Расчет и проектирование барометрического конденсатора смешения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Общая часть

1.1 Описание технологической схемы и устройства, принципа действия и назначение аппарата

1.2 Сравнение данной конструкции аппарата с другими современными конструкциями

1.3 Обоснование принятых конструктивных решений

2. Расчетная часть

2.1 Определение абсолютного давления в конденсаторе и параметров пара

2.2 Определение диаметра конденсатора

2.3 Определение температуры уходящей воды

2.4 Определение расхода охлаждающей воды

2.5 Расчет полок конденсатора

2.6 Расчет барометрической трубы

2.7 Определение количества отсасываемого воздуха и выбор вакуум - насоса

2.8 Мощность, потребляемая вакуум - насосом

2.9 Определение размеров патрубков

3. Вопросы стандартизации

4. Вопросы охраны труда и техники безопасности

Заключение

Список использованной литературы

Введение

давление конденсатор пар

Пояснительная записка: страниц , рисунков 2 , таблиц 3. Графическая часть: 2 листа формата А1.

Цель курсового проекта - проектирование барометрического конденсатора смешения для вакуумирования технологических установок.

Выпаривание - процесс концентрирования растворов нелетучих веществ путем удаления жидкого летучего растворителя в виде паров. Сущность выпаривания заключается в переводе растворителя в парообразное состояние и отводе полученного пара от оставшегося сконцентрированного раствора. Выпаривание обычно проводится при кипении, т.е. в условиях, когда давление пара над раствором равно давлению в рабочем объеме аппарата.

Процесс выпаривания относится к числу широко распространенных. Последнее объясняется тем, что многие вещества, получают в виде разбавленных водных растворов, а на дальнейшую переработку и транспорт (для сокращения объемов тары и транспортных расходов) они должны поступать в виде концентрированных продуктов.

Концентрирование растворов методом выпаривания - один из наиболее распространенных технологических процессов в химической, пищевой, металлургической и других отраслях промышленности. На выпаривание растворов расходуется огромное количество тепла, а на создание выпарных установок - большое количество углеродистых и легированных сталей, никеля и других металлов. Поэтому в каждом конкретном случае необходима рациональная организация процесса выпаривания, что позволяет обеспечить максимальную производительность выпарной установки при минимальных затратах тепла и металла.

1. Общая часть

1.1 Описание технологической схемы и устройства

В пищевых производствах обычно не требуется получать чистый конденсат водяного пара для его последующего использования. Поэтому широко распространены конденсаторы смешения, более простые по устройству и соответственно более дешевые, чем кожухотрубчатые теплообменники, применяемые в качестве поверхностных конденсаторов.

Одной из самых распространенных конструкций конденсаторов смешения является сухой полочный барометрический конденсатор (рис.1, а), работающий при противоточном движении охлаждающей воды и пара.

Рисунок 1 - Барометрический конденсатор:

а - с сегментными полками, б - с кольцевыми полками, 1 - цилиндрический корпус, 2 - сегментные полки, 3 - штуцер для подвода пара, 4 - штуцер для подвода воды, 5 - штуцер для отвода воды и конденсата, 6 - барометрическая труба, 7 - барометрический ящик, 8 - штуцер для отвода неконденсируемых газов.

В цилиндрический корпус 1 с сегментными полками 2 снизу через штуцер 3 поступает пар. Вода подается через штуцер 4 (расположенный на высоте 12 - 16 м над уровнем земли) и каскадно перетекает по полкам, имеющим невысокие борта. При соприкосновении с водой пар конденсируется.

Смесь конденсата и воды сливается самотеком через штуцер 5 в барометрическую трубу 6 высотой примерно 10 м и далее - в барометрический ящик 7. Барометрические труба и ящик играют роль гидравлического затвора, препятствующего прониканию наружного воздуха в аппарат. Из барометрического ящика вода удаляется в канализацию через переливной штуцер.

Вместе с паром и охлаждающей водой в конденсатор попадает некоторое количество воздуха; кроме того, воздух подсасывается через неплотности фланцевых соединений. Остаточное давление в конденсаторе наиболее часто должно поддерживаться в пределах 0,1 - 0,2 ат. Присутствие конденсируемых газов может вызвать значительное снижение разрежения в конденсаторе. Поэтому неконденсируемые газы отсасывают через штуцер 8 и отделяют от увлеченных брызг воды в брызгоуловителе - ловушке (на рисунке не показана). Отсюда вода также стекает в вертикальную барометрическую трубу и барометрический ящик.

1.2 Сравнение данной конструкции аппарата с другими современными конструкциями

В барометрических конденсаторах иногда вместо сегментных полок применяются полки, представляющие собой чередующиеся круглые диски и кольца (рис. 1, б), а также ситчатые сегментные полки. Через отверстия последних вода стекает каплями, вследствие чего увеличивается поверхность ее соприкосновения с паром, но отверстия ситчатых тарелок могут легко засоряться.

Для установок умеренной производительности применяют прямоточные конденсаторы (рис. 2), расположенные на низком уровне. Вследствие этого вода чаще всего засасывается в аппарат под действием имеющегося в нем разрежения и впрыскивается в корпус 1 через сопло 2. Пары поступают в конденсатор сверху. Охлаждающая вода и конденсат удаляются центробежным насосом 3, а воздух отсасывается воздушным насосом 4.

Рисунок 2 - Сухой прямоточный конденсатор низкого уровня:

1 - корпус, 2 - сопло, 3 - центробежный насос, 4 - воздушный насос.

1.3 Обоснование принятых конструктивных решений

Прямоточные конденсаторы значительно компактнее противоточных барометрических. Однако основной недостаток противоточных аппаратов (большая высота) компенсируется меньшим расходом охлаждающей воды, а также меньшим объемом отсасываемого воздуха. Последнее обусловлено более низкой температурой воздуха в этих аппаратах по сравнению с прямоточными конденсаторами. Кроме того, достоинством противоточных барометрических конденсаторов является наиболее простой и дешевый способ отвода удаляемой в канализацию воды.

Конденсаторы смешения широко применяются для создания разрежения в установках, работающих под вакуумом, в том числе в вакуум - фильтрах, вакуум - сушилках, выпарных аппаратах и др.

2. Расчетная часть

2.1 Определение абсолютного давления в конденсаторе и параметров пара

Абсолютное давление в конденсаторе равно

Рк = 1,01·(1 - ) = 1,01·(1 - ) = 0,15 бар.(1)

По таблицам насыщенного водяного пара [4, табл. 32] находится температура конденсации ts, энтальпия i” и плотность пара сп.

ts = 54°С

i? = 259900

сп = 0,10073

2.2 Определение диаметра конденсатора

Dk = 1,13 · = 1,13 · = 0,65 м (2)

где - количество конденсирующегося пара, ,

сп - плотность пара, ,

к - скорость пара в свободном сечении конденсатора, ,

принимается к = 25 .

В качестве конструкции для проектирования принимается конденсатор с сегментными полками. Окончательно диаметр конденсатора и расстояния между полками принимается по таблице 1. Размеры ловушки принимают по таблице 2.

Принимаем: Dk = 800 мм

Число полок - 6

Размещено на http://www.allbest.ru/

Таблица 1 - Основные размеры барометрического конденсатора

Число полок	Обозначения	Диаметр Dк , мм
		500 - 600	800	1000-1200
		Расстояния, мм
6	l	500	550	600
	l	250	300	350
	l	300	350	400
	l	350	400	450
	l	400	450	500
	l	450	500	550
	l	550	750	850

Таблица 2 - Основные размеры ловушки и гасителя струи

Диаметр конденсатора Дк, мм	Ловушка	Гаситель струи
	Диаметр Дл, мм	Высота hл, мм	Диаметр Д2, мм	Высота h2, мм
500 - 800	300	800	300	500
800 - 1000	500	1000	350	600
1200	600	1200	400	700
1600 - 2000	800	1400	500	800

2.3 Определение температуры уходящей воды

Нагревание воды в конденсаторе зависит от способа ее распределения в конденсаторе (плоские или цилиндрические струи, капли), от размеров частиц воды, разности температур между паром и водой и от продолжительности пребывания воды в конденсаторе. В конденсаторах с сегментными полками ~ 90% воды протекает через отверстия в полках и, таким образом, создается орошение в виде цилиндрических струй. Диаметр отверстий в полках выбирают в пределах d0 = 3 ч 5 мм

Из таблицы 3, задавшись величиной d0, находят степень нагрева воды Р.

Принимаем: d0 = 5 мм

Среднее расстояние между полками - 400 мм

Число полок - 6

Таблица 3 - Степень нагрева воды

Число полок	Среднее расстояние между полками, мм	Степень нагрева при диаметре струи, мм
		3	4	5
6	350	0,563	0,446	0,342
	400	0,577	0,462	0,356
	450	0,589	0,473	0,369
7	400	0,611	0,495	0,395

Принимаем степень нагрева воды Р = 0,356

Температуру уходящей воды t2к находят из уравнения

Р = (3)

Откуда

t2к = ( Р + ) · (ts - t2н) = ( 0,356 + ) · (54 - 13) = 27,68 °С

2.4 Определение расхода охлаждающей воды

Удельный расход воды определяется из уравнения

Wуд = = = = 40,38 (4)

где i? - энтальпия пара,

Св - теплоемкость воды,

Полный расход воды

W = Wуд ·D = 40,38 · 0,833 = 33,65 (5)

2.5 Расчет полок конденсатора

Суммарная площадь отверстий на полке F0 определится из уравнения

= 5ж0 · г · F0 (6)

где св - плотность воды при средней температуре,

W - расход воды,

5ж0 - начальная скорость истечения струи из отверстия, , эта величина при высоте борта полки hп = 40 мм может быть вычислена по уравнению

5ж0 = = = 0,886 (7)

г - коэффициент расхода, г = 0,62 ч 0,64

Принимаем г = 0,63

Тогда F0 = = = 0,0535 м2

Шаг отверстий определяется по формуле

t = 0,95 · d0 · = 0,95 · 5 · = 12мм (8)

где d0 - диаметр отверстий, мм

Fп, F0 - соответственно площадь полки и суммарная площадь отверстий, м2

Fп = + Dk · 0,05 = + 0,8 · 0,05 = 0,29 м2

Ширину полки сегментного конденсатора принимают

б = + 50 = + 50 = 450 мм (9)

Число отверстий в полке

n = = = 2727 (10)

2.6 Расчет барометрической трубы

Диаметр барометрической трубы определяется по формуле

dт = 1,13 · =1,13 · = 0,188м (11)

где D, W - соответственно количество конденсирующегося пара и расход воды,

св - плотность воды при температуре t2к,

5жт - скорость воды в барометрической трубе, принимают ??т = 1,0 ч 1,5

Принимаем 5жт = 1,25

Высоту барометрической трубы рассчитывают по формуле

H = H0 + h + 0,5 = 8,76 + 0,25 + 0,5 = 9,51 м (12)

где H0 - высота столба воды, уравновешивающая атмосферное давление, м

H0 = 0,103 · В = 0,103 · 85 = 8,76 м (13)

где В - вакуум в конденсаторе, %

h - дополнительный напор, идущий на преодоление сопротивлений в трубе и сообщение воде необходимой скорости.

h = · (1 + У о + л · ) = · (1 + 1,5 + 0,0135 · ) = 0,25 м (14)

где У о - сумма коэффициентов сопротивления на входе воды в трубу и на выходе из нее, принимают У о = 1,5

л - коэффициент сопротивления трению

л = = = 0,0135 (15)

где критерий Рейнольдса

Re = = = 299976 (16)

где х - кинематическая вязкость воды при температуре t2к ,

Величина 0,5 прибавляется, чтобы избежать заливания водой парового патрубка конденсатора при увеличении атмосферного давления.

2.7 Определение количества отсасываемого воздуха и выбор вакуум - насоса

Масса отсасываемого воздуха определяется из уравнения

Gвз = [ 0,025 · (W + D) + 10 · D] · 10-3 =

= [ 0,025 · (33,65 + 0,833) + 10 · 0,833] · 10-3 = 9,192 · 10-3 (17)

Объем отсасываемого воздуха

Vвз = = = 0,0592 (18)

где D, W - соответственно количество конденсирующегося пара и расход воды,

tвз - температура воздуха на выходе из конденсатора, °С,

для барометрического конденсатора

tвз = t2н + 4 + 0,1 · (t2к - t2н) = 13 + 4 + 0,1 · (27,68 - 13) = 18,47 °С (19)

Pвз - парциальное давление воздуха,

Pвз = Рк - Рп = 15,15· 103 - 2,121 · 103 = 13,03 · 103 (20)

где Рк - абсолютное давление в конденсаторе,

Рп - парциальное давление водного пара,

Рп находится при температуре tвз по таблицам водяного пара.

Выбираем вакуум - насос типа ВВН - 1,5

2.8 Мощность, потребляемая вакуум - насосом

Мощность на валу вакуум - насоса определяется по формуле

Nэф = · · [ () - 1] =

= · · [ () - 1] = 2,375 квт (21)

где m - показатель политропы сжатия, m = 1,25

Vвз - объем откачиваемого воздуха,

Рк - абсолютное давление в конденсаторе,

зм - механический КПД, зм = 0,85 ч 0,9

Р1 - давление воздуха после сжатия его в вакуум - насосе , Р1 принимаем на 5% выше атмосферного давления.

2.9 Определение размеров патрубков

а) Для ввода пара

dп = 1,13 · = 1,13 · = 0,285 м (22)

б) Для ввода воды

dв = 1,13 · = 1,13 · = 0,147 м (23)

в) Для выхода воздуха

dвз = 1,13 · = 1,13 · = 0,0614 м (24)

где W, D - расход воды и количество конденсирующегося пара,

св , сп - соответственно плотности воды и пара,

Vвз - объем отсасываемого воздуха,

5жв--,--5жп--,--5жвз-----соответственно--скорости--воды,--пара--и--воздуха--в--патрубках,--принимаются

5жв--=--1,5--ч--2,_--

5жп--=--1__--ч--14_--

5жвз--=--2_--

3. Вопросы стандартизации

В настоящем курсовом проекте использованы следующие ГОСТы - отраслевых нормалей и отраслевых руководящих технических материалов для курсового проектирования по процессам и аппаратам пищевых производств.

1. ОН 12-45-82 Трубы из углеродистой и высоколегированной стали для химического и компрессорного машиностроения. Сортамент. Отраслевая нормаль. М., НИИхиммаш. 1982.

2. ОН 26-01-17-82, ОН 26-02-14-86 Сосуды и аппараты. Нормы расчета и конструирования фланцевых соединений. Отраслевая нормаль. М., Минхим - нефтемах, 1986.

3. РТМ 54-80 Справочник по свойствам черных металлов, применяемых в оборудовании нефтеперерабатывающих заводов. Руководящий технический материал. М., ГИПРОнефтемаш, 1980.

4. ОН 26-01-71-88 Справка в химическом машиностроении. Отраслевая нормаль. М., НИИхиммаш, 1998.

5. ГОСТ 12.2.003-91 Оборудование производственное. Общие требования безопасности.

6. НИМ 4-269-69 Лапы сварные подвесные.

7. ОСТ 26-829-73-ОСТ 26-843-73 Фланцевые соединения арматуры трубопроводов. Минхимнефтемаш. М., 1973.

8. ОСТ 26-426-79 Фланцы для аппаратов стальные плоские приварные. Основные размеры.

9. ОСТ 26-2002-77 Люк с плоской крышкой. Основные размеры.

10. ГОСТ 9941-81 Трубы из нержавеющей стали, условные обозначения. Труба 50*2-12Х18Н10Т ГОСТ 8041-81.

11. ГОСТ 9617-81 Обечайки стальные цилиндрические. Основные размеры.

12. ГОСТ 12.2.003-91 Оборудование производственное. Общие требования безопасности.

4. Вопросы охраны труда и техники безопасности

Общие требования безопасности производственного оборудования отвечают ГОСТу 12.2.003-91 «Оборудование производственное», который является основой для установления требований безопасности в технических условиях, эксплуатационных и других конструкторских документах на производственное оборудование конкретных групп, видов, моделей.

Основные положения:

1. Производственное оборудование должно быть безопасно при монтаже, эксплуатации и ремонте как отдельно, так и в составе комплексов и технологических схем, а так же при транспортировке и хранении. Оно должно быть пожаровзрывобезопасным.

2. Все виды производственного оборудования должны охранять окружающую среду от загрязнения выбросами вредных веществ выше установленных норм.

3. Непременным условием является обеспечение надежности, а так же исключение опасности при эксплуатации в пределах, установленных технической документацией. Нарушение надежности может возникнуть в результате воздействия влажности, солнечной радиации, механических колебаний, перепадов давления и температур, агрессивных веществ, ветровых нагрузок, обледенения.

4. Материалы, принимаемые в конструкции производственного оборудования, не должны быть опасными и вредными. Не допускается использование веществ и материалов, не прошедших проверки на пожаробезопасность.

5. Конструкции технологического оборудования, имеющие газо-, паро-, пневмо-, гидро-, и другие системы, выполняются в соответствии с требованиями безопасности для этих систем.

6. Конструкции оборудования должны исключать возможность случайного соприкосновения с работающими и горячими частями.

7. Выделение оборудованием тепла в производственных помещениях не должно превышать предельно допустимых концентраций в рабочей зоне.

8. Конструкция оборудования должна предусматривать защиту поражения электрическим током, включая случаи ошибочных действий обслуживающего персонала.

9. Конструкция оборудования должна обеспечивать снижение до регламентированных уровней шума вибрации.

10. Для обеспечения безопасности основного оборудования при его эксплуатации дополнительно предусматривают защитные устройства.

Для защиты от действия опасных факторов принимаются коллективные и индивидуальные средства защиты, которые можно разделить на четыре группы:

1) оградительные

2) предохранительные

3) сигнализационные устройства

4) дистанционное управление

Заключение

В данной курсовой работе произведен расчет барометрического конденсатора смешения для вакуумирования технологических установок.

Конструкция барометрического конденсатора смешения удовлетворяет ряду общих требований. К их числу относятся:

- высокая производительность и интенсивность теплопередачи при минимальном объеме аппарата и расходе металла на его изготовление;

- простота устройства;

- надежность в эксплуатации;

- легкость очистки поверхности теплообмена;

- удобство осмотра, ремонта и замены отдельных частей.

Список использованной литературы.

1. Дытнерский Ю.И. Процессы и аппараты химической технологии, М, Химия, 1995.-768с.

2. Вальдман В.А. Теплофизические характеристики пищевых подуктов, материалов и теплоносителей в пищевых производствах, КубГТУ, 2000,-27с

3. Алексеев Н.Н. Методическое пособие к курсовому проекту «Проект барометрического конденсатора», Краснодар,КПИ,1969,-с.12.

Размещено на Allbest.ru

...