тепловых процессов: путем непосредственного соприкосновения теплоносителей и передачей тепла через стенку, разделяющую теплоносители.
При передаче тепла непосредственным соприкосновением теплоносителей обычно смешиваются друг с другом, что не всегда допустимо, поэтому способ применяется редко, хотя он проще в аппаратурном оформлении.
При передаче тепла через стенку теплоносители не смешиваются, и каждый из них движется по отдельному каналу; поверхность стенки, разделяющей теплоносители, используется для передачи тепла и называется поверхностью теплообмена и является основным расчетным конструктивным параметром теплообменных аппаратов (теплообменников).
Выпаривание - процесс концентрирования растворов твердых нелетучих веществ или мало летучих веществ путем частичного испарения растворителя при кипении жидкости.
В ряде случаев при выпаривании растворов твёрдых веществ достигается насыщение раствора; при дальнейшем удалении растворителя из такого раствора происходит кристаллизация, то есть выделение из него растворенного твёрдого вещества. Применяется для концентрирования растворов нелетучих веществ.
Получение высококонцентрированных растворов, практически сухих и кристаллических продуктов облегчает и удешевляет их перевозку и хранение.
В промышленности в большинстве случаев выпариваются водные растворы различных веществ.
Тепло для выпаривания можно подводить любыми теплоносителями, применяемыми при нагревании. Для нагрева выпариваемых растворов до кипения используют топочные газы, электрообогрев, но наибольшее применение находит водяной пар (характеризуется высоким коэффициентом теплоотдачи).
Выпаривание ведут как под атмосферным, так и под пониженным или повышенным давлением.
Используют в производстве минеральных удобрений, сахара, кормовых дрожжей. Также применяют при концентрировании водных растворов щелочей (едкое кали и едкий натр), солей.
Процесс выпаривания может производиться периодически или непрерывно. При периодическом выпаривании в аппарат заливается определенное количество раствора, который нагревается до кипения (период подогрева), после чего начинается процесс выпаривания (период испарения воды). В процессе выпаривания непрерывно повышаются концентрация и температура кипения раствора, так как последняя зависит от концентрации. По мере испарения воды уровень раствора в аппарате понижается. Выпаривание ведут до достижения заданной конечной концентрации раствора.
Понижение уровня раствора часто нарушает работу аппарата, поэтому описанный способ проведения процесса обычно видоизменяют следующим образом, начиная с момента закипания раствора, в аппарат непрерывно подают слабый раствор в таком количестве, чтобы уровень раствора не изменялся. При этом способе работы (выпаривание при постоянном уровне) получаемый в конце операции упаренный раствор занимает тот же объем, что и первоначально залитый в аппарат слабый раствор.
Процесс выпаривания может производиться периодически или непрерывно. При периодическом выпаривании в аппарат заливается определенное количество раствора, который нагревается до кипения (период подогрева), после чего начинается процесс выпаривания (период испарения воды). В процессе выпаривания непрерывно повышаются концентрация и температура кипения раствора, так как последняя зависит от концентрации. По мере испарения воды уровень раствора в аппарате понижается. Выпаривание ведут до достижения заданной конечной концентрации раствора.
Понижение уровня раствора часто нарушает работу аппарата, поэтому описанный способ проведения процесса обычно видоизменяют следующим образом, начиная с момента закипания раствора, в аппарат непрерывно подают слабый раствор в таком количестве, чтобы уровень раствора не изменялся. При этом способе работы (выпаривание при постоянном уровне) получаемый в конце операции упаренный раствор занимает тот же объем, что и первоначально залитый в аппарат слабый раствор.
Пленочные выпарные аппараты применяются только для непрерывной работы, они не содержат значительного объема раствора, который непрерывно протекает через аппарат, причем его концентрация и температура изменяются вдоль поверхности теплообмена.
При обслуживании выпарных аппаратов необходимо следить за поддержанием уровня жидкости на определенной высоте. В аппаратах периодического действия уровень жидкости регулируется подводом слабого раствора, а в аппаратах непрерывного действия - отводом упаренного раствора. Количество слабого раствора в аппаратах непрерывного действия поддерживается постоянным и регулируется в зависимости от концентрации упаренного раствора: если последняя понижается, то подачу слабого раствора надо уменьшить, и наоборот. Для отбора проб упаренного раствора на выпарных аппаратах устанавливают специальные пробные краны.
Процесс выпаривания сильно зависит от температуры, которая контролируется термометром, измеряющим температуру раствора в аппарате, манометры измеряют давление греющего и вторичного пара. Необходимый температурный режим устанавливается регулированием подачи греющего пара. Кроме того, при обслуживании выпарного аппарата следят за правильным отводом конденсата и неконденсирующихся газов. Конденсат отводится при помощи конденсатоотводчиков. Для отвода неконденсирующихся газов, содержащихся в греющем паре, в верхней части пространства для греющего пара имеется трубка, через которую эти газы непрерывно или периодически удаляются.
Периодически, по мере загрязнения поверхности теплообмена, выпарной аппарат останавливают для очистки. Очистка производится путем промывки или указанными выше способами.
Задание: Спроектировать трёхкорпусную выпарную установку для концентрирования GН = 1,75 кг/с водного раствора NаNO3 от начальной концентрации XН = 8% до конечной концентрации XК = 25%. W1 : W2 : W3 = 1 : 1.05 : 1.1
1. Обогрев производится водяным паром давлением Pr1 = 5 атм.
2. Давление в барометрическом конденсаторе PБК = 0,2 атм.
1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ
1.1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОВЕРНОСТИ ТЕПЛООБМЕНА ВЫПАРНЫХ АППАРАТОВ
Расчёт многокорпусных выпарных установок проводят методом последовательных приближений.
Первое приближение: Производительность установки по выпариваемой воде определяют из уравнений материального баланса:
W = Q* (1-XН/ХК) = 1,75*(1-8/25) = 1,19 кг/с [3, с. 87]
Расчёт концентраций упариваемого раствора: Принимают, что производительность каждого корпуса по выпариваемой воде определяется соотношением W1:W2:W3 = 1: 1,05 : 1,1 (такое распределение на основании практических данных). Тогда:
Рассчитывают концентрации раствора по корпусам:
Начальная концентрация раствора Хн = 8 %
Конечная концентрация раствора для корпуса 1 и начальная для корпуса 2:
Из 2 корпуса во 3 корпус переходит раствора:
Конечная концентрация раствора для корпуса 2 и начальная для корпуса 3:
Из 3 корпуса выходит раствора:
Конечная концентрация раствора для корпуса 3:
X3 соответствует заданной концентрации упаренного раствора XК.
Определение температур кипения растворов: В первом приближении общий перепад давлений в установке распределяют по корпусам поровну. выпарной теплопередача конденсация
Общий перепад давлений равен:
Pr1=5,05.105 Па
PБК=2,02.104 Па
PОБ= Pr1 - PБК = 5,05.105-2,02.104 = 4,848.105 Па
Тогда давление по корпусам равны:
Pr1 = 5,05.105 Па;
Pr2 = Pr1 - PОБ/3 = 5,05.105 - 4,848.105 /3 = 3,434.105 Па
Pr3 = Pr2 - PОБ/3 = 3,434.105 - 4,848.105 /3 = 1,818.105 Па
Давление пара в барометрическом конденсаторе:
PБК = Pr3 - PОБ/3 = 1,818.105 - 4,848.105 /3 = 2,02.104 Па
Это соответствует заданной величине PБК.
Температуры и удельные энтальпии греющих паров ([1] табл. LVII):
|
Давление, Па |
Давление, кгс/см2 |
Температура, оС. |
Удельная энтальпия пара, кДж/кг. |
Удельная энтальпия жидкости, кДж/кг |
|
|
Pr1 = 5,05.105 |
5,151 |
tr1 = 152,2 |
J1 = 2756 |
i1=639,7 |
|
|
Pr2 = 3,434.105 |
3,503 |
tr2 = 137,9 |
J2 = 2737 |
i2=580 |
|
|
Pr3 = 1,818.105 |
1,854 |
tr3 = 116,3 |
J3 = 2709 |
i3=483,6 |
|
|
PБК = 2,02.104 |
0,206 |
tБК = 59,7 |
JБК = 2607 |
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 (/), гидростатической (//) и гидродинамической (///) депрессий.
Гидродинамическая депрессия вызвана потерей давления паром на преодоление гидравлических сопротивлений трубопроводов при переходе из корпуса в корпус. Обычно в расчётах /// принимают равной 1,0 1,5 градуса на корпус. Примем /// для каждого корпуса по 10, тогда температуры вторичных паров в корпусах будут равны:
tв1 = tr2 + 1/// = 137,9 + 1,0 = 138,9 0С
tв2 = tr3 + 2/// = 116,3 + 1,0 = 117,3 0С
tв3 = tбк + 3/// = 59,7 + 1,0 = 60,7 0С
Сумма температурных потерь вследствие гидродинамических депрессий:
По температурам вторичных паров определим их давления.
|
Температура, оС |
Давление, кгс/см2 |
Давление, Па |
|
|
tВ1 = 138,9 |
3,577 |
PВ1 = 3,505.105 |
|
|
tВ2 = 117,3 |
1,862 |
PВ2 = 1,825.105 |
|
|
tВ3 = 60,7 |
0,2031 |
PВ3 = 1,99.104 |
Определение гидростатической депрессии. Давление в среднем слое кипящего раствора каждого корпуса определяется по уравнению:
PСР = PВ + H . . q . / 2,
где PВ - давление вторичного пара в корпусе, Па;
H - высота кипятильных труб в аппарате, м; - плотность кипящего раствора, кг.м3; - паронаполнение (объёмная доля пара в парожидкостной смеси), м3/м3.
По ГОСТу аппарата с естественной циркуляцией, соосной греющей камеры и кипением раствора в трубках (Тип 1, исполнение 1) имеют высоту кипятильных труб 4 и 5 м при диаметре труб dН = 38 мм и толщине стенки СТ = 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 NaNO3 [2] по корпусам при t = 20 0C:
|
Концентрация, % |
Плотность, кг/м3 |
|
|
Х1 = 10,1 |
с1 = 1067,76 |
|
|
Х2 = 14,1 |
с2 = 1098,16 |
|
|
Х3 = 25 |
с3= 1181 |
1 корпус. Давление в среднем слое кипятильных труб:
2 корпус. Давление в среднем слое кипятильных труб:
3 корпус. Давление в среднем слое кипятильных труб:
Этим давлениям соответствуют следующие температуры кипения и теплоты испарения растворителя [1]:
|
Давление, Па |
Температура, оС |
Теплота испарения, кДж/кг |
|
|
P1СР = 3,6096 . 105 |
t1СР = 139,73 |
rВ1 =2150,51 |
|
|
P2СР = 1,9326 . 105 |
t2СР = 119,138 |
rВ2 =2209,26 |
|
|
P3СР = 3,1474. 104 |
t3СР = 70,509 |
rВ3 =2331,68 |
Гидростатическая депрессия по корпусам:
1// = t1СР - tв1 = 0,83 0C
2// = t2СР - tв2 = 1,84 0C
3// = t3СР- tв3 = 9,8 0C
Сумма гидростатических депрессий равна:
Температурная депрессия / определяется по уравнению:
где T - температура паров в среднем слое кипятильных труб, K,
ra- теплота испарения, кДж/кг,
- температурная депрессия при атмосферном давлении [2] (см. приложение № 3).
Температуры кипения водных растворов NH4NO3 при атмосферном давлении ( [1] табл. XXXVI):
|
Концентрация, % |
0С |
|
|
Х1 = 10,1 |
1,214 |
|
|
Х2 = 14,1 |
1,774 |
|
|
Х3 = 25 |
3,55 |
Тогда температурная депрессия по корпусам равна:
Сумма температурных депрессий равна:
Температуры кипения раствора по корпусам:
Полезные разности температур по корпусам:
tП1 = tг1 - tК1 = 152,2 - 141,29 = 10,91 оС
tП2 = tг2 - tК2 = 137,9 - 121,14 = 16,76 оС
tП3 = tг3 - tК3 = 116,3 - 73,41 = 42,89 оС
Суммарная полезная разность температур:
tп =tП1 + tП2 + tП3 = 10,91 + 16,76 + 42,89 = 70,56 оС
Проверка суммарной полезной разности температур:
tп = tг1 - tБК1 - (/ + // + ///) = 152,2 - 59,7 - (6,47 + 12,47 + 3) = 70,56
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 = D.(JГ1 - i1) = 1,03.[GН.cН.(tК1 - tК) + щ1.(JВ1 - cВ.tК1) + Q1 КОНЦ];
Q2 = щ1.(JГ2 - i2) = 1,03.[(GН - щ1).с1.(tК2 - tК1) + щ2.(JВ2 - cВ.tК2) + Q2 КОНЦ];
Q3 = щ2.(JГ3 - i3) = 1,03.[(GН - щ1 - щ 2).c2.(tК3 - tК2) + щ3.(JВ3 -cВ.tК3) + Q3 КОНЦ];
щ = щ 1 + щ 2 + щ 3.
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; J1, J2, J3 энтальпии греющих паров по корпусам кДж/кг;
JВ1, JВ2, JВ3 - энтальпии вторичных паров по корпусам кДж/кг;
При решении уравнения баланса можно принимать, что
JВ1 JГ2; JВ2 JГ3; JВ3 JБК;
i1, i2, i3 - энтальпии конденсата по корпусам, кДж/кг;
cВ - теплоёмкость воды кДж/кг . К;
cН, c2, c3 - теплоёмкость раствора начальной концентрации в первом корпусе и втором корпусе, соответcтвенно, кДж/кг , К, [3];
Q1 КОНЦ, Q2 КОНЦ, Q3 КОНЦ - теплота концентрирования по корпусам, кВт; tн - температура кипения исходного раствора при давлении в 1-ом корпусе, оС.
|
Концентрация, % |
Теплоёмкость растворов, кДж/(кг.0С) |
|
|
Х1 = 10,1 |
сн = 3,767 |
|
|
Х2 = 14,1 |
с1 = 3,599 |
|
|
Х3 = 25 |
с2= 3,143 |
Температура кипения исходного раствора при атмосферном давлении: Хн = 8 %
Температурная депрессия при атмосферном давлении:
Температурная депрессия:
Температура кипения исходного раствора при давлении в 1-м корпусе:
Теплоёмкость воды t = 20 0С св = 4,19 кДж/(кг.0С) [1] табл. XXXIX.
Решаем систему уравнений:
D.(2756-639,7)=1,03.[1,75.3,767.(141,29-140,07)+щ1.(2737-4,19.141,29)];
щ1.(2737-580) =1,03.[(1,75-щ1).3,599.(121,14-141,29)+щ2.(2709-4,19.121,14)];
щ2.(2709-483,6)=1,03.[(1,75-щ1-щ2).3,143.(73,41-121,14)+щ3.(2607-4,19.73,41)];
щ1 + щ2 + щ3 = 1,19
2116,3D+2209,34щ1=8,284;
2157щ1-2267,47щ2=130,72;
-154,52щ1+2070,88щ2-2368,39щ3=-260,4;
щ1 + щ2 + щ3 = 1,19
Составим матрицу и решим методом Крамера:
Производительности по выпариваемой воде:
щ1 = 0,426 кг/с
щ2 = 0,362 кг/с
щ3 = 0,402 кг/с
Расход греющего пара и тепловые нагрузки по корпусам:
D = 0,449 кг/с
Q1 = D.(2756-639,7)= 0,449.(2756-639,7)= 950,22 кВт
Q2 = щ1.(2737-580)= 0,362.(2737-580)= 780,83 кВт
Q3 = щ2.(2709-483,6)= 0,402.(2709-483,6)= 894,61 кВт
Наибольшее отклонение вычисленных нагрузок по испаряемой воде в каждом корпусе от предварительно принятых не превышает 5%, поэтому в дальнейших расчётах не производим пересчёт концентраций и температур кипения растворов по корпусам.
Полученные величины сводим в таблицу:
|
№ |
Наименование параметра |
1-й корпус |
2-й корпус |
3-й корпус |
|
|
1 |
Производительность по упариваемой воде, W, кг/с. |
0,426 |
0,362 |
0,402 |
|
|
2 |
Концентрация растворов, X, % |
10,1 |
14,1 |
25 |
|
|
3 |
Давление греющих паров,PГ, Па |
5,05 . 105 |
3,434 . 105 |
1,818 . 105 |
|
|
4 |
Температура греющих паров, tГ, ОC |
152,2 |
137,9 |
116,3 |
|
|
5 |
Температура кипения раствора, , tК, ОC |
141,29 |
121,14 |
73,41 |
|
|
6 |
Полезная разность температур, tП, град. |
10,91 |
16,76 |
42,89 |
Выбор конструкционного материала: Выбираем конструкционный материал, стойкий в среде кипящего раствора NаNO3 в любом интервале изменения концентраций [3]. В этих условиях химически стойкой является сталь марки Х18Н10Т, имеющая скорость коррозии менее 0,1 мм в год, коэффициент теплопроводности СТ = 25,1 Вт/м . К.
1.2 РАСЧЁТ КОЭФФИЦИЕНТОВ ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ
1.2.1 Расчёт коэффициента теплопередачи в первом корпусе
сопротивление загрязнений со стороны пара.
Коэффициент теплоотдачи от конденсирующегося пара 1 к стенке [1] равен
где r1 - теплота конденсации греющего пара, Дж/кг;
Ж1, плотность (кг/м2), лж= теплопроводность (Вт/м.К), мж -вязкость (Па) конденсата при средней температуре плёнки, соответственно, tПЛ = tГ1 - t1/2
t1 - разность температур конденсации пара и стенки, град..
Расчёт 1 ведут методом последовательных приближений.
1.2.2 Теплоотдача при конденсации пара на вертикальной поверхности
Примем разность температур конденсации пара и стенки Дt1 = 0,924 0C
Физические свойства конденсата водяного пара
|
№ |
Наименование параметра |
1-й корпус |
2-й корпус |
3-й корпус |
|
|
1 |
Температура греющих паров, tГ, ОC |
152,2 |
137,9 |
116,3 |
|
|
2 |
Теплота конденсации греющего пара rг, Дж/кг |
2113000 |
2156000 |
2217000 |
|
|
3 |
Средняя температура плёнки tпл = tг- Дt1/2, 0С |
150,572 |
136,272 |
114,672 |
|
|
4 |
Плотность конденсата сж, кг/м3 |
915,3 |
928,34 |
943,36 |
|
|
5 |
Теплопроводность конденсата лж, Вт/(м . К) |
0,684 |
0,685 |
0,686 |
|
|
6 |
Вязкость конденсата мж . 103, Па.с |
0,183 |
0,2 |
0,242 |
Коэффициент теплоотдачи при конденсации пара на вертикальной поверхности:
1.2.3 Теплоотдача от стенки к кипящему раствору для пузырькового кипения в вертикальных кипятильных трубках
Физические свойства раствора NаNO3 в условиях кипения
|
№ |
Наименование параметра |
1-й корпус |
2-й корпус |
3-й корпус |
Лит-ра |
|
|
1 |
Температура кипения раствора tк, ОC |
141,29 |
121,14 |
73,41 |
||
|
2 |
Концентрация раствора х, % |
10,1 |
14,1 |
25 |
||
|
3 |
Теплопроводность раствора л, Вт/(м.К) |
0,6629 |
0,66187 |
0,6394 |
[6] |
|
|
4 |
Плотность раствора с, кг/м3 |
1067,76 |
1098,16 |
1181 |
[3] |
|
|
5 |
Теплоёмкость раствора с, Дж/(кг. К) |
4009 |
3736 |
3220 |
[3] |
|
|
6 |
Вязкость раствора м . 103, Па.с |
0,015 |
0,215 |
0,4615 |
[9] |
|
|
7 |
Поверхностное натяжение раствора у, Н/м |
0,0729 |
0,0738 |
0,076776 |
[8,9] |
|
|
8 |
Теплота парообразования раствора rв, Дж/кг |
2143000 |
2203000 |
2322000 |
[1] |
|
|
9 |
Плотность водяного пара, кг/м3 |
1,838 |
1,005 |
0,124 |
[1] |
|
|
10 |
Плотность водяного пара при атмосферном давлении, кг/м3 |
0,588 |
0,588 |
0,588 |
[1] |
МВП = 18 кг/кмоль
tСТ = 1 . t1 . / = 7,492 OC
Тогда
t2 = tП1 - tСТ - t1 = 0,092 OC
Коэффициент теплоотдачи от стенки к кипящему раствору для режима пузырькового кипения в вертикальных пузырьковых трубках при условии естественной циркуляции раствора [7] равен:
q1 = 1 . t1 = 26170 Вт/м2
q2 = 2 . t2 = 26170,576 Вт/м2
Коэффициент теплопередачи:
1.2.4 Расчёт коэффициента теплопередачи во 2-ом корпусе
Примем разность температур конденсации пара и стенки Дt1 = 5,45 0C
tСТ = 1 . t1 . / = 10,955 OC
t21 = tП2 - tСТ - t1 = 0,111 OC
q1 = 1 . t1 = 38265,7 Вт/м2
q2 = 2 . t2 = 38265,1 Вт/м2
1.2.5 Расчёт коэффициента теплопередачи в 3-ем корпусе
Примем разность температур конденсации пара и стенки Дt1 = 16,74 0C
tСТ = 1 . t1 . / = 24,808 OC
t2 = tП3 - tСТ - t1 = 0,192 OC
q1 = 1 . t1 = 86651,2 Вт/м2
q2 = 2 . t2 = 86651,9 Вт/м2
1.2.6 Распределение полезной разности температур
Из условия равенства поверхностей теплопередачи корпусов выпарной установки, отношения тепловой нагрузки к коэффициенту теплопередачи:
Полезные разности температур:
Поверхности теплопередачи выпарных аппаратов:
Сравнение распределённых и рассчитанных значений полезных разностей температур.
|
Корпуса |
1 |
2 |
3 |
|
|
Распределённые в 1-ом приближении tП,0С |
22,05 |
22,22 |
26,32 |
|
|
Рассчитанные tП, 0С |
10,91 |
16,76 |
42,89 |
Расход греющего пара: D = 0,449 кг/с
1.3 УТОНЧЁННЫЙ РАСЧЁТ ПОВЕРХНОСТИ ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ
Второе приближение
Расчёт коэффициента теплопередачи для 1-го корпуса
|
№ |
Параметры |
1 корпус |
2 корпус |
3 корпус |
|
|
1 |
Производительность по выпаренной воде, W, кг/c |
0,426 |
0,362 |
0,402 |
|
|
2 |
Концентрация растворов X, % |
10,1 |
14,1 |
25 |
|
|
3 |
Температура пара, греющего 1 корпус tГ, оC |
152,2 |
- |
- |
|
|
4 |
Полезная разность температур tП, оC |
22,05 |
22,22 |
26,32 |
|
|
5 |
Температура кипения раствора, tК=tГ-tП, оC |
130,15 |
104,54 |
73,38 |
|
|
6 |
Температура вторичного пара, tВ=tК-(/+//), оC |
127,76 |
100,7 |
60,7 |
|
|
7 |
Энтальпия вторичного пара Iвп, кДж/кг |
2723 |
2681 |
2610 |
|
|
7 |
Давление вторичного пара PВ, Па |
2,612.105 |
1,086.105 |
0,21.104 |
|
|
8 |
Температура греющего пара, tГ= tВ-///, оC |
- |
126,76 |
99,7 |
Тепловые нагрузки по корпусам:
Q1 = 1,03. [GН . cН . (tk1 - tв1) +щ1 . (Iвп1 - cВ . tk1)] = 11831 кВт
Q2 = 1,03. [(GН - щ1) . с1 . (tk2 - tk1) + щ2 . (Iвп2 - cВ . tk2)] =1057 кВт
Q3 = 1,03. [(GН - щ1 - щ 2) . c2 . (tk3 - tk1) + щ3 . (Iвп3 -cВ . tk3)] = 1301 кВт
1.3.1 Теплоотдача при конденсации пара на вертикальной поверхности
В первом приближении примем разность температур конденсации пара и стенки Дt1 = 4,84 0C
Физические свойства конденсата водяного пара
|
№ |
Наименование параметра |
1-й корпус |
2-й корпус |
3-й корпус |
|
|
1 |
Температура греющих паров, tГ, ОC |
152,2 |
126,76 |
99,7 |
|
|
2 |
Теплота конденсации греющего пара rг, Дж/кг |
2113000 |
2188000 |
2259000 |
|
|
3 |
Средняя температура плёнки tпл = tг- Дt1/2, 0С |
149,781 |
124,736 |
97,905 |
|
|
4 |
Плотность конденсата сж, кг/м3 |
915,3 |
937,676 |
958,123 |
|
|
5 |
Теплопроводность конденсата лж, Вт/(м . К) |
0,684 |
0,686 |
0,683 |
|
|
6 |
Вязкость конденсата мж . 103, Па.с |
0,183 |
0,218 |
0,283 |
Коэффициент теплоотдачи при конденсации пара на вертикальной поверхности:
(3, с. 90)
1.3.2 Теплоотдача от стенки к кипящему раствору для пузырькового кипения в вертикальных кипятильных трубках
Физические свойства раствора NаNO3 в условиях кипения
|
№ |
Наименование параметра |
1-й корпус |
2-й корпус |
3-й корпус |
Литература |
|
|
1 |
Температура кипения раствора tк, ОC |
130,15 |
104,54 |
73,38 |
||
|
2 |
Концентрация раствора х, % |
10,1 |
14,1 |
25 |
||
|
3 |
Теплопроводность раствора л, Вт/(м.К) |
0,6629 |
0,66187 |
0,6394 |
[6] |
|
|
4 |
Плотность раствора с, кг/м3 |
1023,3 |
1057,396 |
1182,4 |
[3] |
|
|
5 |
Теплоёмкость раствора с, Дж/(кг. К) |
4009 |
3736 |
3220 |
[3] |
|
|
6 |
Вязкость раствора м . 103, Па.с |
0,015 |
0,215 |
0,4615 |
[9] |
|
|
7 |
Поверхностное натяжение раствора у, Н/м |
0,0729 |
0,0738 |
0,076776 |
[8,9] |
|
|
8 |
Теплота парообразования раствора rв, Дж/кг |
2171000 |
2247000 |
2322000 |
[1] |
|
|
9 |
Плотность водяного пара, кг/м3 |
1,377 |
0,611 |
0,129 |
[1] |
|
|
10 |
Плотность водяного пара при атмосферном давлении, кг/м3 |
0,588 |
0,588 |
0,588 |
[1] |
МВП = 18 кг/кмоль
tСТ = 1 . t1 . / = 10,046 OC
Тогда
t2 = tП1 - tСТ - t1 = 6,701 OC
Коэффициент теплоотдачи от стенки к кипящему раствору для режима пузырькового кипения в вертикальных пузырьковых трубках при условии естественной циркуляции раствора [7] равен:
q1 = 1 . t1 = 35089,6 Вт/м2
q2 = 2 . t2 = 35098,2 Вт/м2
Коэффициент теплопередачи:
1.3.3 Расчёт коэффициента теплопередачи во 2-ом корпусе
Примем разность температур конденсации пара и стенки Дt1 = 4,86 0C
tСТ = 1 . t1 . / = 9,871 OC
t21 = tП2 - tСТ - t1 = 7,021 OC
q1 = 1 . t1 = 31479,4 Вт/м2
q2 = 2 . t2 = 34480,1 Вт/м2
1.3.4 Расчёт коэффициента теплопередачи в 3-ем корпусе
Примем разность температур конденсации пара и стенки Дt1 = 6,0188 0C
tСТ = 1 . t1 . / = 11,035 OC
t2 = tП3 - tСТ - t1 = 8,711 OC
q1 = 1 . t1 = 38543,6 Вт/м2
q2 = 2 . t2 = 38,542,7 Вт/м2
1.3.5 Распределение полезной разности температур
Из условия равенства поверхностей теплопередачи корпусов выпарной установки, отношения тепловой нагрузки к коэффициенту теплопередачи:
Полезные разности температур:
Поверхности теплопередачи выпарных аппаратов:
Сравнение распределённых и рассчитанных значений полезных разностей температур.
|
Корпуса |
1 |
2 |
3 |
|
|
Распределённые в 1-ом приближении tП,0С |
22,05 |
22,22 |
26,32 |
|
|
Распределённые в 2-ом приближении tП,0С |
22,68 |
20,77 |
27,1 |
Расход греющего пара:
D = 0,459 кг/с
По ГОСТ 11987-81 выбираем выпарной аппарат со следующими характеристиками: Выпарной аппарат с естественной циркуляцией и вынесенной греющей камерой [ тип 1, исполнение 2]:
|
Номинальная поверхность теплообмена, м2 |
FН = 40 |
|
|
Диаметр труб, мм |
d = 38 x 2 |
|
|
Высота труб H = l, мм |
H = 4000 |
|
|
Диаметр греющей камеры dК = D, мм |
dК = 600 |
|
|
Диаметр сепараторов dС = D1, мм |
dС = 1200 |
|
|
Диаметр циркуляционной трубы dц = D2, мм |
dц = 400 |
|
|
Общая высота аппарата НА = Н, мм |
HА = 12500 |
|
|
Масса аппарата, кг |
MА = 4700 |
1.4 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТОЛЩИНЫ ТЕПЛОВОЙ ИЗОЛЯЦИИ
Температура изоляции со стороны окружающей среды; для аппаратов, работающих в закрытом помещении, выбирается в интервале 35-45 0С:
tст2 = 40 0С
Коэффициент теплоотдачи от внешней поверхности изоляционного материала в окружающую среду:
бв = 9,3 + 0,058 . tст2 = 9,3+0,058. 40 = 11,62 Вт/(м2.К)
Температура изоляции со стороны аппарата и равна температуре греющего пара
tст1 = tг1 = 152,2 0С
Температура окружающей среды (воздуха):
tв = 20 0С
Выберем в качестве материала для тепловой изоляции: совелит.
Коэффициент теплопроводности и изоляционного материала:
ли = 0,09 Вт/( м2.К)
Толщина тепловой изоляции для 1-ого корпуса:
(3, с. 93)
Принимаем толщину тепловой изоляции для всех корпусов: 43 мм
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.
2.1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСХОДА ОХЛАЖДАЮЩЕЙ ВОДЫ
Температура воды на выходе из конденсатора
tК = tбк - 3 = 59,7 - 3,0 = 56,7 ОC
Теплоёмкость воды:
св = 4,19 кДж/кг
Расход охлаждающей воды:
2.2 РАСЧЁТ ДИАМЕТРА БАРОМЕТРИЧЕСКОГО КОНДЕНСАТОРА
Скорость паров воды:
х = 15 м/с
Плотность паров воды:
[1, с. 10]
Диаметр барометрического конденсатора:
Стандартный диаметр барометрического конденсатора:
dбк = 0,8 м [3, Прил. 5, с. 101]
2.3 РАСЧЁТ ВЫСОТЫ БАРОМЕТРИЧЕСКОЙ КОНДЕНСАТОРА
Диаметр барометрической трубы:
dбт = 0,3 м [3, Прил. 5, с. 101]
Плотность воды:
св = 828,025 кг/м3 tК = 56,7 ОC [1, т. XXXIX, с. 520]
Динамический коэффициент вязкости воды:
мв = 1,482.10-6 Па.с tК = 56,7 ОC [1, т. XXXIX, с. 520]
Скорость воды в барометрической трубе:
Вакуум в барометрическом конденсаторе
В = Ратм - Рбк = 9,8.104 + 2,02.104 = 7,78.104 Па
Коэффициенты местных сопротивлений на входе и на выходе из трубы:
овх = 0,5 овых = 1
Сумма коэффициентов местных сопротивлений
Критерий Рейнольдса
Коэффициент трения для гидравлически гладких труб:
= 0,013
Высота барометрической трубы:
2.4 РАСЧЁТ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ВАКУУМ-НАСОСА
Производительность вакуум-насоса GВ определяется количеством несконденсированного газа (воздуха), который необходимо удалять из барометрического конденсатора.
Температура воздуха:
tвозд = tН + 4 + 0,1 . (tК - tН) = 20 + 4 + 0.1 . (56,7 - 20) = 27,67 ОС.
Pn - давление сухого насыщенного пара
Pn = 3,741.103 Па tвозд = 26,67 ОС, Па. [1, т. LVI, с. 531]
Давление воздуха:
Pвозд = Pбк - Pn,
Pвозд = 2,02 . 104 - 3,741 . 103 = 1,646 . 104 Па.
Объёмная производительность вакуум-насоса:
Подбираем вакуум-насос типа ВВН - 3 с мощностью вала N = 6,5 кВт
[3, Прил. 6, с. 101]
3. КОНСТРУКТИВНЫЙ РАСЧЁТ
3.1 РАСЧЁТ ПРОТОЧНОЙ ЧАСТИ ТРУБНОГО ПРОСТРАНСТВА
Расчётная площадь поверхности теплообмена:
(1, с. 165)
Длина труб:
l=4 м
Число труб:
(6, с. 226)
3.1.1 Размещение труб в трубной плите, определение диаметра греющей камеры
Шахматное расположение труб в трубной плите
(в вершинах шестиугольника (равностороннего треугольника б=60 0)) (3, с. 96)
3.1.2 Внутренний диаметр греющей камеры выпарного аппарата
Шаг между трубами от 1,2 до 1,5 dн
t = kdн = 1,265.0,038 =0,048 м
Коэффициент использования площади трубной решётки:
ш = 0,7
Расчётный диаметр греющей камеры выпарного аппарата:
м (6, с. 226)
Стандартный диаметр греющей камеры выпарного аппарата:
D = 0,6 м
Выбор крышки (днища) аппарата:
По диаметру греющей камеры м, выбираем эллиптическую крышку с отбортовкой
Днище 600 х 8 - 40 - Х18Н10Т 6533-68 (2, т. 16.1, с. 440)
Высота днища hдн = Dст /4 = 150 мм (2, рис. 16.1, с. 439)
3.2 РАСЧЁТ ШТУЦЕРОВ
Для капельных жидкостей, движущихся самотёком скорость = от 0,2 до 1 м/с (4, с. 98)
щж = 0,9 м/с (3, с. 10)
Для газов, движущихся под давлением больше 105 Па скорость = от 15 до25 м/с
р = 5,05.105 > 105 (4, с. 98)
щг = 20 м/с (3, с. 10)
3.2.1 Условный диаметр штуцера для подачи водяного пара
Вход в межтрубное пространство: пар
Молекулярная масса: Мв.п = 18 кг/кмоль
Рабочая температура:
Т = 273 + tг1 = 273 + 152,2 = 452,2 К
Давление при нормальных условиях:
Р0 = 0,098 МПа
Плотность пара при условиях в выпарном аппарате: Рв.п = р
(1, с. 10)
Расчётный условный диаметр штуцера:
Gr.n = 0,56 кг/с
(3, с. 10)
Стандартный условный диаметр штуцера: d1г = 0,2 м
Выход из межтрубного пространства: жидкость
Расчётный условный диаметр штуцера:
(3, с. 10)
Стандартный условный диаметр штуцера:
d2ж = 0,032 м
3.2.3 Условный диаметр штуцера для подачи раствора
Вход в трубное пространство: жидкость
Расчётный условный диаметр штуцера:
(3, с. 10)
Стандартный условный диаметр штуцера:
d3ж = 0,065 м
Выход из трубного пространства: жидкость
Расчётный условный диаметр штуцера:
(3, с. 10)
Стандартный условный диаметр штуцера:
d4ж = 0,065 м
Размеры штуцеров:
|
Dу |
dн |
Dф |
Dб |
dб |
h |
z |
||
|
мм |
шт |
|||||||
|
d1г |
200 |
219 |
315 |
280 |
16 |
15 |
8 |
|
|
d2ж |
32 |
38 |
120 |
90 |
12 |
13 |
4 |
|
|
d3ж |
65 |
76 |
160 |
130 |
16 |
13 |
4 |
|
|
d4ж |
65 |
108 |
205 |
170 |
16 |
11 |
4 |
4. ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ
4.1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ В ТРУБНОМ ПРОСТРАНСТВЕ
Число ходов: z = 1
4.1.1 Определение коэффициентов местных сопротивлений
Входной штуцер:
о тр1= 1,5
Выходной штуцер:
отр1 = 1,5
Поворот на 1800 между ходами:
о `тр2= 2,5
Количество поворотов:
n = z-1 = 0
о тр2 = n
о `тр2 = 0
Вход в трубы или выход из них:
о `тр3= 1; n = 2z = 2; о тр3 = n; о `тр3 = 2
Скорость в трубах:
Скорость в штуцерах: dт.ш = 0,1 м
Высота выступов шероховатостей: Д = 0,0002 м
Относительная шероховатость труб:
e = Д/dв = 0,0002/0,034 = 0,00588
Критерий Рейнольдса:
мт = 0,535.10-3 Па.с
Коэффициент трения:
4.1.2 Гидравлическое сопротивление в трубном пространстве
4.2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ В МЕЖТРУБНОМ ПРОСТРАНСТВЕ
Число сегментных перегородок: х = 0
4.2.1 Определение коэффициентов местных сопротивлений
Входной штуцер: о м1= 1,5
Выходной штуцер: ом1 = 1,5
Поворот на 180 0 между ходами:
о `м2= 1,5; о м2 = n
о `м2 = 0
Количество поворотов: n = x = 0
Площадь самого узкого сечения в межтрубном пространстве:
Sм = 0,16 м2
Скорость в межтрубном пространстве:
Скорость во входном штуцере: dм.ш = 0,2 м
Скорость в выходном штуцере: dм.ш = 0,05 м
Число рядов труб:
Критерий Рейнольдса:
Гидравлическое сопротивление в межтрубном пространстве:
5. МЕХАНИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ
5.1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТОЛЩИНЫ СТЕНКИ
5.1.1 Определение толщины стенки обечайки аппарата, работающей под внутренним давлением
Выбираем хромоникелевую сталь Х18Н10Т ГОСТ 5632-72
Наибольшая температура среды в аппарате:
tc = t = 152,2 0C
Расчётная температура стенки:
t = max(tc; 20 0C) = 152,2 0C
Допускаемое напряжение на растяжение:
[у] = 137,6 МПа (3, рис. IV. 1, с. 76)
Рабочее давление:
р = 0,505 МПа
Коэффициент прочности продольных сварных швов, при 100% контроле длины шва:
цш = 0,95 - Ручная дуговая электросварка (3, с. 77)
Проницаемость среды в материале (скорость коррозии):
П = 0,1 мм/год (3, с. 76)
Срок службы аппарата:
фк = 10 лет (3, с. 76)
Прибавка к расчётной толщине стенки для компенсации коррозии:
ск = П. фк = 1.10-3 м (3, с. 76)
Расчётная толщина стенки цилиндрической обечайки: ц = цш = 0,95
[у]/р = 137,6/0,505 = 272,475 ? 25 - условие соблюдается (2, т. 15.6, с. 413)
(3, с. 76)
Исполнительная толщина стенки цилиндрической обечайки:
(3, с. 113, 112) (2, т. 16.2, с. 443)
Проверка:
? 0,1 (3, с. 77)
условие соблюдается
Допускаемое давление:
(2, с. 414)
p/[p] = 0,581 ? 1 (3, с. 77)
Прочность обеспечена
5.1.2 Определение толщины эллиптической крышки (днища) аппарата
Штуцер Л с условным диаметром d0 = 0,025 м
Коэффициент, учитывающий ослабление днища отверстиями:
Если , ц0 ? цш то ц = ц0 = 0,958
Если, ц0 > цш то ц = цш = 0,95
Расчётная толщина стенки крышки (днища):
[у]/р = 137,6/0,505 = 272,475 ? 25 - условие соблюдается (2, т. 16.12, с. 453)
(3, с. 77)
Исполнительная толщина стенки цилиндрической обечайки:
(3, с. 113, 112) (2, т. 16.2, с. 443)
Проверка:
? 0,1 (3, с. 77)
Условие соблюдается
Допускаемое давление:
(2, с. 414)
p/[p] = 0,58 ? 1 (3, с. 77)
Прочность обеспечена
Выбираем одинаковую толщину стенки обечайки, днища и крышки аппарата:
д = 0,003 м
5.2 РАСЧЁТ ФЛАНЦЕВОГО СОЕДИНЕНИЯ
Выбираем фланец - с прокладкой прямоугольного сечения между плоскими поверхностями; среда - инетрная малоагрессивная; рс = 2,5 МПа; tc = 540 0С; тип обтюрации 1.
Диаметр болтовой окружности фланцев:
D'б = (1,1Ї1,2)D0,933 (3, с. 78)
Dб = 1,1.0,60,933 = 0,683 м
Катет сварного шва: кш = д = 0,003 м
Наружный диаметр обечайки:
Dн = D + 2д = 0,606 м
Наружный диаметр сварного шва на фланце:
Dг = Dн + 2кш = 0,612 м
Расчётный диаметр болтов:
d'б = (Dб - Dг)/2-0,006 = 0,029 м
Стандартный диаметр болтов:
dб = 0,03 м (2, т. 21.1, с. 538)
Площадь сечения выбранного болта по внутреннему диаметру резьбы:
Fб = 0,000509 м2 (2, т. 21.1, с. 538)
Наружный диаметр фланцев:
D'ф= Dб + (1,8Ї2,5)dб = 0,683 + 2.0,036= 0,755 м
Выбираем наружный диаметр фланцев:
Dф = 0,755 м
Нормативный параметр (выбираем конструктивно):
е = 0,034 м
Наружный диаметр прокладки:
Dн.п = Dб - е = 0,649 м
Выбираем прокладку из паронита тип 1 (2, т. 20.2, с. 515)
Действительная ширина прокладки:
b = 0,013 м (2, т. 20.5, с. 519)
Средний диаметр прокладки:
Dс.п = Dн.п - b = 0,636 м (2, с. 529)
Эффективная ширина прокладки: (2, т. 20.27, с. 528)
если b ? 15 мм, то bэ = b = 0,013 м
если b > 15 мм, то bэ = 0,12b0,5= 0,014 м
Коэффициент:
k = 2,5 паронит, асбестовый картон, фторопласт (2, т. 20.28, с. 528)
Расчётная сила осевого сжатия прокладки прямоугольного сечения:
Рп = рDс.пbэkp = 0,033 МН (3, с. 78) (2, с. 518)
Расчётное растягивающее усилие в болтах при рабочих условиях: (3, с. 78)
Количество болтов:
(количество болтов д.б. кратным 4)
Приведённая нагрузка на фланец при рабочих условиях:
0,105 МН
Предел текучести выбранной стали:
уТ = 250 МПа (2, т. 2.18, с. 97)
Коэффициенты:
ш1 = 1,088 Dф/D = 1,258 (3, рис. IV.2, с. 79)
ш2 = 5,1 (3, рис. IV.2, с. 79)
Вспомогательная величина:
Ф = (Р/уТ) ш1 = 4,581.10-4 м2 (3, с. 78)
Вспомогательная величина:
А = 2ш2д2 = 9,18.10-5 м2 (3, с. 78)
Расчёт высоты (толщины) фланца:
если 1,13А = 1,037 .10-4 м2 ? Ф = 4,581.10-4 м2 то (3, с. 79)
Высота (толщина) фланца:
Получаем расчётный фланец со следующими размерами:
|
ру, МПа |
Dв |
Dф |
Dб |
Dн.п |
h |
dб |
z |
|
|
мм |
шт |
|||||||
|
0,505 |
600 |
755 |
683 |
649 |
26 |
M 30 |
4 |
Выбираем стандартный фланец со следующими размерами: (2, т. 21.12, с. 554)
|
ру, МПа |
Dв |
Dф |
Dб |
h |
dб |
z |
|
|
мм |
шт |
||||||
|
0,505 |
600 |
730 |
690 |
22 |
M 20 |
24 |
5.3 РАСЧЁТ ТРУБНОЙ РЕШЁТКИ
р1 = 0,505 МПа
р2 = 0,361МПа
Выбираем большее из давлений в выпарном аппарате:
р = 0,505 МПа
Расстояние между центрами отверстий в трубной решётки:
t = 0,048 м (3, с. 96)
Коэффициент ослабления трубной решётки отверстиями:
(2, с. 413)
Коэффициент: К = 0,45 (3, с. 80)
Расчётная толщина трубной решётки: (3, с. 80)
0,037 м
Выбираем толщину трубной решётки:
h = h'+cокр = 37.10-3 м > 37мм
5.4 РАСЧЁТ ОПОР
Масса аппарата:
m = 4700 кг (3, Прил. 2, с. 97)
Вес аппарата:
Ga = mg = 4,606.104 H
Площадь аппарата:
0,283 м2
Вес аппарата наполненного водой:
1,014.104 H
Максимальный вес аппарата:
G = Gа+Gг = 5,62.104 H (3, с. 80)
Число лап: n = 4
Выбираем опору VIII тип 1 исполнение Б со следующими размерами (2, т. 29.2, с. 673)
|
G/n.102, МН |
L |
L1 |
L2 |
B |
B1 |
B2 |
H |
h |
dб |
a |
a1 |
b1 |
s |
L3 |
H1 |
|
|
1,405 |
140 |
160 |
130 |
155 |
110 |
115 |
230 |
20 |
М 20 |
25 |
40 |
90 |
8 |
200 |
330 |
Вылет лап:
l = B = 0,155 м
Высота лап:
h = H = 0,23 м (3, с. 80)
Число рёбер в одной лапе:
z = 2
Допускаемое напряжение на сжатие:
ус.д = 100 МПа (3, с. 80)
Коэффициент:
к = 0,25 (3, рис. IV.5, с. 79)
Расчётная толщина ребра: (3, с. 79)
5,061.10-3
Исполнительная толщина ребра:
(2, т. 29.2, с. 673)
Отношение:
l/д = 19,4
Общая длина сварного шва:
Lш = 4(h+д) = 0,952 м (3, с. 80)
Катет сварного шва:
hш = 0,008 м (3, с. 80)
Допускаемое напряжение материала шва на срез:
фш.с = 80 МПа (3, с. 80)
Прочность сварного шва: (3, с. 80)
G/n = 0,056/4 = 0,014 МН ? 0,7. Lш. hш .фш.с = 0,426 МН
прочность обеспечена
ЗАКЛЮЧЕНИЕ...
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 27.12.2010Определение 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 13.01.2015Производительность 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 19.01.2014Классификация теплообменных аппаратов. Расчёт гидравлического сопротивления теплообменника. Расчет холодильника первой ступени. Вычисление средней разности температур теплоносителей. Расчет конденсатора паров толуола и поверхности теплопередачи.
курсовая работа [688,1 K], добавлен 17.11.2009Классификация 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 27.02.2015Предварительное 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 14.03.2012Определение тепловой нагрузки теплообменника, средней разности температур, коэффициента теплопередачи и трения, гидравлического сопротивления. Эскиз конденсатора и схема адсорбционной установки непрерывного действия с псевдоожиженным слоем адсорбента.
курсовая работа [432,0 K], добавлен 03.07.2011Проектирование холодильника-конденсатора для конденсации водяного пара. Определение тепловой нагрузки аппарата, количества тепла при конденсации насыщеных паров, расхода охлаждающей воды, максимальной поверхности конденсации. Механический расчет деталей.
курсовая работа [287,2 K], добавлен 14.07.2011Определение 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 горизонтального кожухотрубчатого теплообменника для конденсации и охлаждения паров уксусной кислоты. Технологический расчет коэффициента теплопередачи, конденсатора, определение площади поверхности теплообмена. Подбор шестиходового теплообменника.
курсовая работа [1,3 M], добавлен 18.09.2014Материальный баланс выпарного аппарата. Определение температуры кипения раствора, расход греющего пара, коэффициентов теплопередачи и теплоотдачи. Конструктивный расчет, объем парового пространства. Расчет вспомогательного оборудования, вакуум-насоса.
курсовая работа [131,2 K], добавлен 03.01.2010Определение 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 07.04.2014Сравнительная 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 03.10.2010Признаки 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 27.11.2013Определение поверхности теплообмена и конечных температур рабочих жидкостей. Расчетные уравнения теплообмена при стационарном режиме - уравнение теплопередачи и уравнение теплового баланса. Расчёт кожухотрубчатого и пластинчатого теплообменных аппаратов.
курсовая работа [5,2 M], добавлен 03.01.2011Сущность 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 22.10.2009Теоретические 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 20.11.2009Методы экспериментального исследования теплообмена при конденсации, теплопередача в каналах пластинчатого конденсатора. Расчет площади поверхности теплопередачи и количества пластин пластинчатого конденсатора. Гомогенная структура двухфазного потока.
дипломная работа [3,5 M], добавлен 07.11.2011Расчет насадочного абсорбера для улавливания аммиака. Описание абсорбционной установки. Определение количества поглощаемого газа и расхода абсорбента. Расчёт диаметра абсорбера, газодувки, насосной установки; тепловой баланс; гидравлическое сопротивление.
курсовая работа [958,3 K], добавлен 10.06.2013Химические и физические свойства карбамида (мочевины). Расчет коэффициента теплопередачи и поверхности теплопередачи выпарного аппарата, уравнение аддитивности термических сопротивлений. Методика расчета коэффициента теплопередачи с использованием ЭВМ.
курсовая работа [54,6 K], добавлен 08.05.2010
