; ;
; ;
Проверить (округлить), чтобы .
5. Температура кипения раствора у середины греющих труб и у верхнего уровня в 1-ой ступени:
при 6,2 ата по таблице Вукаловича
159,61–11,413=148,197
148,197 – 2,42=145,777
Температура вторичного пара в 1-ой ступени:
145,777 – 2,66=143,117
Температура греющего пара во 2-ой ступени:
143,117 – 1=142,117
Температура кипения раствора у середины греющих труб и у верхнего уровня во 2-ой ступени:
142,117 – 16,304=125,813
125,813 – 4,09=121,723
Температура вторичного пара во 2-ой ступени:
121,723 – 4,63=117,093
Температура греющего пара в 3-ей ступени:
117,093 – 1=116,093
Температура кипения раствора у середины греющих труб и у верхнего уровня в 3-ей ступени:
116,093 – 28,533=87,56
87,56 –21,47=66,09
Температура вторичного пара в 3-ей ступени:
66,09 – 5,29=60,8
Температура пара в конденсаторе:
60,8 – 1=59,8
Полезные перепады температур должны быть не менее
10–15 оС при ≤ 2.10-6 Па.с,
18–24 оС при 2.10-6 < < 5.10-6 Па.с
где – динамический коэффициент вязкости раствора при средней концентрации.
По температурам паров находим в таблицах М.П. Вукаловича давления и энтальпии паров и конденсата, а по концентрациям растворов определяем теплоемкости и интегральные теплоты растворения (берем из графиков), полученные данные сводим в таблицу.
|
Наименование параметров |
Обозначение |
Корпус (ступень) |
||
|
I |
II |
III |
||
|
Концентрация, вх/вых, % |
b |
18/22,7 |
22,7/30,9 |
30,9/48 |
|
Полезная разность температур, оС |
∆tп |
11,413 |
16,304 |
28,533 |
|
Температура греющего пара, оС |
tн, |
159,61 |
142,117 |
116,093 |
|
Температура кипения раствора у середины греющих труб |
tкс |
148,197 |
125,813 |
87,56 |
|
Температура кипения раствора у верхнего края труб, оС |
tк |
145,777 |
121,723 |
66,09 |
|
Гидростатические потери, оС |
∆2 |
2,42 |
4,09 |
21,47 |
|
Физико-химическая дисперсия, оС |
∆1 |
2,66 |
4,63 |
5,29 |
|
Гидравлические потери в трубопроводах, оС |
∆3 |
1 |
1 |
1 |
|
Температура вторичного пара, оС |
143,117 |
117,093 |
60,8 |
|
|
Давление греющего пара, атм |
рГ |
6,2 |
3,89 |
1,77 |
|
Энтальпия греющего пара, ккал/кг |
hГ |
658,59 |
653,67 |
645,13 |
|
Энтальпия конденсата, ккал/кг |
hк |
160,93 |
142,89 |
116,38 |
|
Давление вторичного пара, атм |
рвт |
4 |
1,83 |
0,21 |
|
Энтальпия вторичного пара, ккал/кг |
hвт |
653,97 |
645,48 |
623,62 |
|
Теплоемкость раствора, вх/вых, кДж/кг*град |
сi |
3,6/ 3,4 |
3,4/ 3,1 |
3,1/ 2 |
|
Интегральная теплота растворения, кДж/кг |
qRн/qRк |
-100/-120 |
-120/-180 |
-180/-215 |
|
|
∆qR= qRн-qRк |
20 |
60 |
35 |
6. Удельный расход пара на выпаривание 1 кг раствора без учета теплоты дегидратации и равенстве = 1 коэффициента самоиспарения во всех корпусах
кг/кг р-ра
β1 = 0, если раствор вводят в 1-ую ступень с температурой кипения.
; – это коэффициенты самоиспарений.
;
Расход пара на 1, 2 и 3 ступени, кг/с:
, кг/с
Расходы пара можно подсчитать и следующим образом. Расчет начинаем с 3-ей ступени.
где kзап = 1,03 – коэффициент, учитывающий потери тепла аппаратом в окружающую среду; снi, скi – теплоемкости раствора при начальной и конечной концентрации раствора в ступени аппарата (по составленной нами таблице); ∆qRi – разность интегральных теплот растворения вещества между существующей и предыдущей концентрациями растворов.
– количество раствора, перетекающего из одной ступени в другую. Таким образом:
– для 1 ступени; 18000 – 3750=14250
– для 2 ступени; 14250 – 3750=10500
– для 3 ступени. 10500 – 3750=6750
7. Количество теплоты, передаваемой через поверхность нагрева i-го корпуса
, кВт
3422,61 (645,13 – 116,38)=1809705 ккал/ч =2104867 Вт
8. Коэффициент теплопередачи от конденсирующегося пара к кипящему раствору
Проверка: q3=∆tп3*k3=28,533*1041,2=29708
м²
3422,61
ккал/ч =2043364Вт
Проверка: q2=∆tп2*k2=16,304*1408,1=22958
м²
3439,79
ккал/ч=1922588 Вт
Проверка: q1=∆tп1*k1=11,413*1743,5=19898
м²
9. Ориентировочные значения поверхности нагрева i-го корпуса:
Если Fi далеки друг от друга, или W1≠D2, а W2≠D3, то сделать перерасчет.
Произведем перерасчет количества воды, выпариваемой по ступеням:
в 1-ой ступени:
во 2-ой ступени:
в 3-ой ступени:
Для получения более точного значения поверхностей нагрева произведем расчет во втором приближении.
Концентрации растворов:
в 1-м корпусе
Общая разность температур находится по той же формуле, что и в первом приближении.
=99,81
Гидростатические давления растворов у середины греющих труб:
,
,
Плотности ρi взяты при новых концентрациях растворов по корпусам.
Давления вторичных паров по корпусам будут те же, что в первом приближении.
Давления растворов у середины греющих труб пересчитываются по известной формуле:
Далее все пересчитываем по уже известным формулам, но подставляя новые значения, полученные при пересчете.
Все полученные данные сводим в таблицу, как и при расчете в первом приближении
|
Наименование параметров |
Обозначение |
Корпус (ступень) |
||
|
I |
II |
III |
||
|
Концентрация, вх/вых, % |
b |
18/22,6 |
22,6/30,2 |
30,2/48 |
|
Полезная разность температур, оС |
∆tп |
13,306 |
17,515 |
24,399 |
|
Температура греющего пара, оС |
tн, |
159,61 |
140,134 |
112,489 |
|
Температура кипения раствора у середины греющих труб |
tкс |
146,304 |
122,619 |
88,09 |
|
Температура кипения раствора у верхнего края труб, оС |
tк |
143,764 |
117,949 |
66,13 |
|
Гидростатические потери, оС |
∆2 |
2,54 |
4,67 |
21,96 |
|
Физико-химическая дисперсия, оС |
∆1 |
2,63 |
4,46 |
5,33 |
|
Гидравлические потери в трубопроводах, оС |
∆3 |
1 |
1 |
1 |
|
Температура вторичного пара, оС |
141,134 |
113,489 |
60,8 |
|
|
Давление греющего пара, атм |
рГ |
6,2 |
3,68 |
1,58 |
|
Энтальпия греющего пара, ккал/кг |
hГ |
658,59 |
653,07 |
643,85 |
|
Энтальпия конденсата, ккал/кг |
hк |
160,93 |
140,86 |
112,73 |
|
Давление вторичного пара, атм |
рвт |
3,78 |
1,63 |
0,21 |
|
Энтальпия вторичного пара, ккал/кг |
hвт |
653,38 |
644,21 |
623,62 |
|
Теплоемкость раствора, вх/вых, кДж/кг*град |
сi |
3,6/ 3,4 |
3,4/ 3,1 |
3,1/ 2 |
|
Интегральная теплота растворения, кДж/кг |
qRн/qRк |
-100/-120 |
-120/-180 |
-180/-215 |
|
|
∆qR= qRн-qRк |
20 |
60 |
35 |
– для 1 ступени; 18000 – 3646,46=14353,54
– для 2 ступени; 14353,54 – 3628,24=10725,3
– для 3 ступени. 10725,3 – 3975,3=6750
Количество теплоты, передаваемой через поверхность нагрева i-го корпуса
, кВт
3691,47 (643,85–112,73)=1960612 ккал/ч=2280192 Вт
Коэффициент теплопередачи от конденсирующегося пара к кипящему раствору
Проверка: q3=∆tп3*k3=24,399*1040,64=25222
м²
3691,47
ккал/ч =2195706 Вт
Проверка: q2=∆tп2*k2=17,515*1408,36=24667
м²
3685,92
ккал/ч =2037887 Вт
Проверка: q1=∆tп1*k1=13,306*1730,81=22490
м²
Средняя поверхность нагрева:
м²
Проектирование аппарата
По табл. 2.16 |7| принимаем поверхность нагрева F=80 м2; диаметр корпуса аппарата Dвн=0,8 м. Число труб в греющей камере:
,
где Нтр – длина (высота) трубки, м. Нтр = 3 м – подвесная камера; Нтр = 4 м – с выносным сепаратором; dср – средний диаметр трубок, d = 38÷50 мм.
Произведем расчет штуцеров выпарного аппарата. Диаметр штуцера определим по формуле
,
где – объемный расход теплоносителя, м3/сек; G – массовый расход теплоносителя, кг/ч; γ – плотность пара, кг/м3; w – скорость пара, м/сек.
Скорость пара принять 20 м/сек.
Расчеты сводим в табл.
Таблица расчетов штуцеров выпарной установки
|
Наименование штуцера |
Расход пара, кг/ч |
Давление пара, ат |
Плотность, кг/м3 |
Секундный расход, м3/с |
Скорость пара, м/с |
Диаметр, мм |
|
|
расчетный |
принятый |
||||||
|
Вход греющего пара |
3521 |
6,2 |
3,24 |
0,302 |
20 |
138 |
150 |
|
Выход вторичного пара…………. |
3685,9 |
4,47 |
2,21 |
0,46 |
20 |
169 |
170 |
|
Вход раствора |
18000 |
|
1076 |
0,005 |
1 |
76 |
80 |
|
Выход упаренного раствора………. |
6750 |
|
1218 |
0,0015 |
0,5 |
62 |
70 |
Расчет барометрического конденсатора
Определяем конечную температуру охлаждающей воды при давлении в конденсаторе ат, tп =59,8º C, удельный объем пара uп = 7,749 м3 /кг. Температура охлаждающей воды t´2 =10 0С.
Температура выходящей охлаждающей воды меньше tп на δ = 1 – 30 С; вследствие несовершенства теплопередачи принимаем δ = 30 С, тогда
t»2 = tп – δ = 59,8 – 3=56,8 º C.
Кратность охлаждения составляет
m = W/D = (i – t»2)/(t»2 – t´2) = (623,62 – 56,8)/(56,8 –10)=12,112 кг/кг
Часовой расход охлаждающей воды при количестве конденсируемого пара после 3-го корпуса составляет:
W=Dm=3691,47 ∙12,112 =44709,4 кг/ч
Диаметр конденсатора при скорости в конденсаторе ω, равной 15 м/сек:
dк =0,0188∙√(D∙uп/ω)=0,0188∙√(3691,47∙7,749/15)=0,79 м
Принимаем dк =800 мм.
Согласно табл. 2–20 барометрический конденсатор имеет следующие размеры: высота конденсатора H= 5088 мм, ширина полки b= 500 мм и высота борта равна 40 мм. Число полок – 6.
Диаметр барометрической трубы определяем из расчета на пропуск смеси воды и конденсата. Из уравнения
W + D = (πd2/4)∙ω,
полагая ω = 1 м/сек, получаем:
м
Принимаем d =150 м.
Высота водяного столба, соответствующая заданному вакууму,
H1=10,33∙B/760 = 10,33∙560/760=7,6 м
Принимаем предварительно полную высоту трубок H=9 м
Число Рейнольдса для трубок при коэффициенте кинематической вязкости воды при температуре 59,8 º C, равном ν = 0,517 м2/с
Re = ω∙d/ν = 1∙0,15∙106/0,517=232 108,3
Коэффициент трения для гладких труб при значениях Re = 105 - 103 определяется по формуле Никурадзе
λ = 0,0032 + 0,221/(Re0.237)=0.0032+0,221/(232108,3)0,237=0,015
Потеря напора на трение и местные сопротивления в барометрической трубе
H2= м.вод. ст.
где d и l – диаметр и длина барометрической трубы; 2,5 – коэффициент, учитывающий потери на местные сопротивления.
Полная высота трубы
H=H1+H2+H3=7,6+0,18+0,5=8,28 м
где H3= 0,5 м – поправка, учитывающая возможные колебания вакуума в конденсаторе или уровня воды в водоприемнике.
Принимаем высоту трубы Н=9 м
Определение производительности вакуум-насоса:
GВ=(0,25*(D+W)+100D)/10000=34,4 кг/ч
tВ=10+4+0,1 (59,8–10)=18,980С
рК=0,2*100000=2000 мм вд. ст.
рП=200 мм вд. ст.
рВ=2000–200=1800 мм вд. ст.
VВ=(29,27*GВ*(273+tВ))/рВ=163,4 м3/ч=2,7 м3/мин
Принимаем ротационный водокольцевой вакуум-насос РМК-3 производительностью 5 м3/мин.
Проведем расчет выпарного аппарата на прочность.
Толщина стенок цилиндрической обечайки греющей камеры:
см
Принимаем S=10 мм
σдоп=1340*0,9=1206 кгс/см2==118 МПа
Толщина стенок цилиндрической обечайки сепаратора:
см
Принимаем S=10 мм
Толщина верхней крышки сепаратора:
см
Принимаем S=10 мм
Толщина крышки корпуса:
см
Принимаем S=10 мм
Толщина днища сепаратора:
Hэкв=3,79/0,001071=3725,5 см=3,7 м
h=1000 мм=100 см
Нобщ=Нэкв+h=3826 см ст. жидкости
см
Принимаем S=10 мм
Проверка необходимости крепления вырезов под патрубки:
Максимально допустимый диаметр неукрепленного отверстия в греющей камере:
Вырез в греющей камере диаметром d=400 мм надо укрепить.
Максимально допустимый диаметр неукрепленного отверстия в сепараторе:
Площадь укрепления выреза для патрубка d=400 мм кольцом толщиной δ=12 мм:
Fукр= δ*d+ S*d+2*a2=12*400+10*400+2*702=18600 мм2
Площадь отверстия выреза:
Fотв=S/0,9*(2*d-50)=10/0,9*(2*400–50)=8333,3 мм2
Fукр >Fотв
Литература
1. П.Д. Лебедев. Теплообменные, сушильные и холодильные установки. – М.: Энергия, 1972. – 320 с.
2. А.М. Бакластов и др. Промышленные тепломассообменные процессы и установки. – М.: Энергоатомиздат, 1986. – 327 с.
3. А.М. Бакластов. Проектирование, монтаж и эксплуатация теплоиспользующих установок. – М.: Энергия, 1970. – 568 с.
4. Б.Н. Голубков и др. Теплотехническое оборудование и теплоснабжение промышленных предприятий. – М.: Энергия, 1979. – 541 с.
5. Теплотехнический справочник. Под ред. В.Н. Юренева и П.Д. Лебедева. Т. 1 и 2. – М.: Энергия, 1975 и 1976. – Стр. 743 и 896.
6. Н.Б. Варгафтик. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей.
7. П.Д. Лебедев, А.А. Щукин. Теплоиспользующие установки промышленных предприятий. Курсовое проектирование. – М.: Энергия. 1970. – 408 с
Страницы: 1, 2
