125527 (593125), страница 6

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 6)

К = .

Подставляя известные величины в формулу (4.1) окончательно получим:

1,31 ^. 10^-3 кг соли/кг раствора.

Расход пермеата найдем по формуле:

, (4.3)

где L_н – расход исходного раствора, L = 5,56 кг/с.

кг/с.

Расход соли с исходным раствором определится:

L_н.р. = L_н ^. Х_1н (4.4)

L_н.р. = 5,56 ^. 0,008 = 0,044 кг/с.

Содержание соли (потери в пермеате) в пермеате:

(4.5)

L_пот = 4,39 ^. 1,31 ^. 10^-3 = 5,75 ^. 10^-3 кг/с,

что в процентах от количества, содержащегося в исходном растворе (5,75 ^. 10^{-3 .} 100)/ 0,044 = 13,07 %.

Полученное значение больше допустимого (10 %), поэтому рассмотрим следующую по удельной производительности мембрану – МГА – 95.

кг соли/кг раствора;

кг/с;

кг/с.

Потери соли в % от количества, содержащегося в исходном растворе: (3,234 ^. 10^{-3 .} 100) / 0,044 = 7,35 %. Это значение находится в пределах допустимого, поэтому выбираем для дальнейших расчетов мембрану МГА – 95, имеющую селективность по NaCl φ_и = 0,95 и удельную производительность по воде G_о = 2,3 ^.10^-3 кг/(м^{2 .} с).

1. Приближенный расчет рабочей поверхности мембран

При концентрациях электролита, не превышающих 0,4 моль/л воды, можно считать, что удельная производительность по воде равна удельной производительности по пермеату G, доля свободной воды С_в = 1, вязкость пермеата равна вязкости воды и не меняется в процессе концентрирования раствора. В первом приближении пренебрегаем влиянием концентрационной поляризации и будем считать, что осмотическое давление у поверхности мембраны равно осмотическому давлению в объеме разделяемого раствора: π₃ = π₁. Примем также, что осмотическое давление пермеата пренебрежимо мало: π₂ = 0. С учетом этих допущений удельная производительность мембран определится:

G = G_о ^. (1 - π₁ /Δ Р ) (4.6)

По данным работы [10] строим зависимость осмотического давления от концентрации NaCl.

Рисунок 3.1

По графику (рисунок 3.1) находим величины π_1н = 0,5 МПа; π_1к = 3,8 МПа. Удельная производительность на входе разделяемого раствора в аппараты обратного осмоса и на выходе соответственно равна:

G_н = 2,3 ^. 10^-3 (1 - 0,5 / 5) = 2,07 ^. 10^-3 кг/(м^{2 .} с);

Gк = 2,3 ^. 10^-3 (1 – 3,8 / 5) = 5,52 ^. 10^-4 кг/(м^{2 .} с).

В первом приближении принимаем, что средняя удельная производительность мембран может быть выражена как арифметическая величина:

G = (G_н ^. G_к) / 2 (4.7)

G = (2,07 ^. 10^-3 + 5,52 ^. 10^-4) / 2 = 1,311 ^. 10^-3 кг/(м^{2 .} с).

Тогда рабочая поверхность мембран составит:

F = L_n / G (4.8)

F = 4,39 / (1,311 ^. 10^-3) = 3349 м².

1. Уточненный расчет поверхности мембран [10]

Определяем массовую долю соли в растворе на входе в аппараты первой секции

Х_2н = (1 - φ) Х_1н, (4.9)

Х_2н = (1 - 0,9) ^. 0,008 = 0,000564 кг соли/кг раствора.

Х_3н = Х_2н / (1 - φ), (4.10)

Х_3н = (1 - 0,9) ^. 0,000564 = 0,000982 кг соли/кг раствора.

По графику (рисунок 4.1) находим П_3н = 0,62 МПа, П_2н = 0,08 МПа.

Удельная производительность мембран на входе:

G_н = G₀ (l - (П_3н - П_2н)) / ∆р, (4.11)

G_н = 2,3 ^. 10^-з (1 - (0,62 –0,08 )) / 5 = 2,04 10^-з кг/(м² c).

Удельная производительность мембран на выходе из аппарата:

Gк = А (l - (П_3н - П_2н)) / ∆р, (4.12)

где А = G_O / p - константа проницаемости мембраны по воде.

Gк = 2,3 10^-з (1 - (0,62 - 0,08) / 5 =5,755 10^-4 кг/(м^{2 .} c)

Выразим удельную производительность в виде функции от концентрации раствора по уравнению:

G = G₀ - с ^. X₁ , (4.13)

где с - константа для данной системы.

Определяем величину с для крайних сечений

с_н = (G₀ – G_н) / х_1н , (4.14)

с_н = (2,3 • 10^-3 – 2,04 ^. 10^-3) / 0,008 = 0,0325;

с_к = (G₀ – G_к) / х_1к , (4.15)

с_к = (2,3 10^-3 – 5,755 10^-4) / 0,032 = 0,0539.

Разница между полученными значениями, выраженная в процентах, составляет:

(с_к - с_н) ^. 100 / с_к = (0,0539 – 0,0325) ^. 100 / 0,0539 = 14 %.

Это расхождение невелико, поэтому уравнение (4.13) применимо ко всей установке при использовании среднеарифметического значения с.

с = ( с_н + с_к) / 2 = (0,0539 + 0,0325) / 2 = 0,0432.

1. Расчет и конструирование фланцевого соединения

Определим основные геометрические размеры фланцевого соединения мембранного аппарата для очистки продукта, проведем расчет на прочность и герметичность соединения, работающего под внутренним давлением. При этом будем использовать следующие данные:

Внутренний диаметр аппарата Д, мм595

Толщина стенки корпуса S, мм5

Внутреннее давление в аппарате Р, МПа0,3

Рабочая температура t,⁰С25

Прибавка к расчетной толщине стенки С, мм1

Коэффициент прочности сварных швов 1

Материал фланцевого соединенияСталь 12Х18Н9Т

Материал болтового соединенияСталь 35Х

Диаметр болтовой окружности фланцев определяем по следующей формуле:

Д_б = Д + 2(2 ^. S + d_б + u), (4.16)

где d_б – наружный диаметр болта, принимаемый в зависимости от давления и диаметра аппарата, м;

u – нормативный зазор между гайкой и втулкой, м.

Д_б = 0,595 + 2 (2 ^. 0,005 + 0,018 + 0,005) = 0,661 м.

При диаметре аппарата Д = 0,595 м и рабочем давлении Р = 0,3 МПа принимаем диаметр болтов d_б = 0,018 м.

Наружный диаметр фланцев определим по формуле:

Д_н = Д_б + а , (4.17)

где а – конструктивная добавка для размещения гаек по диаметру фланца, м

Д_н = 0,661 + 0,035 = 0,696 м.

Наружный диаметр прокладки для плоских приварных фланцев определится по формуле:

Д_н.п = Д_б – е, (4.18)

где е – нормативный коэффициент, зависящий от типа прокладки, м.

Д_н.п = 0,661 – 0,025 = 0,636 м.

Средний диаметр прокладки определится по формуле:

Д_с.п. = Д_н.п. – в , (4.19)

где в – ширина прокладки, м.

Д_с.п. = 0,636 – 0,01 = 0,626 м.

Количество болтов, необходимое для обеспечения герметичности фланцевого соединения, определится по формуле:

, (4.20)

где t_ш – рекомендуемый шаг расположения болтов, выбираемый в зависимости от величины давления в аппарате, м.

При величине давления Р = 0,3 МПа шаг расположения болтов определится по формуле:

t_ш = (3,8 4,8) ^. d_б, (4.21)

откуда t_ш = (3,8 4,8) ^. 0,018 = 0,07 0,086 м.

Подставляя в формулу (4.20) известное значение t_ш, окончательно получим:

шт.

На основании выше проведенных расчетов выполняем конструктивную проработку фланцевого соединения. В связи с частой заменой мембран возникает необходимость в его быстрой разборке. Исходя из этих соображений, конструируем фланцевое соединение в соответствии с рисунком 3.2

Рисунок 3.2

Расчет фланцевого соединения на герметичность сводится к определению нагрузок при монтаже - F₁ и в рабочих условиях - F_2. Нагрузки, действующие на фланцевое соединение даны в соответствии с рисунком 3.3.

Рисунок 3.3

Равнодействующая сила от действия внутреннего давления определится по формуле:

, (4.22)

после подстановки известных величин получим:

Н.

Реакция прокладки определится по следующей формуле:

, (4.23)

где в₀ – эффективная ширина прокладки, м;

К_пр – коэффициент, зависящий от материала и конструкции прокладки.

Н.

Усилие, возникающее от температурных деформаций, определится по следующей формуле:

, (4.24)

где _{ф, б} – соответственно коэффициенты линейного расширения материала фланца, болта, 1/⁰С;

t_ф, t_б – соответственно температура фланца, болта, ⁰С;

У_б, У_n, У_ф – соответственно податливость болтов, прокладки, фланца;

Е_б – модуль упругости материала болтов, МПа;

F_б - расчетная площадь поперечного сечения болта, м².

Рассчитаем податливость болтов по формуле:

, (4.25)

где длина болта, рассчитываемая по следующей формуле:

, (4.26)

где расстояние между опорными поверхностями головки болта, рассчитываемое по зависимости:

(4.27)

Подставляя известные величины в формулу (4.27), определим:

м.

Определим величину по формуле (4.26), зная остальные параметры болта:

м.

Податливость болтовых соединений окончательно определится по формуле (4.25):

Податливость прокладки рассчитываем по формуле:

, (4.28)

где к_п – коэффициент обжатия прокладки;

Е_п – модуль упругости материала прокладки, МПа.

Таким образом, податливость прокладки окончательно определится:

Определим податливость фланца по зависимости:

, (4.29)

где , _ф – безразмерные коэффициенты;

h_ф – толщина фланца, м;

Е_Ф – модуль упругости материала фланца, МПа.

Величина безразмерного коэффициента _ф, в зависимости от величины давления и конструкции фланцевого соединения, равна 0,4.

Определим расчетную толщину фланца по формуле:

(4.30)

После подстановки известных параметров получим:

м.

Определяем коэффициент по следующей формуле:

, (4.31)

где ₁ – безразмерный коэффициент, определяемый по формуле:

, (4.32)

Подставив известные значения в формулу (4.32), получим:

Характеристики

Список файлов ВКР