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
Как видно, полезные разности температур, рассчитанные из условия равного перепада давления в корпусах и найденные в первом приближении из условия равенства поверхностей теплопередачи в корпусах, существенно различаются. Поэтому необходимо заново перераспределить температуры (давления) между корпусами установки. В основу этого перераспределения температур (давлений) должны быть положены полезные разности температур, найденные из условия равенства поверхностей теплопередачи аппаратов.
1.8 Уточнённый
расчёт поверхности
Второе приближение
В связи с тем, что существенное изменение давлений по сравнению с рассчитанным в первом приближении происходит только в первом и втором корпусах, где суммарные температурные потери незначительны, во втором приближении принимаем такие же значения Δ’, Δ”, Δ’” для каждого корпуса, как в первом приближении. Полученные после перераспределения температур (давлений) параметры растворов и паров по корпусам представлены в таблице 5.
Таблица 5 Параметры растворов и паров по корпусам после перераспределения температур
Параметры |
Корпус | ||
1 |
2 |
3 | |
Производительность по испаряемой воде w, кг/с |
0,83 |
0,89 |
0,947 |
Концентрация растворов х, % |
7,9 |
12,24 |
30 |
Температура греющего пара в первый корпус tг1, |
143,5 |
131 |
112,1 |
Полезная разность температур Δtп, °С |
21,5 |
17,8 |
16,54 |
Температура кипения раствора tк, °С |
122 |
113,21 |
95,56 |
Температура вторичного пара tвп, °С |
120,26 |
109,9 |
84,94 |
Давление вторичного пара Рвп, МПа |
0,27 |
0,15 |
0,046 |
Температура греющего пара tг, °С |
– |
119,26 |
108,9 |
Температура кипения раствора определяется по формуле (в °С):
Температура вторичного пара определяется по формуле (в °С):
Температура греющего пара определяется по формуле (в °С):
Рассчитаем тепловые нагрузки (в кВт):
Iвп1 = Iг2 = 2711 кДж/кг, Iвп2 = Iг3 = 2695 кДж/кг, Iвп3 = Iбк = 2628,4 кДж/кг.
Расчёт коэффициентов теплопередачи выполним описанным выше методом.
Рассчитаем α1 методом последовательных приближений. Физические свойства конденсата Na2SO4 при средней температуре плёнки сведены в таблице 6.
Примем в первом приближении Δt1 = 2,0 град.
Вт/(м2∙К)
Таблица 6 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 |
град
град
Для расчета коэффициента теплопередачи α2 физические свойства кипящих растворов Na2SO4 и их паров приведены в таблице 7.
Вт/(м2∙К)
Проверим правильность первого приближения по равенству удельных тепловых нагрузок:
Вт/м2
Вт/м2
Как видим, q’ ≠ q”. Для второго приближения примем Δt1 = 4 град, пренебрегая изменением физических свойств конденсата при изменении температуры, рассчитываем α1 по соотношению:
Таблица 7. Физические свойства кипящих растворов Na2SO4 и их паров
Параметр |
Корпус | ||
1 |
2 |
3 | |
Теплопроводность раствора λ, Вт/(м∙К) |
0,344 |
0,352 |
0,378 |
Плотность раствора ρ, кг/м3 |
1071 |
1117 |
1328 |
Теплоёмкость раствора с, Дж/(кг∙К) |
3876 |
3750 |
3205 |
Вязкость раствора μ, Па∙с |
0,26 |
0,3 |
0,6 |
Поверхностное натяжение σ, Н/м |
0,0766 |
0,0778 |
0,0823 |
Теплота парообразования rв, Дж/кг |
2197∙ 103 |
2219∙ 103 |
2268∙ 103 |
|
Плотность пара ρп, кг/м3 |
1,19 |
0,914 |
0,514 |
Вт/(м2∙К)
Тогда получим:
град
град
Вт/(м2∙К)
Вт/м2
Вт/м2
Очевидно, что q’ ≠ q”. Для расчёта в третьем приближении строим графическую зависимость удельной тепловой нагрузки q от разности температур между паром и стенкой (рис. 4) и определяем Δt1.
Рис. 4. График зависимости удельной тепловой нагрузки q от разности температур Δt1
Согласно графику можно определить Δt1 = 3,2 град. Отсюда получим:
Вт/(м2∙К)
град
град
Вт/(м2∙К)
Вт/м2
Вт/м2
Как видим, q’ ≈ q”. Так как расхождение между тепловыми нагрузками не превышает 3%, на этом расчёт коэффициентов α1 и α2 заканчиваем и находим К1:
Вт/(м2∙К)
Далее рассчитываем коэффициент
теплопередачи для второго