Выпаривание

= 0,002 ? 25,1 + 0,005 ? 2 = 2,87·10-4 м2·К ?Вт.

Коэффициент теплоотдачи от конденсирующегося пара к стенке равен:

.

где r1 - теплота конденсации греющего пара, Дж ?кг; по табл. LVII [1] по РГП1 = 6,171 кг·с ?см2 r1 = 2058,42 кДж ?кг;

- соответственно плотность (кг?м3), теплопроводность Вт ?(м·К), вязкость (Па·с) конденсата при средней температуре пленки tпл = tгп1 - t1 ?2, где t1 - разность температур конденсации пара и стенки, град. tпл= 160 - 2 ?2=159 0С.

=906 кг ?м3; =68, 29·10-2 Вт ?м·к; =0,173·10-3 Па·с. [табл. XXXIX, 1].

Расчет ведут методом последовательных приближений. В первом приближении примем t1=2 град. Тогда



Вт ?(м2·к).

Для установившегося процесса передачи тепла справедливо уравнение

,

где q - удельная тепловая нагрузка, Вт ?м2; - перепад температур на стенке, град; - разность между температурой стенки со стороны раствора и температурой кипения раствора, град.

Отсюда

град.

Тогда

град.

Коэффициент теплоотдачи от стенки к кипящему раствору:

.

Проверим правильность первого приближения по равенству удельных тепловых нагрузок:

Вт?м2;

Вт?м2.

Как видим, .

Для второго приближения примем

Пренебрегая изменением физических свойств конденсата при изменении температуры на 1 0С, рассчитываем ?1 по соотношению:

Тогда получим:



Проверим правильность второго приближения по равенству удельных тепловых нагрузок:

Как видим

Находим К1:

Вт ?(м2·к).

Далее рассчитываем коэффициент теплопередачи для второго корпуса К2. для этого найдем:

Вт ?(м2·к).

град.

град.

Проверим правильность первого приближения по равенству удельных тепловых нагрузок:

Вт?м2;

Вт?м2.

Как видим, .

Определим К2:

Вт ?(м2·к).

8. Распределение полезной разности температур

Полезные разности температур в корпусах установки находим из условия равенства их поверхностей теплопередачи:



,

где , Qi, Ki - соответственно полезная разность температур, тепловая нагрузка, коэффициент теплопередачи для j - го корпуса.

Подставив численные значения, получим:

град;

град.

Проверим общую полезную разность температур установки:

град.

Теперь рассчитаем поверхность теплопередачи выпарных аппаратов по формуле:

.

Тогда:

м2;

м2.

Найденные значения мало отличаются от ориентировочно определенной ранее поверхности Fор. Поэтому в последующих приближениях нет необходимости вносить коррективы на изменение конструктивных изменений аппарата. Сравнение распределенных из условий равенства поверхностей теплопередачи и предварительно рассчитанных значений полезных разностей температур представлено ниже:

Корпус

1 2

Распределенные в 1 - м приближении значения , град. 18,8 25,2

Предварительно рассчитанные значения , град. 10,3 30

По ГОСТ 11987-81 выбираем выпарной аппарат с следующими характеристиками [2]:

Поверхность теплообменника, 63м2

Диаметр труб,

Высота труб, 4000мм

Диаметр греющей камеры, 600мм

Диаметр сепаратора, 1600мм

Диаметр циркуляционной трубы, 400мм

Общая высота аппарата, 19500мм

Масса аппарата, 9500кг

Определение толщины тепловой изоляции

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

,

где =9,3+0,058· - коэффициент теплоотдачи от внешней поверхности изоляционного материала в окружающую среду, Вт ?(м2·к); - температура изоляции со стороны окружающей среды (воздуха); для аппаратов, работающих в закрытом помещении, выбирают в интервале 35 - 45 0С, = 40 0С; - температура изоляции со стороны аппарата; ввиду незначительного термического сопротивления стенок аппарата по сравнению с термическим сопротивлением слоя изоляции принимаем равной температуре греющего пара ; tв - температура окружающей среды (воздуха), 0С, tв=20 0С; - коэффициент теплопроводности изоляционного материала, Вт ?(м2·к).

Рассчитаем толщину тепловой изоляции для 1 - го корпуса:

Вт ?(м2·к).

В качестве материала для тепловой изоляции выберем совелит (85 % магнезит + 15 % асбеста), имеющий коэффициент теплопроводности = 0,09 Вт ?(м2·к).

Тогда получим:

м.

Принимаем толщину тепловой изоляции 0,036 м и для других корпусов.

9. Расчет барометрического конденсатора

Расход охлаждающей воды

Расход охлаждающей воды GВ определяют из теплового баланса конденсатора:

,



где IБК - энтальпия паров в барометрическом конденсаторе, Дж ?кг; tн - начальная температура охлаждающей воды, 0С, tн=16 0С; tк - конечная температура смеси воды и конденсатора, 0С.

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:

tК= tБК - 3=98,3- 3 = 95,3 0С.

Тогда

кг ?с.

Диаметр конденсатора

Диаметр барометрического конденсатора dБК определяют из уравнения расхода:

,

где - плотность паров, кг ?м3, =0,066227 кг ?м3 при РВП2=0,099 ; - скорость паров, м ? с.

При остаточном давлении в конденсаторе порядка 104 Па скорость паров = 15 - 25 м ? с, = 20 м ? с. Тогда

м.

выбираем барометрический конденсатор диаметром dБК=1600 мм [приложение 4.6, 4].

Высота барометрической трубы

В соответствии с нормалями, внутренний диаметр барометрической трубы dБТ равен 300 мм. Скорость воды в барометрической трубе:



м ?с.

Высота барометрической трубы:

,

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.

В = Ратм - РБК = 9,8·104 - 9,5·104 = 0,3·104 Па.

,

где - коэффициенты местных сопротивлений на входе в трубу и на выходе из неё.

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

При tБК=450С =0,5922·10-3 Па·с. При Re=129078 =0,013 [1].

Подставив указанные значения в формулу, получим:

.

Отсюда находим НБТ = 9 м.

10. Расчет производительности вакуум - насоса

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

,

выпарной аппарат раствор кипение

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

кг ?с.

Объемная производительность вакуум - насоса равна:

,

где R - универсальная газовая постоянная, Дж ?(кмоль·К); Мвозд - молекулярная масса воздуха, кг ?моль; tвозд - температура воздуха, 0С; Рвозд - парциальное давление сухого воздуха в барометрическом конденсаторе, Па.

Температуру воздуха рассчитывают по уравнению:

tвозд=tв+4+0,1·(tк - tН)=20+4+0,1·(95,3-16)=32 0С.

Давление воздуха равно:

Рвозд = РБК - РП,

где РП - давление сухого насыщенного пара (Па) при tвозд = 32 0С. РП=4790,22 Па. Подставив получим:

Рвозд = 9,5·104 -0,45·104 = 9,05·104 Па.

Тогда

м3 ?мин.

Зная объемную производительность Vвозд и остаточное давление РБК, по каталогу подбираем вакуум - насос типа ВВН - 12 мощностью на валу N = 20 кВт [4, приложение 4.7].



11. Методы интенсификации процессов выпаривания

Реализуются три основных направления: 1) интенсификация теплообмена - применение развитых поверхностей нагрева, например в виде набора стальных пластин, тонкостенных (1,2-1,5 мм) и ребристых труб, а также труб со спец. турбулизаторами в форме внутренних кольцевых выступов или проволочных спиральных вставок; 2) снижение накипеобразования - использование, например, затравочных кристаллов, способствующих массовой кристаллизации в объеме раствора, или антиадгезионных полимерных покрытий; 3) экономия энергозатрат - применение, например, экстра-пара и конденсата для нагревания исходного раствора либо его предварительное концентрирование с помощью мембранного разделения [5].



Список использованной литературы

1. Павлов К. Ф., Романков П. Г., Носков А. А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов. Л.: Химия, 1981. 560 с.

2. ГОСТ 11987 - 81. Аппараты выпарные трубчатые.

3. Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию ? Г.С. Борисов, В.П. Брыков, Ю.И. Дытнерский и др. Под ред. Ю.И. Дытнерского, перераб. и дополн. М.: Химия,1991. - 496 с.

4. Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию/ под ред. Ю.И. Дытнерского. - М.Химия, 1983. 272 с.

Размещено на Allbest.ru

...