Автор работы: Пользователь скрыл имя, 11 Мая 2012 в 14:24, курсовая работа
В химической промышленности выпариванию подвергают растворы твердых веществ (главным образом водные растворы щелочей, солей и др.), а также растворы высококипящих жидкостей, обладающих при температуре выпаривания очень малым давлением пара (некоторые минеральные и органические кислоты, многоатомные спирты и др.).
Введение
3
Основные условные обозначения
8
1.
Определение поверхности теплопередачи выпарных аппаратов
10
1.1
Расчёт концентраций упариваемого раствора
10
1.2
Определение температур кипения растворов
12
1.3
Расчёт полезной разности температур
18
1.4
Определение тепловых нагрузок
19
1.5
Выбор конструкционного материала
21
1.6
Расчёт коэффициентов теплопередачи
22
1.7
Распределение полезной разности температур
29
1.8
Уточнённый расчёт поверхности теплопередачи
30
2.
Определение толщины тепловой изоляции
54
3.
Расчёт барометрического конденсатора
55
3.1
Определение расхода охлаждающей воды
55
3.2
Расчёт диаметра барометрического конденсатора
55
3.3
Расчёт высоты барометрической трубы
55
4.
Расчёт производительности вакуум-насоса
60
5.
Расчёт диаметров трубопроводов и подбор штуцеров
62
6.
Расчёт насоса для подачи исходной смеси
65
7.
Расчёт теплообменника-подогревателя
71
8.
Расчёт вспомогательного оборудования выпарной установки
77
8.1.
Расчёт конденсатоотводчиков
77
8.1.1
Расчёт конденсатоотводчиков для первого корпуса выпарной установки
77
8.1.2
Расчёт конденсатоотводчиков для второго корпуса выпарной установки
78
8.1.3
Расчёт конденсатоотводчиков для третьего корпуса выпарной установки
79
8.2
Расчёт ёмкостей
80
9.
Механические расчёты основных узлов и деталей выпарного аппарата
81
9.1
Расчёт толщины обечаек
81
9.2
Расчёт толщины днищ
83
9.3
Определение фланцевых соединений и крышек
85
9.4
Расчет аппарата на ветровую нагрузку
86
9.5
Расчёт опор аппарата
91
Заключение
95
Библиографический список
97
Приложения
98
Поскольку Q3конц составляет значительно меньше 3% от Q3ор, в уравнениях тепловых балансов по корпусам пренебрегаем величиной Qконц.
Получим:
Решаем эту систему уравнений:
кг/с
кг/с
кг/с
кг/с
Решение системы уравнений даёт следующие результаты: D = 0,83 кг/с; w1 = 0,83 кг/с; w2 = 0,89 кг/с; w3 = 0,95 кг/с; Q1 = 1854,5 кВт; Q2 = 1820,5 кВт; Q3 = 2000,5 кВт.
Наибольшее отклонение вычисленных нагрузок по испаряемой воде в каждом корпусе от предварительно принятых (w1 = 0,81 кг/с; w2 = 0,89 кг/с; w3 = 0,97 кг/с) не превышают 5 %, поэтому не будем пересчитывать концентрации и температуры кипения растворов по корпусам.
Полученные величины сводим в таблицу 1.
Таблица 1 Параметры растворов и паров по корпусам
Параметр |
Корпус | ||
1 |
2 |
3 | |
Производительность по испаряемой воде w, кг/с |
0,83 |
0,89 |
0,95 |
Концентрация растворов х, % |
7,9 |
12,24 |
30 |
Давление греющих паров Рг, Мпа |
0,4 |
0,277 |
0,153 |
Температура греющих паров tг, °С |
143,5 |
131 |
112,1 |
Температурные потери ΣΔ, град |
2,74 |
4,3 |
11,62 |
Температура кипения раствора tк, °С |
133,74 |
116,4 |
80,62 |
Полезная разность температур, Δtп, град |
9,76 |
14,6 |
31,48 |
1.5 Выбор конструкционного материала
Выберем конструкционный материал, стойкий в среде кипящего раствора Na2SO4 в интервале изменения концентраций от 6 до 30 % [5]. В этих условиях химически стойкой является сталь марки Х17. Скорость коррозии её менее 0,1 мм/год, коэффициент теплопроводности λст = 25,1 Вт/(м∙К).
1.6 Расчёт коэффициентов теплопередачи
Коэффициент теплопередачи
для первого корпуса К
(17)
где α1, α2 – коэффициенты теплоотдачи от конденсирующегося пара к стенке и от кипящего раствора к стенке соответственно, Вт/(м2ЧК); δ – толщина стенки, м; λ – коэффициент теплопроводности, Вт/(мЧК).
Примем, что суммарное
термическое сопротивление
(м2∙К)/Вт
Коэффициент теплопередачи от конденсирующегося пара к стенке α1 равен:
(18)
где r1 – теплота конденсации греющего пара, Дж/кг; ρж1, λж1, μж1 – соответственно плотность (кг/м3), теплопроводность [Вт/(м∙К)], вязкость (Па∙с) конденсата при средней температуре плёнки tпл = tг1 – Δt1/2, где Δt1 – разность температур конденсации пара и стенки, град.
Физические свойства конденсата Na2SO4 при средней температуре плёнки сведём в таблицу 2.
Теплопроводность была рассчитана по формуле [7]:
(19)
где М – молекулярная масса Na2SO4, равная 142 г/моль; ср – удельная теплоёмкость, Дж/(кг∙К).
Таблица 2 Физические свойства конденсата при средней температуре плёнки
Параметр |
Корпус | ||
1 |
2 |
3 | |
Теплота конденсации греющего пара r, кДж/кг |
2137,5 |
2173 |
2224,4 |
Плотность конденсата при средней температуре плёнки ρж, кг/м3 |
924 |
935 |
950 |
Теплопроводность конденсата при средней температуре плёнки λж, Вт/(м∙К) |
0,685 |
0,686 |
0,685 |
Вязкость конденсата при средней температуре плёнки μж, Па∙с |
0,193 ∙ 10-3 |
0,212 ∙ 10-3 |
0,253 ∙ 10-3 |
Расчёт α1 ведут методом последовательных приближений. В первом приближении примем Δt1 = 2,0 град. Тогда:
Вт/(м2∙К)
Для установившегося процесса передачи тепла справедливо уравнение:
где q – удельная тепловая нагрузка, Вт/м2; Δtст – перепад температур на стенке, град; Δt2 – разность между температурой стенки со стороны раствора и температурой кипения раствора, град.
Распределение температур в процессе теплопередачи от пара через стенку к кипящему раствору показано на рисунке 2.
Рис. 1. Распределение температур в процессе теплопередачи от пара к кипящему раствору через многослойную стенку: 1 – пар; 2 – конденсат; 3 – стенка; 4 – накипь; 5 – кипящий раствор.
град
Тогда:
град
Коэффициент теплопередачи от стенки к кипящему раствору для пузырькового кипения в вертикальных кипятильных трубах при условии естественной циркуляции раствора [6] равен:
(20)
где ρж, ρП, ρ0 – соответственно плотность жидкости, пара и пара при абсолютном давлении р = 1 ат., кг/м3; σ – поверхностное натяжение, Н/м; μ – вязкость раствора, Па∙с.
Физические свойства раствора Na2SO4 в условиях кипения приведены в таблице 3.